含有聚芳哌啶基侧链的聚合物、制备方法及阴离子交换膜、制备方法技术

本发明专利技术涉及阴离子交换膜技术领域，具体涉及含有聚芳哌啶基侧链的聚合物、制备方法及阴离子交换膜、制备方法，含有聚芳哌啶基侧链的聚合物的化学结构式为：

【技术实现步骤摘要】
含有聚芳哌啶基侧链的聚合物、制备方法及阴离子交换膜、制备方法
本专利技术涉及阴离子交换膜
，特别是涉及一种含有聚芳哌啶基侧链的聚合物、制备方法及阴离子交换膜、制备方法。
技术介绍
随着人们对能源需求的日益增长，开发可重复利用、能量转化效率高、环境污染小的新能源技术成为国内外研究的热点之一。燃料电池具有能量转化率高(50％～70％)、环境污染少、燃料来源广泛等优点，被认为是21世纪最具有发展前景的高效清洁发电技术之一。相比于质子交换膜燃料电池，阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)的阴极还原速率高，且碱性介质允许使用非贵金属催化剂，大幅降低了燃料电池成本，因而受到广泛关注。然而，作为燃料电池关键组件之一的阴离子交换膜仍存在离子电导率低、化学稳定性差等问题，制约了AEMFC的商业化应用。
技术实现思路
基于此，有必要针对目前传统技术的问题，提供一种含有聚芳哌啶基侧链的聚合物，使用不含醚键的聚芳哌啶作为聚合物主链，且密集功能基团使得离子电导率较高，可满足燃料电池稳定运行的需求。本专利技术还提供了上述含有聚芳哌啶基侧链的聚合物的制备方法，以及采用上述含有聚芳哌啶基侧链的聚合物制成的阴离子交换膜与阴离子交换膜的制备方法。一种含有聚芳哌啶基侧链的聚合物，其化学结构式为：其中，x：y＝(0～50)：(0～50)，n＝1～1000，R1为含有芳环的基团，R2为以下任意一种：本专利技术的有益效果如下：本专利技术含有聚芳哌啶基侧链的聚合物含有密集功能基团，使其成膜后可在膜内形成微相分离结构，构建高效的离子传输通道，允许离子在通道内快速传导，从而提高了离子传输效率；主链上不含醚键，有利于成膜后保持化学稳定；其制成的阴离子交换膜具有较高的离子电导率和优异的化学稳定性。对上述方案的进一步改进为，R1为以下任意一种：上述含有聚芳哌啶基侧链的聚合物的制备方法，采用的聚合条件温和的酸催化缩聚反应合成聚芳哌啶，反应条件简单，有利于进行大规模生产，该制备方法包括以下步骤：将含苯环单体、三氟基酮、4-氧代哌啶酮盐酸盐溶于第一溶剂，随后加入三氟甲磺酸，在预设温度下搅拌反应，冷却至室温，在第一沉淀剂中析出，经过滤、洗涤、干燥，得到聚芳哌啶；将1-甲基哌啶和1，6-二溴己烷溶于第二溶剂，充分反应，经过滤、洗涤、干燥，得到哌啶盐；将聚芳哌啶和哌啶盐溶于有机溶剂，加入N,N'-二异丙基乙胺，充分反应，冷却至室温，在第二沉淀剂中析出，经过滤、洗涤、干燥，得到含有聚芳哌啶基侧链的聚合物。对上述方案的进一步改进为，第一溶剂为二氯甲烷。对上述方案的进一步改进为，第二溶剂为四氢呋喃、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇和丙醇中的一种。对上述方案的进一步改进为，含苯环单体、三氟基酮、4-氧代哌啶酮盐酸盐和三氟甲磺酸的摩尔比为1：(0.1～3)：(0.1～3)：(0.1～100)。对上述方案的进一步改进为，第一沉淀剂为无水乙醚、甲醇、乙醇、水和氨水中的任一种。对上述方案的进一步改进为，1-甲基哌啶、1，6-二溴己烷的摩尔比是1：(0.1～20)。对上述方案的进一步改进为，第二溶剂与1-甲基哌啶的摩尔比为(1～100)：1。对上述方案的进一步改进为，聚芳哌啶：哌啶盐：N,N'-二异丙基乙胺的摩尔比为(0～1)：(0～10)：(0.1～10)。对上述方案的进一步改进为，有机溶剂为二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺；第二沉淀剂为无水乙醚、丙酮、石油醚和甲基叔丁基醚中的任一种。一种阴离子交换膜，采用上述含有聚芳哌啶基侧链的聚合物制成。上述阴离子交换膜的的制备方法，包括以下步骤：将含有聚芳哌啶基侧链的聚合物溶于第三溶剂，得到铸膜液；将铸膜液涂覆于基材上，在室温～140℃下挥发第三溶剂，得到含有聚芳哌啶基侧链的聚合物膜；在0℃～80℃下，将含有聚芳哌啶基侧链的聚合物膜浸泡于0.05～4mol/L碱溶液中，使含有聚芳哌啶基侧链的聚合物膜中的阴离子转换成氢氧根离子，得到阴离子交换膜。附图说明图1为实施例1制备的阴离子交换膜的示意图；图2为图1阴离子交换膜的核磁共振氢谱图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本专利技术提供了一种含有聚芳哌啶基侧链的聚合物，其化学结构式为：其中，x：y＝(0～50)：(0～50)，n＝1～1000，R1为含有芳环的基团，R2为以下任意一种：本专利技术含有聚芳哌啶基侧链的聚合物含有密集功能基团，使其成膜后可在膜内形成微相分离结构，构建高效的离子传输通道，允许离子在通道内快速传导，从而提高了离子传输效率；主链上不含醚键，有利于成膜后保持化学稳定；其制成的阴离子交换膜具有较高的离子电导率和优异的化学稳定性。进一步地，R1为以下任意一种：上述含有聚芳哌啶基侧链的聚合物的制备方法包括以下步骤：S100：将含苯环单体、三氟基酮、4-氧代哌啶酮盐酸盐溶于第一溶剂，随后加入三氟甲磺酸，在预设温度下搅拌反应，冷却至室温，在第一沉淀剂中析出，经过滤、洗涤、干燥，得到聚芳哌啶。加入三氟甲磺酸后，温度调至-5℃～60℃，在-5℃～60℃下搅拌反应，反应完全后，冷却至室温，得到反应液。将反应液加入第一沉淀剂中，析出聚芳哌啶粗产品固体，聚芳哌啶粗产品固体经过滤、洗涤、干燥，得到聚芳哌啶。含苯环单体、三氟基酮、4-氧代哌啶酮盐酸盐和三氟甲磺酸的摩尔比为1：(0.1～3)：(0.1～3)：(0.1～100)。具体地，苯环单体的物质的量等于三氟基酮和4-氧代哌啶酮盐酸盐的物质的量总和。根据R1的结构，含苯环单体可以选为联二苯、间三联苯或对三联苯。根据R2的结构，三氟基酮可选用1,1,1-三氟丙酮、1,1,1-三氟-2-丁酮、3-氟-2-庚酮或2,2,2-三氟苯乙酮等。较优地，含苯环单体与第一溶剂的摩尔比为1：(1～200)。第一溶剂可以为二氯甲烷。第一沉淀剂为无水乙醚、甲醇、乙醇、水和氨水中的任一种。S200：将1-甲基哌啶和1，6-二溴己烷溶于第二溶剂，充分反应，经过滤、洗涤、干燥，得到哌啶盐。1-甲基哌啶和1，6-二溴己烷的反应温度可以为室温～100℃，可选用的温度较宽，有利于根据实际情况选择合适的实验温度，在反应过程中不需要太精细的温度监控，降低生产强度。1-甲基哌啶和1，6-二溴己烷的摩尔比是1：(0.1～20)，第二溶剂与1-甲基哌啶的摩尔比为(1～100)：1。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有聚芳哌啶基侧链的聚合物，其特征在于，所述含有聚芳哌啶基侧链的聚合物的化学结构式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种含有聚芳哌啶基侧链的聚合物，其特征在于，所述含有聚芳哌啶基侧链的聚合物的化学结构式为：

