一种聚醚醚酮多孔泡沫材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种聚醚醚酮多孔泡沫材料及其制备方法和应用，属于离子通道超薄泡沫技术领域。本发明专利技术以聚醚醚酮超薄多孔泡沫为基底，将不同的聚醚醚酮超薄多孔泡沫分别浸泡于不同浓度的衍生化聚醚醚酮溶液中，然后将所得聚醚醚酮超薄多孔泡沫贴合后，能够制备得到具有不同三维介孔孔道结构的衍生化聚醚醚酮多孔泡沫，且所述衍生化聚醚醚酮多孔泡沫具有非对称的孔结构、不均一的化学组成以及不对称的表面电荷分布，从而对离子的选择性强度不同，能够产生离子整流效应，所得多孔泡沫材料具有超高的离子整流性，能够提高离子通量，从而满足盐差发电的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种聚醚醚酮多孔泡沫材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及离子通道超薄泡沫
，尤其涉及一种聚醚醚酮多孔泡沫材料及其制备方法和应用。
技术介绍
目前世界能源紧张，开拓和发展可持续能源成为现在社会发展的当务之急，盐差能是一种储量巨大、清洁可靠的可再生能源，其合理的开发和利用能够有效地解决人类社会面临的能源危机。反电渗析法是一种能量转换率最大的捕获盐差能的方式。目前，盐差能利用领域的研究主要集中在提高膜材料的能量密度、对自然环境的耐老化性能以及简化制备工艺等问题。然而，基于传统的商业离子交换膜转换体系(MenachemElimelechetal.Nature16,313-319(2012))存在制备成本高、可调控性小、能量密度低以及产生离子整流的条件苛刻等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚醚醚酮多孔泡沫材料及其制备方法和应用，所制备的聚醚醚酮多孔泡沫材料具有优异的离子整流性、离子通量高、可控性好且能量密度高。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种聚醚醚酮多孔泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：将聚醚醚酮分散于液态的有机固体溶剂，将所得分散液进行流延，冷却后，去除有机固体溶剂，得到聚醚醚酮超薄多孔泡沫；将所述聚醚醚酮超薄多孔泡沫浸泡于第一浓度的衍生化聚醚醚酮的溶液中，进行第一化学沉积，得到第一衍生化聚醚醚酮多孔泡沫；将另一聚醚醚酮超薄多孔泡沫浸泡于第二浓度的衍生化聚醚醚酮的溶液中，进行第二化学沉积，得到第二衍生化聚醚醚酮多孔泡沫；所述第一浓度和第二浓度不相同；将所述第一衍生化聚醚醚酮多孔泡沫和第二衍生化聚醚醚酮多孔泡沫进行贴合，得到内部结构不对称的聚醚醚酮多孔泡沫。优选的，所述衍生化聚醚醚酮为磺化聚醚醚酮；所述磺化聚醚醚酮的制备方法，包括以下步骤：将聚醚醚酮和浓硫酸混合，进行磺化反应，得到磺化聚醚醚酮。优选的，所述磺化反应的温度为50～80℃，时间为4～8h。优选的，所述衍生化聚醚醚酮为季铵化聚醚醚酮；所述季铵化聚醚醚酮的制备方法，包括以下步骤：将四甲基联苯二酚、双酚单体、双氟单体、无水碳酸钠、二甲苯和液态的固体溶剂混合，依次进行带水和聚合反应，得到带有甲基的嵌段聚合物；将所述带有甲基的嵌段聚合物、溴代试剂、引发剂和第一溶剂混合，进行溴代反应，得到溴代聚醚醚酮聚合物；将所述溴代聚醚醚酮聚合物、季铵化试剂和第二溶剂混合，进行季铵化反应，得到季铵化聚醚醚酮。优选的，所述四甲基联苯二酚与双酚单体的摩尔比为1:(1～8)；所述双氟单体的摩尔数为所述四甲基联苯二酚与双酚单体的摩尔数之和；所述聚合反应的温度为240～290℃，时间为2～3h。