【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电解水制氢，尤其涉及一种交联型聚合物、粘结剂、离子膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、阴离子交换膜电解水(anion exchange membrane water electrolyzer，aemwe)技术集合了传统碱性电解水技术和质子交换膜电解水技术的优点，具有巨大的应用潜力。阴离子交换膜(aem)是其中的关键组件，能够起到隔绝氢气(h2)和氧气(o2)、传输离子等作用。传统aem材料以线性聚合物为主，在电解槽的运行过程中，溶胀往往会带来电解槽性能的下降，例如，aem在电解槽内过度溶胀，在流体传质过程中可能造成局部受压能力减弱，长期运行中aem可能部分破损，使整体运行效率降低；或者，aem过度溶胀可能使其与催化剂的结合能力变差，随着运行时间增加，可能导致催化剂脱落严重，进而造成电解槽整体性能下降。
2、交联是抑制膜溶胀的有效方法之一，目前的交联方法例如，1、在树脂合成过程中加入交联剂，直接获得交联树脂，再将其加工成膜；2、在得到阴离子交换膜树脂材料后，添加交联剂，进行交联反应，使其交联，之后将交联的树脂溶解、烘干、成膜；3、在得到阴离子交换膜后，在成型的膜表面添加交联剂溶液，利用其逐步扩散，实现膜内交联。这些方法的核心在于外加交联剂，虽然简单方便，但缺点也很明显。外加交联剂的缺点包括：影响聚合反应，使聚合反应难以高效进行；使离子树脂溶解性变差，增加了加工难度；在膜表面渗透交联也很难控制交联的均匀程度，使膜性能难以复现；难以控制反应程度，加工难度增加。
3、因此，为了提高aemwe电解槽的稳
技术实现思路
1、本申请的实施例提供一种交联型聚合物、粘结剂、离子膜及其制备方法和应用，从而可以解决传统离子膜存在的溶胀率高、机械强度低、耐碱稳定性差，进而导致电解槽性能差的问题。
2、为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：
3、一方面，提供了一种交联型聚合物，所述交联型聚合物包括多个聚苯类单元，一个聚苯类单元通过酮类前体发生反应后的基团和cf3-c-b与另一个聚苯类单元键合，所述cf3-c-b与所述酮类前体发生反应后的基团中的氮原子键合，其中，cf3-c-b为单体反应后剩余的结构，b为烷基、烷氧基、具有至少一个苯环的结构及其衍生物、杂环结构及其衍生物中的任一种，x为卤素原子；
4、每个聚苯类单元包括苯类前体发生反应后的基团和第一基团，所述第一基团至少包括所述酮类前体发生反应后的基团，所述苯类前体发生反应后的基团具有至少三个苯基，相邻两个具有所述苯基的基团通过所述酮类前体发生反应后的基团键合；
5、所述第一基团为所述酮类前体发生反应后的基团和抗衡离子，所述酮类前体发生反应后的基团提供正电离子，所述抗衡离子为碘离子、溴离子、氯离子、氢氧根离子、碳酸氢根离子中的任一种；
6、或者，所述第一基团为所述酮类前体发生反应后的基团，所述酮类前体发生反应后的基团为吲哚醌去除一个羰基氧后的剩余基团。
7、进一步地，在所述第一基团为所述酮类前体发生反应后的基团和抗衡离子的情况下，所述酮类前体为n-甲基-4-哌啶酮单体；
8、或者，在所述第一基团为所述酮类前体发生反应后的基团的情况下，所述酮类前体为吲哚醌单体。
9、进一步地，在所述酮类前体为n-甲基-4-哌啶酮单体的情况下，所述交联型聚合物的结构通式为：
10、
11、或者，在所述酮类前体为吲哚醌单体的情况下，所述交联型聚合物的结构通式为：
12、
13、其中，ar为所述苯类前体发生反应后的基团，所述苯类前体为联苯、对三联苯、四联苯、9,10-二联苯蒽、间三联苯、1,3,5-三苯基苯、芴、1,4-二苯氧基苯中的任一种；
14、所述b为链长为1-10的长烷基链、链长为1-10的烷氧基链、具有至少一个苯环的结构及其衍生物、杂环结构及其衍生物中的任一种；
15、n为摩尔比，n的取值在0-0.1之间；
16、x为所述抗衡离子。
17、进一步地，在所述酮类前体为n-甲基-4-哌啶酮单体的情况下，所述交联型聚合物的结构通式为：
18、
19、其中，cf3-c-b为单体反应后剩余的结构，所述b为所述链长为1-10的长烷基链、所述链长为1-10的烷氧基链、苯环及其衍生物、联苯及其衍生物、吡啶及其衍生物、喹啉及其衍生物、托烷及其衍生物、吩噻嗪及其衍生物、呋喃及其衍生物中的任一种。
20、进一步地，所述包括3-溴-1,1,1-三氟丙酮或者2,2,2-三氟-4'-卞溴基苯乙酮。
21、另一方面，提供了一种粘结剂，包括上述的交联型聚合物，所述交联型聚合物未经处理。
22、又一方面，提供了一种离子膜，包括上述的交联型聚合物，所述交联型聚合物经过处理。
