一种阴离子交换膜的制备方法技术

本发明专利技术属于新材料制备技术领域，公开了一种阴离子交换膜的制备方法，用于制备哌啶盐或吡咯烷盐阴离子交换膜，具体步骤如下：首先将原料

【技术实现步骤摘要】
一种阴离子交换膜的制备方法


[0001]本专利技术属于新材料制备
，具体涉及一种阴离子交换膜的制备方法
。

技术介绍

[0002]电解水制氢是高效
、
快速获得氢气的技术手段，现有电解水制氢技术包括碱性电解水制氢
(AKL)、
质子交换
(PEM)
电解水制氢
、
固体氧化物电解池
(SOEC)
电解水制氢
、
阴离子交换膜
(AEM)
电解水制氢
。AKL
技术是一种成熟的兆瓦级规模的
H2生产技术，代表了全球商业水平上应用最广泛的电解技术，具有易于操作和设备成本较低的优点，但由于隔膜无法完全避免氢气的扩散到氧气一极，从而使
ALK
技术存在不抗电力波动性和低能量密度的弱点
。
质子交换膜
(PEM)
电解技术适应电力波动性很好，但使用酸性电解质，必须使用
Pt
和
Ir
等贵催化剂，而我国乃至全球的
Pt
及
Ir
资源有限，导致成本升高且未来无法大规模部署
。
高温固体氧化物电解池制氢
(SOEC)
工作温度达到
800℃
，启动对于热源要求高且电极面积仍然扩大，适用场景受限，一般是与核电结合
。
[0003]阴离子交换膜
(AEM)
是一种选择性通过隔膜，通常有连接带正电的官能团的高分子聚合物制成
。
由于
AEM
可以传输阴离子导电，同时隔绝氧气或氢气等气体，是碱性条件下进行电解水的理想导电隔膜之一
。
与其他电解槽相比：
AEM
技术优势不仅包括高电流密度
、
快速响应
、
长寿命
、
低成本的电极材料
(
不需要
Pt、Ir
等稀有金属
)
的性能
。
阴离子交换膜作为
AEM
电解水最主要的核心配件，其较低的化学稳定性及电导率仍困扰着整个
AEM
电解水的发展
。
阴离子交换膜由聚合物主链及与其相连的官能团构成
。SEBS
具有良好的碱性稳定性
、
优异的延展性使其成为阴离子交换膜主链的主要选择选择之一
。
[0004]关于
AEM
中官能团的选择，近年来，研究人员对不同的铵根集团的碱性稳定性做了一系列对比，包括三甲基铵
、
咪唑盐
、
哌啶盐及吡咯烷盐等等
。
其中哌啶盐及吡咯烷盐以其极佳的化学稳定性以及相对简便的制备路线引起了关注
。
而关于哌啶盐及吡咯烷盐的阴离子交换膜的制备方法较多，但大多都只是实验室条件下用于生成产品进行研究测试用，而能够提供一个适用于工业生产具有较高良率的方法较少
。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种阴离子交换膜的制备方法，采用化学合成及溶剂蒸发法等制备方法制备哌啶盐及吡咯烷盐阴离子交换膜，能够大规模工业化生产，具有较高的产品稳定性
。
[0006]本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种阴离子交换膜的制备方法，用于制备哌啶盐或吡咯烷盐阴离子交换膜，具体步骤如下：
[0008]步骤
S100.
首先将原料
SEBS
颗粒溶解于氯仿中，向氯仿中加入三聚甲醛后冰浴搅拌降温；
[0009]步骤
S200.
然后向降温后的氯仿中加入三甲基氯硅烷和氯化锡进行反应，并在反
应后加入乙醇使聚合物析出，将析出的产物不断清洗获得氯甲基化
SEBS
；
[0010]步骤
S300.
将原料哌啶或吡咯烷溶于丙酮中，再加入二溴代烷
、
溴代烷
、1
，2‑
二乙氧基乙烷中的一种进行反应，反应后进行过滤，并加入乙酸乙酯进行旋蒸，然后干燥生成哌啶或吡咯烷产物；
[0011]步骤
S400.
将获得的氯甲基化
SEBS
与获得的哌啶或吡咯烷产物溶于氯仿中进行反应，获得
SEBS
为主链
、
哌啶烷盐及吡咯烷盐为官能团的聚合物，并将获得的聚合物进行铸膜得到阴离子交换膜
。
[0012]结合第一方面，本专利技术提供第一方面的第一种实施方式，所述步骤
