一种聚芳基甲基哌啶型阴离子交换膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚芳基甲基哌啶型阴离子交换膜及其制备方法，属于高分子材料技术领域，包括：聚

【技术实现步骤摘要】
一种聚芳基甲基哌啶型阴离子交换膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种聚芳基甲基哌啶型阴离子交换膜及其制备方法
。

技术介绍

[0002]能源作为人类社会发展的重要动力，发挥着重要作用
。
长期以来，传统的化石能源一直是主要的能源来源
。
由于过度开发与使用煤
、
石油
、
天然气等化石能源，导致全球变暖，冰川融化等一系列问题，对全球生态环境造成恶劣影响
。
因此，开发利用新型清洁能源是目前世界各国间竞争与合作的主题
。
其中，燃料电池是通过生态友好和高效的电化学过程利用清洁氢能发电的前瞻性装置，而水电解则是通过清洁和可持续的水分离制氢的潜在装置
。
阴离子交换膜
(AEMs)
是阴离子交换膜燃料电池
(AEMFCs)
或阴离子交换膜水电解
(AEMWE)
的组成部分，负责阴离子和水分子的传输
。
[0003]近些年来各种材料层出不穷，然而，大多数现有的
AEM
都表现出不理想的耐碱性，原因是阳离子基团和聚合物骨架在高
pH
环境中的化学性质不稳定，这大大限制了它们的实际应用
。
[0004]综上，目前制备聚芳基哌啶聚合物
AEM
面临的研究瓶颈与挑战主要是以下两方面：
(1)
提高离子电导率的同时往往容易伴随膜的吸水溶胀增加，导致膜机械性能下降
。
因此需解决离子电导率与尺寸稳定性之间的相互制约效应
。(2)AEM
中的阳离子基团与聚合物主链在碱性条件下易受到亲核性
OH
‑
的进攻发生复杂的降解反应，降低了
AEM
的使用寿命
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的阴离子交换膜的阳离子基团和聚合物骨架在高
pH
环境中的化学性质不稳定等问题，本专利技术提供了一种聚芳基甲基哌啶型阴离子交换膜及其制备方法，该方法通过制备无醚键聚联苯哌啶，并在哌啶酮
β
位引入甲基基团，使得该聚合物结构具有更大自由体积和空间位阻，从而提高了膜的离子电导率和碱稳定性
。
[0006]本专利技术通过如下技术方案实现：
[0007]一种聚芳基甲基哌啶型阴离子交换膜的制备方法，具体包括如下步骤：
[0008]步骤一：聚
(
联芳基化合物
‑
哌啶
)
聚合物的制备；
[0009]将联芳基化合物和
1,3
‑
二甲基
‑4‑
哌啶酮按一定比例溶于溶剂中，随后，在
0℃
下逐滴滴加三氟乙酸和三氟甲烷磺酸；在
0℃
下搅拌2‑
72
小时，得到粘稠的棕红色溶液，将溶液倒入
K2CO3溶液中，得到白色固体聚合物；将聚合物剪碎，在
K2CO3溶液中浸泡
24
小时；最后，用去离子水多次洗涤聚合物至中性，烘干得到聚
(
联芳基化合物苯
‑
哌啶
)
聚合物
(PAP)
；
[0010]步骤二：聚
(
联芳基化合物
‑
哌啶
)
阴离子交换膜的制备；
[0011]将步骤一制备得到的聚
(
联芳基化合物
‑
哌啶
)
聚合物溶于
N
‑
甲基吡咯烷酮中，向溶液中加入2‑
溴乙醇和
1,6
‑
二溴己烷，在一定温度下搅拌反应一定时间；最后，将溶液浇铸在干净的玻璃上，在
80℃
下干燥得到
PAP
‑
Br
‑
x
，其中，
x
为
1,6
‑
二溴己烷与聚
(
联芳基化合
物
‑
哌啶
)
聚合物的摩尔比；将得到的膜剥离下来，浸入沉淀剂溶液中进行离子交换，得到
OH
‑
形式或
HCO3‑
形式阴离子交换膜
。
[0012]进一步地，步骤一中所述联芳基化合物选自联苯
、
对三联苯
、
间三联苯和四联苯中的一种或多种