优选的，所述溴代试剂包括N-溴代琥珀酰亚胺、苯基三甲基三溴化铵、Br2或二溴海因，所述引发剂包括过氧化二苯甲酰；所述溴代反应的温度为70～90℃，时间为5～8h。优选的，所述季铵化试剂包括1-甲基胺类化合物，所述1-甲基胺类化合物包括三甲胺、甲基吡咯烷、甲基哌啶、甲基咪唑或甲基吗啉；所述季铵化反应的温度为60～90℃，时间为12～15h。优选的，所述衍生化聚醚醚酮的溶液的质量浓度为0.5～5％。本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的聚醚醚酮多孔泡沫材料，所述聚醚醚酮多孔泡沫的两侧为不对称的孔道结构和不对称的表面电荷分布。本专利技术提供了上述技术方案所述聚醚醚酮多孔泡沫材料在盐差发电中的应用，将所述聚醚醚酮多孔泡沫材料制成反电渗析装置用于盐差发电。本专利技术提供了一种聚醚醚酮多孔泡沫材料的制备方法，一种聚醚醚酮多孔泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：将聚醚醚酮分散于液态的有机固体溶剂，将所得分散液进行流延，冷却后，去除有机固体溶剂，得到聚醚醚酮超薄多孔泡沫；将所述聚醚醚酮超薄多孔泡沫浸泡于第一浓度的衍生化聚醚醚酮的溶液中，进行第一化学沉积，得到第一衍生化聚醚醚酮多孔泡沫；将另一聚醚醚酮超薄多孔泡沫浸泡于第二浓度的衍生化聚醚醚酮的溶液中，进行第二化学沉积，得到第二衍生化聚醚醚酮多孔泡沫；所述第一浓度和第二浓度不相同；将所述第一衍生化聚醚醚酮多孔泡沫和第二衍生化聚醚醚酮多孔泡沫进行贴合，得到内部结构不对称的聚醚醚酮多孔泡沫。本专利技术以聚醚醚酮超薄多孔泡沫为基底，将不同的聚醚醚酮超薄多孔泡沫分别浸泡于不同浓度的衍生化聚醚醚酮溶液中，然后将所得聚醚醚酮超薄多孔泡沫贴合后，能够制备得到具有不同三维介孔孔道结构的衍生化聚醚醚酮多孔泡沫，且所述衍生化聚醚醚酮多孔泡沫具有非对称的孔结构、不均一的化学组成以及不对称的表面电荷分布，从而对离子的选择性强度不同，能够产生离子整流效应，所得多孔泡沫材料具有超高的离子整流性，能够提高离子通量，从而满足盐差发电的要求。本专利技术的方法可通过控制聚醚醚酮超薄多孔泡沫的结构、组成、厚度以及化学沉积参数来调整衍生化聚醚醚酮多孔泡沫材料的孔结构，进而改变其离子整流性和离子通量。本专利技术采用热致相分离法、流延法和化学沉积法，一方面精简了反电渗析核心部件的成型方法，另一方面也增大了离子通量，大幅度提高了盐差发电性能，所制备的聚醚醚酮多孔泡沫材料为三维介孔结构，比以往的一维二维纳米级离子交换膜的孔径大，离子通量高，能量密度高，克服了现有商用离子交换膜制备工艺复杂、可控性差、离子通量低以及能源密度低等问题。本专利技术的方法操作简便、易于控制、所需设备简单、能够大规模生产，有着广泛的应用前景。本专利技术制备的衍生化聚醚醚酮多孔泡沫材料可作为阳离子供应体和阴离子供应体，作为盐差发电膜用于盐差发电，混合海水和盐水时，能源密度可以达到0.6瓦特每平方米以上，这大大超过了同等操作条件下的商业离子交换膜的能源密度(约0.1瓦特每平方米)。附图说明图1为实施例1制备的2.5wt％磺化聚醚醚酮多孔泡沫的扫描电镜照片；图2为实施例1制备的1wt％磺化聚醚醚酮多孔泡沫的扫描电镜照片；图3为图1所示泡沫与图2所示泡沫经高温贴合后的SEM截面照片；图4为实施例1制备的聚醚醚酮多孔泡沫材料盐差发电性能的测试示意图；图5为反电渗析装置示意图；图6为实施例1制备的聚醚醚酮多孔泡沫材料作为盐差发电薄膜的功率密度随电流变化曲线图。