其中，x：y＝(0～50)：(0～50)，n＝1～1000，所述R1为含有芳环的基团，所述R2为以下任意一种：





2.根据权利要求1所述的含有聚芳哌啶基侧链的聚合物，其特征在于，所述R1为以下任意一种：





3.一种如权利要求1或2所述的含有聚芳哌啶基侧链的聚合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将含苯环单体、三氟基酮、4-氧代哌啶酮盐酸盐溶于第一溶剂，随后加入三氟甲磺酸，在预设温度下搅拌反应，冷却至室温，在第一沉淀剂中析出，经过滤、洗涤、干燥，得到聚芳哌啶；
将1-甲基哌啶和1，6-二溴己烷溶于第二溶剂，充分反应，经过滤、洗涤、干燥，得到哌啶盐；
将所述聚芳哌啶和哌啶盐溶于有机溶剂，加入N,N'-二异丙基乙胺，充分反应，冷却至室温，在第二沉淀剂中析出，经过滤、洗涤、干燥，得到含有聚芳哌啶基侧链的聚合物。


4.根据权利要求3所述的含有聚芳哌啶基侧链的聚合物的制备方法，其特征在于，所述含苯环单体、三氟基酮、4-氧代哌啶酮盐酸盐和三氟甲磺酸的摩尔比为1：(0.1～3)：(0.1～3)：(0.1～100)。


5.根据权利要求3或4所述的含有聚芳哌啶基...

【专利技术属性】
技术研发人员：程发良，林陈晓，张敏，胡高健，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44