23、再一方面，提供了一种电解槽，包括阳极、阴极和膜电极组件，所述膜电极组件设置在所述阳极与所述阴极之间；
24、所述膜电极组件包括如上述的粘结剂、催化剂和上述的离子膜，所述粘结剂用于将所述催化剂粘结于所述离子膜表面。
25、还一方面，提供了一种上述的离子膜的制备方法，包括如下步骤：
26、合成交联型聚合物；
27、将所述交联型聚合物配置成浆料；
28、将所述浆料置于支撑物上，刮平后烘干，得到所述离子膜。
29、进一步地，所述合成交联型聚合物包括：
30、在反应器内加入dmmol的苯类反应前体、xmmol的酮类前体、(d-x)mmol的三氟酮类化合物、eml的二氯甲烷；其中，d和x均为正整数，所述d大于所述x、且所述x的取值范围为0-30mmol，e的取值范围为50-100ml；
31、逐滴加入fml的三氟乙酸和/或gml的三氟甲烷磺酸，保持反应体系在第一温度下，反应第一时间，得到产物；其中，f的取值范围为10-50ml，g的取值范围为50-100ml，所述第一温度的取值范围为-5-10℃，所述第一时间的取值范围为18-120h；
32、将所述产物沉在水中，通过第一浓度的碱液清洗后，溶解在有机溶剂中，在第二温度下加热交联，得到所述交联型聚合物；其中，所述第一浓度的取值范围为0.5-1.5m，所述第二温度的取值范围为30-120℃。
33、进一步地，所述将所述交联型聚合物配置成浆料包括：
34、将第一重量的所述交联型聚合物溶解在第一体积的溶剂中，过滤、脱泡，得到所述浆料；其中，所述第一重量的取值范围为1-15g，所述第一体积的取值范围为95-150ml。
35、进一步地，所述将所述浆料置于支撑物上，刮平后烘干，得到所述离子膜包括：
36、将所述浆料倾倒于玻璃板上，刮刀刮平后烘干，得到所述离子膜。
37、本申请的实施例提供了一种交联型聚合物本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种交联型聚合物，其特征在于，所述交联型聚合物包括多个聚苯类单元，一个聚苯类单元通过酮类前体发生反应后的基团和CF3-C-B与另一个聚苯类单元键合，所述CF3-C-B与所述酮类前体发生反应后的基团中的氮原子键合，其中，CF3-C-B为单体反应后剩余的结构，B为烷基、烷氧基、具有至少一个苯环的结构及其衍生物、杂环结构及其衍生物中的任一种，X为卤素原子；
2.根据权利要求1所述的交联型聚合物，其特征在于，在所述第一基团为所述酮类前体发生反应后的基团和抗衡离子的情况下，所述酮类前体为N-甲基-4-哌啶酮单体；
3.根据权利要求2所述的交联型聚合物，其特征在于，在所述酮类前体为N-甲基-4-哌啶酮单体的情况下，所述交联型聚合物的结构通式为：
4.根据权利要求3所述的交联型聚合物，其特征在于，在所述酮类前体为N-甲基-4-哌啶酮单体的情况下，所述交联型聚合物的结构通式为：
5.根据权利要求4所述的交联型聚合物，其特征在于，所述包括3-溴-1,1,1-三氟丙酮或者2,2,2-三氟-4'-卞溴基苯乙酮。
6.一种粘结剂，其特征在于
7.一种离子膜，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的交联型聚合物，所述交联型聚合物经过处理。
8.一种电解槽，其特征在于，包括阳极、阴极和膜电极组件，所述膜电极组件设置在所述阳极与所述阴极之间；
9.一种如权利要求7所述的离子膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的离子膜的制备方法，其特征在于，所述合成交联型聚合物包括：
...【技术特征摘要】
1.一种交联型聚合物，其特征在于，所述交联型聚合物包括多个聚苯类单元，一个聚苯类单元通过酮类前体发生反应后的基团和cf3-c-b与另一个聚苯类单元键合，所述cf3-c-b与所述酮类前体发生反应后的基团中的氮原子键合，其中，cf3-c-b为单体反应后剩余的结构，b为烷基、烷氧基、具有至少一个苯环的结构及其衍生物、杂环结构及其衍生物中的任一种，x为卤素原子；
2.根据权利要求1所述的交联型聚合物，其特征在于，在所述第一基团为所述酮类前体发生反应后的基团和抗衡离子的情况下，所述酮类前体为n-甲基-4-哌啶酮单体；
3.根据权利要求2所述的交联型聚合物，其特征在于，在所述酮类前体为n-甲基-4-哌啶酮单体的情况下，所述交联型聚合物的结构通式为：
4.根据权利要求3所述的交联型聚合物，其特征在于，在所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：何庆一，姚进，张侨侨，于志伟，
申请(专利权)人：宁波中科氢易膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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