【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碱性阴离子交换膜，涉及到几种含蒽及其衍生物的哌啶型阴离子交换膜、制备方法及应用。
技术介绍
1、能源是人类社会生产力发展的关键资源。我国急需优化以化石能源为主的能源结构，目前常规的清洁能源如太阳能、风能、潮汐能等，相比传统的化石燃料而言，能量密度仍然不足，而且应用受到地域的限制，氢能是一种可替代化石能源的的理想清洁能源。它具有来源多，高能量密度和零碳排放等优势。而零碳排放优势的保证，来源于电解水技术，将电能转化为化学能的技术，但目前氢气的电解水源头比仍然很低，96％的氢气来自化石燃料原料(48％来自天然气，30％来自重油和石脑油，18％来自煤炭)。
2、碱性阴离子交换膜是碱性膜电解水的核心部件之一，通常是由含季铵基团的聚合物制备，起到选择性传递氢氧根离子并且分隔阴阳两极物料的作用。要求碱性阴离子交换膜既有很好的传递氢氧根离子的能力，又能在碱性环境中保持性能的稳定。目前膜材料常用聚砜，聚醚醚酮等聚合物作为主链，但patric jannasch等人在《poly(arylenepiperidinium)hydroxide ion exchange membranes:synthesis,alkaline stability,and conductivity》一文中讲明含醚键聚合物在碱性环境中会发生降解，存在离子传导率低，尺寸稳定性差等问题。同时徐铜文等学者在研究《a π-conjugated anion-exchangemembrane with an ordered ion-conducting chann
技术实现思路
1、本专利技术旨在提高碱性阴离子交换膜的尺寸稳定性、碱性稳定性和氢氧根传递性能，打破离子传导率与机械稳定性的权衡效应。提供了一种蒽及其衍生物的哌啶型阴离子交换膜的制备方法，使得主链中具有较高的苯环π电子云密度，合成了具有良好碱稳定性和机械性能的哌啶型三单体聚合物，通过控制单体的投料比例来控制聚合物主链结构，再对聚合物与碘甲烷反应得到季铵化聚合物，并用季铵化聚合物进行铸膜。所制备的膜具有较好的尺寸稳定性和良好的离子传导率，可用于碱性膜电解水中。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种含蒽及其衍生物的哌啶型阴离子交换膜，含蒽及其衍生物的哌啶型季铵化聚合物的结构如下：
4、
5、其中，m＝0.01～0.99。
6、上述含蒽及其衍生物的哌啶型阴离子交换膜的制备方法，步骤如下：
7、(1)含蒽及衍生物哌啶型的三单体聚合物的合成：将对三联苯溶于二氯甲烷中，溶解后加入n-甲基-4哌啶酮和药品a，降温20分钟后，逐滴加入三氟乙酸、三氟甲磺酸，60min后撤去冰浴，室温下反应2小时后得到溶液，随后用溶剂b猝灭反应，最后用水将产物洗涤至中性，干燥得到三单体聚合物；
8、所述的药品a为蒽、9、10二联苯蒽或9、10-双(苯乙炔基)蒽；
9、所述的溶剂b为甲醇、乙醇或水；
10、(2)含蒽及衍生物的哌啶功能化聚合物制备：三单体聚合物溶于溶剂c中，溶解后加无水碳酸钾，搅拌均匀后加入碘甲烷，在40℃下避光反应一段时间；将反应结束后的溶液离心，除去无水碳酸钾后倒入溶剂d中析出，最后用溶剂d洗涤、过滤、水洗涤之后，干燥得到含蒽及衍生物的哌啶季铵化聚合物；
11、所述的析出剂d为丙酮、乙酸乙酯、乙醚中的一种；
12、(3)含蒽及其衍生物的哌啶型阴离子交换膜的制备：将含蒽及衍生物的哌啶功能化聚合物溶于溶剂d中，溶解后过滤，离心去除不溶杂质得到铸膜液；再将铸膜液浇铸在干净的玻璃模具上，一定温度下干燥成膜；将膜浸泡于1mol/l氢氧化钾溶液中24～48h，在去离子水中浸泡至中性，即得含蒽及其衍生物的哌啶型阴离子交换膜；
13、所述的溶剂d为n-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜。
14、进一步，步骤(1)中，
15、所述的n-甲基-4哌啶酮在二氯甲烷的摩尔浓度为1～1.2mol/l；
16、所述的n-甲基-4哌啶酮：药品a：对三联苯的摩尔比为1:0.01～0.99:0.99～0.01；
17、所述的n-甲基-4哌啶酮与三氟甲磺酸的摩尔比为1：5～9；
18、所述的n-甲基-4哌啶酮与三氟乙酸的摩尔比为1：1；
19、进一步，步骤(1)中的干燥条件为：温度为60～70℃，时间为24～36小时。
20、进一步，步骤(2)中，
21、所述的三单体聚合物：碘甲烷：碳酸钾的摩尔比为：1：1.2～2：1～1.5；
22、所述的溶剂c为n-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜；
23、所述的三单体聚合物在溶剂c的质量浓度为0.03～0.05g/ml；
24、所述的避光反应时间为48～72h；
25、进一步，步骤(2)中的干燥条件为：温度为60～70℃，时间为24小时以上。
26、进一步，步骤(3)中，
27、所述的铸膜液质量浓度为0.0125～0.025g/ml；
28、所述的浇铸法成膜的烘干温度为60～80℃，时间为24小时。
29、上述制备方法得到的含蒽及其衍生物的哌啶型阴离子交换膜作为碱性膜在电解水槽中的应用。
30、本专利技术的有益效果：
31、(1)引入蒽及其衍生物单体，利用π-π堆积作用，诱导锚定在主链的功能基团自主装，可促进微相分离结构的形成，并增强疏水相的耐水塑化能力，抑制膜的溶胀。
32、(2)通过调整蒽及其衍生物单体和对三联苯单体的比例，可以增强聚合物的刚性，扩充聚合物自由体积，增加其尺寸稳定性与离子输运能力。
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1.一种含蒽及其衍生物的哌啶型阴离子交换膜，其特征在于，含蒽及其衍生物的哌啶型季铵化聚合物的结构如下：
2.权利要求1所述的含蒽及其衍生物的哌啶型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
8.权利要求2-7任一所述的制备方法得到的含蒽及其衍生物的哌啶型阴离子交换膜作为碱性膜在电解水槽中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种含蒽及其衍生物的哌啶型阴离子交换膜，其特征在于，含蒽及其衍生物的哌啶型季铵化聚合物的结构如下：
2.权利要求1所述的含蒽及其衍生物的哌啶型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：焉晓明，顾铭宇，高莉，贺高红，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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