S100
的具体步骤如下：
[0013]将2‑
10g
的
SEBS
固体溶解于
200
‑
300ml
的氯仿中，搅拌3‑5小时后加入4‑
15g
的三聚甲醛后冰浴搅拌冷却至
5℃
以下
。
[0014]结合第一方面或第一方面的第一种实施方式，本专利技术提供第一方面的第二种实施方式，所述步骤
S200
的具体步骤如下：
[0015]向冷却的
200
‑
300ml
的含有
SEBS
的氯仿中加入
20
‑
30ml
的三甲基氯硅烷，搅拌均匀，然后逐滴加入
0.8
‑
1.5mL
的氯化锡，并升至室温进行
24
小时反应；
[0016]反应后加入
50
％乙醇和水的混合物使聚合物析出，不断重复水洗
、
氯仿溶解及乙醇析出过程对产物进行清洗，得到氯甲基化
SEBS。
[0017]结合第一方面或第一方面的第一种实施方式，本专利技术提供第一方面的第三种实施方式，所述步骤
S300
中，制备无醚侧链的具体步骤如下：
[0018]以哌啶作为原料，在氩气保护下，将
20
‑
35ml
的哌啶加入
150
‑
200ml
丙酮中，冰浴将温度降低至
5℃
以下后逐滴加入
15
‑
20ml
的二溴代烷或溴代烷，然后加入
20
‑
30g
的无水碳酸钾反应
24
小时，经过过滤
、
干燥
、
旋蒸和清洗后获得无醚侧链的哌啶己烷产物；
[0019]以吡咯烷作为原料，在氩气保护下，将
20
‑
35ml
的吡咯烷加入
150
‑
200ml
丙酮中，冰浴将温度降低至
5℃
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种阴离子交换膜的制备法，用于制备哌啶盐或吡咯烷盐阴离子交换膜，其特征在于：具体步骤如下：步骤
S100.
首先将原料
SEBS
颗粒溶解于氯仿中，向氯仿中加入三聚甲醛后冰浴搅拌降温；步骤
S200.
然后向降温后的氯仿中加入三甲基氯硅烷和氯化锡进行反应，并在反应后加入乙醇使聚合物析出，将析出的产物不断清洗获得氯甲基化
SEBS
；步骤
S300.
将原料哌啶或吡咯烷溶于丙酮中，再加入二溴代烷
、
溴代烷
、1
，2‑
二乙氧基乙烷中的一种进行反应，反应后进行过滤，并加入乙酸乙酯进行旋蒸，然后干燥生成哌啶或吡咯烷产物；步骤
S400.
将获得的氯甲基化
SEBS
与获得的哌啶或吡咯烷产物溶于氯仿中进行反应，获得
SEBS
为主链
、
哌啶烷盐及吡咯烷盐为官能团的聚合物，并将获得的聚合物进行铸膜得到阴离子交换膜
。2.
根据权利要求1所述的一种阴离子交换膜的制备方法，其特征在于：所述步骤
S100
的具体步骤如下：将2‑
10g
的
SEBS
固体溶解于
200
‑
300ml
的氯仿中，搅拌3‑5小时后加入4‑
15g
的三聚甲醛后冰浴搅拌冷却至
5℃
以下
。3.
根据权利要求1或2所述的一种阴离子交换膜的制备方法，其特征在于：所述步骤
S200
的具体步骤如下：向冷却的
200
‑
300ml
的含有
SEBS
的氯仿中加入
20
‑
30ml
的三甲基氯硅烷，搅拌均匀，然后逐滴加入
0.8
‑
1.5mL
的氯化锡，并升至室温进行
24
小时反应；反应后加入
50
％乙醇和水的混合物使聚合物析出，不断重复水洗
、
氯仿溶解及乙醇析出过程对产物进行清洗，得到氯甲基化
SEBS。4.
根据权利要求1或2所述的一种阴离子交换膜的制备方法，其特征在于：所述步骤
S300
中，制备无醚侧链的具体步骤如下：以哌啶作为原料，在氩气保护下，将
20
‑
35ml
的哌啶加入
150
‑
200ml
丙酮中，冰浴将温度降低至
5℃
以下后逐滴加入
15
‑
20ml
的二溴代烷或溴代烷，然后加入
20
‑
30g
的无水碳酸钾反应
24
小时，经过过滤
、
干燥
、
旋蒸和清洗后获得无醚侧链的哌啶己烷产物；以吡咯烷作为原料，在氩气保护下，将
20

【专利技术属性】
技术研发人员：许子奇，雷宪章，徐朝权，
申请(专利权)人：天府新能源研究院，
类型：发明
国别省市：