一种非离子型亲水侧链聚苯并咪唑膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于离子交换膜技术领域，一种非离子型亲水侧链聚苯并咪唑膜及其制备方法，通过聚苯并咪唑去质子化、亲核取代、成膜和吸酸等步骤完成。非离子型亲水侧链诱导了膜中微观相分离结构和亲水纳米通道的形成，其作为有效的质子传递路径，显著地提高了膜的质子传导率。同时，由于亲水纳米通道孔径适中，再加上质子化聚苯并咪唑的唐南效应，膜的钒离子渗透率低。此外，本发明专利技术未引入离子交换基团，使得接枝后的PBI膜保持了原始PBI膜在全钒液流电池中的良好的化学稳定性。非离子型亲水侧链PBI膜表现出良好的综合性能：同时具有超高的质子传导率、高的离子选择透过性和良好的化学稳定性。

A non ionic hydrophilic side chain polybenzimidazole membrane and its preparation method

The invention belongs to the field of ion exchange membrane technology. A non-ionic hydrophilic side chain polybenzimidazole film and its preparation method are completed through polybenzimidazole deprotonation, nucleophilic substitution, film forming and acid absorption. The non-ionic hydrophilic side chains induce the formation of microphase separation structure and hydrophilic nanochannels in the membrane. As an effective proton transport path, the proton conductivity of the membrane is significantly improved. At the same time, the permeability of the membrane is low due to the moderate pore size of the hydrophilic nanoscale and the down south effect of the protonated polybenzimidazole. In addition, the invention does not introduce ion exchange groups, so that the graft PBI film keeps the good chemical stability of the original PBI film in the all vanadium redox flow battery. The non-ionic hydrophilic side chain PBI film shows good comprehensive properties: super high proton conductivity, high ion selectivity and good chemical stability.

【技术实现步骤摘要】
一种非离子型亲水侧链聚苯并咪唑膜及其制备方法
本专利技术属于离子交换膜
，涉及一种非离子型亲水侧链聚苯并咪唑膜及其制备方法。
技术介绍
全钒液流电池(VFB)是一种富有前景的大规模电能储蓄设备，具有安全性好、效率高、易于放大、寿命长等优点。其中，离子交换膜是其核心部件之一。然而商业化的全氟磺酸膜(如Nafion膜)成本高、钒离子交叉污染严重，成为VFB大规模商业化的关键制约因素。而作为替代物的非氟离子交换膜，离子交换基团的引入加速了其在VFB中的化学降解。多孔膜利用孔径筛分的原理选择性地透过氢离子并阻隔钒离子，不需要引入离子交换基团，很好地解决了膜的化学稳定性问题，然而膜形貌的精确控制增加了制膜的难度。因此，为VFB制备出同时具有高离子选择性和高化学稳定性的非氟膜仍然是一个挑战。聚苯并咪唑(PBI)膜由于其优异的化学稳定性和低的钒离子渗透率而被认为是应用于VFB中最有希望的离子交换膜之一。但是PBI膜的质子传导率太低并不能得到很好的电池性能。随后的努力旨在改善PBI膜的质子传导率，包括引入多孔结构，浓酸预溶胀策略或者降低PBI膜的结晶度以提高膜的酸掺杂水平，引入离子基团以提供质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非离子型亲水侧链聚苯并咪唑膜，其特征在于，非离子型亲水侧链聚苯并咪唑膜的结构如下：

【技术特征摘要】
1.一种非离子型亲水侧链聚苯并咪唑膜，其特征在于，非离子型亲水侧链聚苯并咪唑膜的结构如下：其中，0≤X,Y≤1且X+Y≤1，取代度DS＝(X+2Y)×100％，0％≤DS≤200％。2.一种非离子型亲水侧链聚苯并咪唑膜的制备方法，其特征在于，反应方程式如下：制备时所使用的接枝用亲水小分子的结构如下式：Br-(CH2)2-O-(CH2)2-O-CH3步骤如下：(1)去质子化：将PBI粉末在80℃加热条件下溶解在溶剂中，PBI的质量分数为3-4％；在N2氛围下，加入去质子化试剂，去质子化试剂与PBI重复单元的摩尔比为1:1-3:1，100℃反应2小时，其中，溶剂为二甲基亚砜，去质子化试剂为碳酸钾粉末；(2)亲核...

【专利技术属性】
技术研发人员：焉晓明，贺高红，彭桑珊，高莉，张代双，吴雪梅，阮雪华，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21