一种磺化聚芳醚酮-碳纳米管复合质子交换膜的制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及燃料电池技术领域，且公开了一种磺化聚芳醚酮

【技术实现步骤摘要】
一种磺化聚芳醚酮
‑
碳纳米管复合质子交换膜的制备和应用


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体为一种磺化聚芳醚酮
‑
碳纳米管复合质子交换膜的制备和应用
。

技术介绍

[0002]燃料电池作为一种绿色能源装置和发电技术，广泛应用在移动通信
、
汽车工业
、
航天工业等各方面，其核心部分质子交换膜对燃料电池的能量密度和循环稳定性有很大影响，传统的燃料电池的质子交换膜主要为
Nafion
膜，但是
Nafion
膜的价格昂贵，在高温下质子电导率低等缺点，限制了
Nafion
膜的实际应用，因此需要开发新型高效的质子交换膜
。
[0003]磺化聚芳醚酮具有耐氧化性
、
耐酸碱性
、
吸湿保水性高等优点，是一种极具发展前景的质子交换膜，
CN106910923B《
一类含二苯六氟异丙基结构侧链型磺化聚芳醚酮质子交换膜材料及其制备方法
》
，公开了磺化聚芳醚酮质子交换膜具有良好的质子电导率等性能，可以应用于固态燃料电池用质子交换膜材料，因此如何提高磺化聚芳醚酮质子交换膜的耐热性能
、
质子电导率等是一项研究热点
。

技术实现思路

[0004](
一
)
解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种磺化聚芳醚酮
‑r/>碳纳米管复合质子交换膜的制备和应用，改善了聚芳醚酮质子交换膜的质子电导率和耐热性能
。
[0006](
二
)
技术方案
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种磺化聚芳醚酮
‑
碳纳米管复合质子交换膜，所述磺化聚芳醚酮
‑
碳纳米管复合质子交换膜的制备为以下步骤：
[0008](1)
将重量份数为
10
份的酸化碳纳米管分散到
6000
‑
12000
份的
N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂中，加入
35
‑
100
份巯基丙酸
、15
‑
40
份二环己基碳二亚胺和
0.2
‑
0.5
份4‑
二甲氨基吡啶，在氮气气氛中加热至
70
‑
90℃
，反应
18
‑
36h
，过滤溶剂，丙酮和二氯甲烷洗涤，干燥后制得含巯基碳纳米管
。
[0009](2)
将重量份数为
10
份的含巯基碳纳米管分散到
1500
‑
3000
份的过氧化氢水溶液中，滴加
1.5
‑3份浓硫酸，在
15
‑
40℃
中反应
20
‑
40h
，过滤溶剂，蒸馏水和丙酮洗涤，干燥后制得含磺酸碳纳米管
。
[0010](3)
向二甲亚砜溶剂中加入带水剂甲苯
、4,4'
‑
二羟基二苯醚
、4,4'
‑
二氟二苯甲酮
、
酚酞和
2,5
‑
二羟基苯磺酸钾和碳酸钾，搅拌溶解后在氮气气氛中，加热进行聚合反应，反应后冷却加入蒸馏水析出沉淀，过滤溶剂，依次使用蒸馏水
、
甲醇和丙酮索式提取，然后将产物置于4‑
10
％的稀盐酸中浸渍
12
‑
36h
，然后使用蒸馏水索式提取，干燥后脱模制得含酚酞单元的磺化聚芳醚酮
。
[0011](4)
向
N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
磺化聚芳醚酮和含磺酸碳纳米管，超声处理
30
‑
60min
，然后搅拌3‑
6h
混合均匀，将混合溶液倒在玻璃板表面自然流延，干燥后得到磺化聚芳醚酮
‑
碳纳米管复合质子交换膜
。
[0012]优选的，所述
(2)
中的过氧化氢水溶液的浓度为
15
‑
30
％
。
[0013]优选的，所述
(3)
中的二甲亚砜的重量份数为
2000
‑
5000
份
、
甲苯为
1200
‑
2500
份
、4,4'
‑
二羟基二苯醚
100
份
、4,4'
‑
二氟二苯甲酮为
72
‑
85
份
、
酚酞为6‑
15
份
、2,5
‑
二羟基苯磺酸钾为
15
‑
45
份
、
碳酸钾为
80
‑
120
份
。
[0014]优选的，所述
(3)
中聚合反应先在
135
‑
150℃
中预聚2‑
6h
，然后升温至
170
‑
180℃
中聚合8‑
15h。
[0015]优选的，所述
(4)
中
N,N
‑
二甲基甲酰胺的重量份数为
800
‑
1500
份
、
磺化聚芳醚酮为
100
份
、
含磺酸碳纳米管为
1.5
‑5份
。
[0016](
三
)
有益的技术效果
[0017]与现有技术相比，本专利技术具备以下有益技术效果：
[0018]该一种磺化聚芳醚酮
‑
碳纳米管复合质子交换膜，利用巯基丙酸与酸化碳纳米管表面的羟基发生酯化反应，得到含巯基碳纳米管，进一步在过氧化氢体系中，碳纳米管引入的巯基被氧化生成磺酸基团，得到含磺酸碳纳米管，从而提高简单高效的新型合成方法，在碳纳米管表面引入丰富的磺酸基团
。
[0019]以
4,4'
‑
二羟基二苯醚
、4,4'
‑
二氟二苯甲酮
、
酚酞和
2,5
‑
二羟基苯磺酸钾作为聚合单体，聚合得到侧链含有酚酞和磺酸钾的聚芳醚酮，然后稀盐酸酸化，得到含酚酞结构的磺化聚芳醚酮，分子链的刚性大，分子间作用力强，使磺化聚芳醚酮的耐热性能和机械强度更高，将磺化聚芳醚酮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种磺化聚芳醚酮
‑
碳纳米管复合质子交换膜，其特征在于：所述磺化聚芳醚酮
‑
碳纳米管复合质子交换膜的制备为以下步骤：
(1)
将重量份数为
10
份的酸化碳纳米管分散到
6000
‑
12000
份的
N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂中，加入
35
‑
100
份巯基丙酸
、15
‑
40
份二环己基碳二亚胺和
0.2
‑
0.5
份4‑
二甲氨基吡啶，在氮气气氛中加热至
70
‑
90℃
，反应
18
‑
36h
，制得含巯基碳纳米管；
(2)
将重量份数为
10
份的含巯基碳纳米管分散到
1500
‑
3000
份的过氧化氢水溶液中，滴加
1.5
‑3份浓硫酸，在
15
‑
40℃
中反应
20
‑
40h
，制得含磺酸碳纳米管；
(3)
向二甲亚砜溶剂中加入带水剂甲苯
、4,4'
‑
二羟基二苯醚
、4,4'
‑
二氟二苯甲酮
、
酚酞和
2,5
‑
二羟基苯磺酸钾和碳酸钾，搅拌溶解后在氮气气氛中，加热进行聚合反应，然后将产物置于4‑
10
％的稀盐酸中浸渍
12
‑
36h
，制得含酚酞单元的磺化聚芳醚酮；
(4)
向
N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
磺化聚芳醚酮和含磺酸碳纳米管，超声处理
30
‑
60min
，然后搅拌3‑
6h
混合均匀，将混合溶液倒在玻璃板表面自然流延，干燥后得到磺化聚芳醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟刚，娄金楼，
申请(专利权)人：江西明德新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：