具体实施方式本专利技术提供了一种聚醚醚酮多孔泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：将聚醚醚酮分散于液态的有机固体溶剂，将所得分散液进行流延，冷却后，去除有机固体溶剂，得到聚醚醚酮超薄多孔泡沫；将所述聚醚醚酮超薄多孔泡沫浸泡于第一浓度的衍生化聚醚醚酮的溶液中，进行第一化学沉积，得到第一衍生化聚醚醚酮多孔泡沫；将另一聚醚醚酮超薄多孔泡沫浸泡于第二浓度的衍生化聚醚醚酮的溶液中，进行第二化学沉积，得到第二衍生化聚醚醚酮多孔泡沫；所述第一浓度和第二浓度不相同；将所述第一衍生化聚醚醚酮多孔泡沫和第二衍生化聚醚醚酮多孔泡沫进行贴合，得到内部结构不对称的聚醚醚酮多孔泡沫。在本专利技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚醚醚酮多孔泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将聚醚醚酮分散于液态的有机固体溶剂，将所得分散液进行流延，冷却后，去除有机固体溶剂，得到聚醚醚酮超薄多孔泡沫；/n将所述聚醚醚酮超薄多孔泡沫浸泡于第一浓度的衍生化聚醚醚酮的溶液中，进行第一化学沉积，得到第一衍生化聚醚醚酮多孔泡沫；/n将另一聚醚醚酮超薄多孔泡沫浸泡于第二浓度的衍生化聚醚醚酮的溶液中，进行第二化学沉积，得到第二衍生化聚醚醚酮多孔泡沫；/n所述第一浓度和第二浓度不相同；/n将所述第一衍生化聚醚醚酮多孔泡沫和第二衍生化聚醚醚酮多孔泡沫进行贴合，得到内部结构不对称的聚醚醚酮多孔泡沫。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚醚醚酮多孔泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚醚醚酮分散于液态的有机固体溶剂，将所得分散液进行流延，冷却后，去除有机固体溶剂，得到聚醚醚酮超薄多孔泡沫；
将所述聚醚醚酮超薄多孔泡沫浸泡于第一浓度的衍生化聚醚醚酮的溶液中，进行第一化学沉积，得到第一衍生化聚醚醚酮多孔泡沫；
将另一聚醚醚酮超薄多孔泡沫浸泡于第二浓度的衍生化聚醚醚酮的溶液中，进行第二化学沉积，得到第二衍生化聚醚醚酮多孔泡沫；
所述第一浓度和第二浓度不相同；
将所述第一衍生化聚醚醚酮多孔泡沫和第二衍生化聚醚醚酮多孔泡沫进行贴合，得到内部结构不对称的聚醚醚酮多孔泡沫。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述衍生化聚醚醚酮为磺化聚醚醚酮；所述磺化聚醚醚酮的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚醚酮和浓硫酸混合，进行磺化反应，得到磺化聚醚醚酮。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述磺化反应的温度为50～80℃，时间为4～8h。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述衍生化聚醚醚酮为季铵化聚醚醚酮；所述季铵化聚醚醚酮的制备方法，包括以下步骤：
将四甲基联苯二酚、双酚单体、双氟单体、无水碳酸钠、二甲苯和液态的固体溶剂混合，依次进行带水和聚合反应，得到带有甲基的嵌段聚合物；
将所述带有甲基的嵌段聚合物、溴代试剂、引发剂和第一溶剂混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳喜贵，付蔺玉，朱轩伯，齐德胜，徐攀，姜振华，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22