-PO3H2/-NH2酸-碱对功能化的金属有机框架改性的聚合物杂化质子交换膜制造技术

本发明专利技术属于膜技术领域，公开了一种

【技术实现步骤摘要】
Materials Research and Technology 22(2023)2660
‑
2672)
报道了将
ZIF
‑8修饰于二氧化硅涂覆的碳纳米管上形成的复合粒子
ZSC
掺杂到
SPEEK
中制得
ZSC/SPEEK
杂化膜，它在
80℃,100
％
RH
条件下的质子传导率为
38.10mS/cm
，是未改性
SPEEK
膜的～
1.8
倍
。
虽然，这些
MOFs
改性膜的质子传导率都得到了提升，但是，提升后的质子传导率不够高，仍然具有较大的提升空间
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种
‑
PO3H2/
‑
NH2酸
‑
碱对功能化的金属有机框架改性的聚合物杂化质子交换膜，其中通过对质子交换膜中关键功能成分的结构
、
组成进行改进，引入
‑
PO3H2/
‑
NH2酸
‑
碱对功能化的金属有机框架
(P
‑
MOF
‑
NH2)
对聚合物杂化质子交换膜进行改性，能够有效提升制得的质子交换膜的质子传导率
。
并且，本专利技术还通过对制备方法的整体工艺流程设计等进行控制，能够通过简便的工艺即可得到质子传导率显著提升
、
使用稳定性也极好的质子交换膜
。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种
‑
PO3H2/
‑
NH2酸
‑
碱对功能化的金属有机框架改性的聚合物杂化质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006](1)
将金属盐和氨基功能化的配体加入有机溶剂中，超声使它们充分溶解，形成前驱体溶液；接着，将所述前驱体溶液在
100
～
280℃
的条件下进行溶剂热反应8～
74h
，然后将产物分离
、
清洗后得到相应的氨基功能化的金属有机框架，记为
MOF
‑
NH2；
[0007]其中，所述金属盐为过渡金属盐
、
镧系金属盐中的一种或几种的混合；所述配体为氨基芳香羧酸化合物
、
氨基含氮杂环化合物中的一种或几种的混合；
[0008](2)
将所述步骤
(1)
得到的
MOF
‑
NH2置于植酸水溶液中搅拌反应5～
24h
，然后将产物分离
、
清洗后得到相应的
‑
PO3H2/
‑
NH2酸
‑
碱对功能化的金属有机框架，记为
P
‑
MOF
‑
NH2；
[0009](3)
将所述步骤
(2)
得到的
P
‑
MOF
‑
NH2，加入至磺酸化聚合物溶液中，超声处理，得到均匀分散的铸膜液；接着，利用所述铸膜液形成膜材料，干燥后，再依次经过双氧水溶液
、
酸和去离子水浸泡处理，即可得到
‑
PO3H2/
‑
NH2酸
‑
碱对功能化的金属有机框架改性的聚合物杂化质子交换膜
。
[0010]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤
(2)
中，搅拌反应开始前，反应体系对应的植酸浓度为
25.3
～
151.8mg/mL。
[0011]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤
(3)
中，
P
‑
MOF
‑
NH2的质量占所述磺酸化聚合物溶液中所含聚合物基质质量的
0.6
～
1.8wt
％；
[0012]优选的，
P
‑
MOF
‑
NH2的质量占所述磺酸化聚合物溶液中所含聚合物基质质量的
1.2wt
％
。
[0013]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤
(1)
中，所述金属盐和所述氨基功能化的配体的摩尔比为
1:4
～
4:1
；
[0014]所述有机溶剂为
N
，
N
‑
二甲基甲酰胺
、N
，
N
‑
二乙基甲酰胺
、
四氢呋喃
、
吡咯烷酮
、
二甲亚砜中的一种或几种的混合
。
[0015]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤
(1)
和所述步骤
(2)
中，所述清洗所采用的溶剂独立的选自
CH3OH、C2H5OH、CHCl3、CH2Cl2、CH3Cl、
丙酮
、
丁酮中的一种或几种的混合
。
[0016]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤
(3)
中，所述磺酸化聚合物溶液为全氟磺酸树
脂
、
磺化聚醚醚酮
、
磺化聚苯并咪唑
、
磺化聚醚砜或磺化聚酰亚胺的均相溶液中的一种；该磺酸化聚合物溶液的浓度为1～
40wt
％；
[0017]利用所述铸膜液形成膜材料，具体是将所述铸膜液涂覆成膜，由此形成膜材料；
[0018]所述干燥是将所述膜材料置于
50
～
80℃
烘箱中，升温至
110
～
150℃
，接着再保持
12
～
36h
；优选的，所述升温的升温速率小于
0.5℃/min
，更优选为
0.1
～
0.5℃/min。
[0019]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤
(3)
中，所述双氧水溶液的浓度为1～
10wt
％；
[0020]所述酸溶液具体为盐酸
、
硫酸
、
磷酸的一种或几种的混合，该酸溶液的浓度为
0.1
～
4mol/L。
[0021]按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了上述制备方法制得的
‑
PO3H2/
‑
NH2酸
‑
碱对功能化的金属有机框架改性的聚合物杂化质子交换膜
。
[0022]按照本专利技术的又一方面，本专利技术提供了上述
‑
PO3H2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
‑
PO3H2/
‑
NH2酸
‑
碱对功能化的金属有机框架改性的聚合物杂化质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将金属盐和氨基功能化的配体加入有机溶剂中，超声使它们充分溶解，形成前驱体溶液；接着，将所述前驱体溶液在
100
～
280℃
的条件下进行溶剂热反应8～
74h
，然后将产物分离
、
清洗后得到相应的氨基功能化的金属有机框架，记为
MOF
‑
NH2；其中，所述金属盐为过渡金属盐
、
镧系金属盐中的一种或几种的混合；所述配体为氨基芳香羧酸化合物
、
氨基含氮杂环化合物中的一种或几种的混合；
(2)
将所述步骤
(1)
得到的
MOF
‑
NH2置于植酸水溶液中搅拌反应5～
24h
，然后将产物分离
、
清洗后得到相应的
‑
PO3H2/
‑
NH2酸
‑
碱对功能化的金属有机框架，记为
P
‑
MOF
‑
NH2；
(3)
将所述步骤
(2)
得到的
P
‑
MOF
‑
NH2，加入至磺酸化聚合物溶液中，超声处理，得到均匀分散的铸膜液；接着，利用所述铸膜液形成膜材料，干燥后，再依次经过双氧水溶液
、
酸和去离子水浸泡处理，即可得到
‑
PO3H2/
‑
NH2酸
‑
碱对功能化的金属有机框架改性的聚合物杂化质子交换膜
。2.
如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤
(2)
中，搅拌反应开始前，反应体系对应的植酸浓度为
25.3
～
151.8mg/mL。3.
如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤
(3)
中，
P
‑
MOF
‑
NH2的质量占所述磺酸化聚合物溶液中所含聚合物基质质量的
0.6
～
1.8wt
％；优选的，
P
‑
MOF
‑
NH2的质量占所述磺酸化聚合物溶液中所含聚合物基质质量的
1.2wt
％
。4.

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏芳，张爱荣，饶壮，李广芳，黄茁，刘晓玲，徐优，贺颖，王国庆，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：