。
[0013]进一步地，步骤一中所述联芳基化合物和
1,3
‑
二甲基
‑4‑
哌啶酮的摩尔比为1：1‑1：
1.2。
[0014]进一步地，步骤一中所述溶剂为二氯甲烷溶液
、
三氯甲烷
、
四氢呋喃
、N
‑
甲基吡咯烷酮
、
环己酮
、DMSO
中的一种或多种
。
[0015]进一步地，步骤一中所述三氟乙酸和三氟甲烷磺酸的体积比为1：9‑1：
10
，所述联芳基化合物
、1,3
‑
二甲基
‑4‑
哌啶酮
、
三氟乙酸
、
三氟甲烷磺酸的摩尔比为1：1：
1.2
：
10
‑1：
1.2
：
1.5
：
14。
[0016]进一步地，步骤二所述聚
(
联芳基化合物
‑
哌啶
)
聚合物与
N
‑
甲基吡咯烷酮的质量体积为
0.3g
：6‑
10ml。
[0017]进一步地，步骤二中所述2‑
溴乙醇和
1,6
‑
二溴己烷的比为9：1‑6：4，其中，2‑
溴乙醇和
1,6
‑
二溴己烷的摩尔数之和等于联芳基化合物的摩尔数
。
[0018]进一步地，步骤二中所述在一定温度下搅拌反应一定时间，所述一定温度为
60
‑
120℃
，一定时间为2‑
72
小时
。
[0019]进一步地，步骤二中所述沉淀剂包括：向反应后的体系中加入第二沉淀剂，第二沉淀剂选自水
、
甲醇
、
乙醇中的一种或多种或
NaOH、Na2CO3、NaHCO3溶液中的一种或多种，得到所述共聚物
。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的优点如下：
[0021]本专利技术的一种聚芳基甲基哌啶型阴离子交换膜及其制备方法，通过分子结构设计，引入的亲水阳离子基团同时又作为交联剂，促进膜内亲<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种聚芳基甲基哌啶型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤一：聚
(
联芳基化合物
‑
哌啶
)
聚合物的制备；将联芳基化合物和
1,3
‑
二甲基
‑4‑
哌啶酮按一定比例溶于溶剂中，随后，在
0℃
下逐滴滴加三氟乙酸和三氟甲烷磺酸；在
0℃
下搅拌2‑
72
小时，得到粘稠的棕红色溶液，将溶液倒入
K2CO3溶液中，得到白色固体聚合物；将聚合物剪碎，在
K2CO3溶液中浸泡
24
小时；最后，用去离子水多次洗涤聚合物至中性，烘干得到聚
(
联芳基化合物苯
‑
哌啶
)
聚合物
(PAP)
；步骤二：聚
(
联芳基化合物
‑
哌啶
)
阴离子交换膜的制备；将步骤一制备得到的聚
(
联芳基化合物
‑
哌啶
)
聚合物溶于
N
‑
甲基吡咯烷酮中，向溶液中加入2‑
溴乙醇和
1,6
‑
二溴己烷，在一定温度下搅拌反应一定时间；最后，将溶液浇铸在干净的玻璃上，在
80℃
下干燥得到
PAP
‑
Br
‑
x
，其中，
x
为
1,6
‑
二溴己烷与聚
(
联芳基化合物
‑
哌啶
)
聚合物的摩尔比；将得到的膜剥离下来，浸入沉淀剂溶液中进行离子交换，得到
OH
‑
形式或
HCO3‑
形式阴离子交换膜
。2.
如权利要求1所述的一种聚芳基甲基哌啶型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤一中所述联芳基化合物选自联苯
、
对三联苯
、
间三联苯和四联苯中的一种或多种
。3.
如权利要求1所述的一种聚芳基甲基哌啶型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤一中所述联芳基化合物和
1,3
‑
二甲基
‑4‑
哌啶酮的摩尔比为1：1‑1：

【专利技术属性】
技术研发人员：薛志锐，
申请(专利权)人：北京志氢科技有限公司，
类型：发明
国别省市：