【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及阴离子交换膜，具体地说，涉及双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜、及其制备方法、及其应用。
技术介绍
1、随着时代的发展，工业化生产在经济发展中占据重要地位，过度的能源开采使人们陷入新的困境。氢能因其资源丰富和对环境友好的优点成为研究可再生能源的替代方案，通过电解水制氢技术将电能转化为氢能进行存储。电解氢相比固体氧化物电解水技术和质子交换膜电解池，阴离子交换膜(aems)在碱性条件下工作，有利于更快地氧化还原反应以提供更多的反应动力，且有望将非贵金属催化剂用于催化层中以降低制备成本。作为阴离子交换膜水电解器(aemwe)的关键元素，aems通常需要低溶胀、高导电、极好的热碱稳定性和令人满意的机械性能。功能阳离子与聚合物主链的结合方式也是影响aems性能的关键因素之一。功能阳离子直接或通过短链-ch2-连接到主聚合链上，称为“主链型”结合。然而，阳离子的自组装和导电通道的形成受到限制，官能团和聚合物支架的相互诱导会加速oh-对主链的攻击。“侧链型”可以促进功能阳离子的自由运动，减弱它们与高分子主链的相互作用，从而优化膜的稳定性。此外，腈基的存在，其强极性增强了膜对高温和碱性环境的抵抗力。侧链框架和腈基的协同作用有望为改善aems的力学性能和碱稳定性提供新的策略。
2、lai报道了一系列不同疏水链段长度的季铵化含芴嵌段聚(亚芳基醚腈酮)aem。梳状c10长烷基侧链接枝到嵌段型主链上，形成有效的离子传输通道。带有腈基团的疏水链段表现出深厚的抗溶胀特性。离子交换容量最高为1.99mmol/g，80℃时离子电导率达
3、zhang等通过将聚醚酮卡多中的卡多酚酞基团和氨基内酰胺化，研究了一系列不同季铵化试剂对膜性能的影响。该系列膜拥有令人满意的耐久性，在80℃下，电导率在1mkoh中能保持1200h不发生明显变化。
4、huang等人报道了交联型亲水侧链基于聚哌啶主链于aems性能的影响，亲水侧链使膜具有不同程度的微相分离，离子传输通道由此开阔，在80℃时电导率达到104.61ms/cm，直接说明了在致密的亲水性侧链能够辅助oh-的传导。
5、前述提及的技术，存在的问题是：(1)oh-离子电导率高往往难以保证优异的热稳定性和碱稳定性。(2)聚芳醚类阴离子交换膜的研究更多集中在聚醚酮、聚醚砜以及不含醚的哌啶类上，现有的聚芳醚腈阴离子交换膜研究匮乏。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题：
2、阴离子交换膜中热稳定性和碱稳定性有待提升。
3、本专利技术采用的技术方案：
4、针对上述的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜、及其制备方法、及其应用。本专利技术提供的阴离子交换膜合理平衡了离子电导率与机械性能，在高电导率下，其热稳定性和碱稳定性仍然较好。
5、具体内容如下：
6、第一，本专利技术通过了一种双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜，如式i所示的结构：
7、
8、x，y为重复单元数，x，y≥1的整数。
9、第二，本专利技术提供了一种前述提及的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜的制备方法，，包括如下步骤：
10、s1 2,6-二氟苯腈、甲基氢醌、2,2-二烯丙基双酚a置于容器中，在溶剂体系1内发生反应，得到paena；甲基氢醌、2,6-二氟苯腈、2,2-二烯丙基双酚a的摩尔比为2～5:10:5～8；溶剂体系1包括k2co3、甲苯和tms。反应在氮气气氛下进行，反应于135℃持续搅拌3～6h，再升温至185℃，直至产物有粘度，静置过夜，再经后处理得到。后处理为：将产物切碎并在蒸馏水中煮沸3-5次，以除去残留的溶剂和水溶性盐。最后，将粉碎产物放入60℃烘箱中24h，然后收集备用。
11、采用双酚a，其与双酚s相较，当涉及到当涉及到电子转移的机理时，双酚s中的双键结构使得其能够更容易地进行电子共轭效应，这种效应能够帮助分子更有效地分散电荷，从而提高其稳定性。在双酚s中，双键可以形成一个类似于共轭体系的结构，使得电子能够在双键周围更灵活地移动，这种现象增加了分子的稳定性。相反地，在双酚a中，自由的苯环结构不具有双键的共轭结构，因此其电子转移能力不如双酚s，分子内的电子不够有效地分散。这种结构会使得双酚a相对更不稳定，更容易受到到攻击。因此，从电子转移的角度来看，双酚a更容易与1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑发生反应，缩短反应时间，提高生产效率。
12、s2 paena与1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑在溶剂体系2内发生反应，反应体系中加入过氧化苯甲酰，得到g-paena；paena、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑、过氧化苯甲酰的质量比为2:5～6:0.5～1。溶剂体系2包括nmp。paena与1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑于45℃下搅拌8h，再加入过氧化苯甲酰搅拌2h，经后处理得到g-paena。后处理为：将混合溶液排放到水中，棕色产物沉淀并在蒸馏水中煮沸3-5次，以除去残留溶剂和水溶性盐。最后将产物g-paena置于60℃烘箱中24h。
13、s3 g-paena与溴化试剂在溶剂体系3内发生反应，得到br-g-paena；溴化试剂包括nbs和bpo；g-paena与nbs、bpo的质量比为1:0.1～0.5:0.01～0.05；溶剂体系3包括tce。在氮气气氛下反应，于80℃下溴化5h，经后处理得到溴化物3。后处理为：反应后，冷却至室温后，将混合物倒入350ml乙醇溶液中沉淀。沉淀用乙醇洗涤3-5次，过滤，60℃真空干燥24h。
14、本申请将1-乙烯基咪唑不仅用于季铵化，且此过程中，1-乙烯基咪唑上的双键之间同时再次加成使聚合物交联，进而提升膜的稳定性。与1-甲基吡咯烷相比，1-乙烯基咪唑具有较强的亲核性和更高的反应活性，这意味着，在进行季铵化反应时，1-乙烯基咪唑更容易与亲电性较强的受体分子发生反应。也就是采用1-乙烯基咪唑能够同时满足更易发生反应、以及进一步使得聚合物交联的目的。
15、s4 br-g-paena与1-乙烯基咪唑、过氧化苯甲酰在溶剂体系4内发生反应，得到cs-g-paena，cs-g-paena流延成膜。br-g-paena与1-乙烯基咪唑的比例为1g:1～1.1ml，br-g-paena与过氧化苯甲酰的质量比为1:0.05～0.15；溶剂体系4包括nmp；反应在搅拌状态下持续24h。流延成膜：将得到的混合溶液缓慢流延于干净的玻璃板上，并在80℃的烘箱中干燥24小时。接着，再将制备好的aem自然脱落在蒸馏水中，并浸入1mnaoh溶液中24h，用大量蒸馏水洗涤aem，并在自然干燥后放在一边。
16、第三，本专利技术提供了一种前述提及的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜在电解水制氢的应用。
17、本申请达到的技术效果：
18、本申请通过腈基基团的强极性有效提高了膜的耐温性和耐碱性，且1-烯丙基-3-甲基咪本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜，其特征在于，如式I所示的结构：
2.如权利要求1所述的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，S1包括特征(S1-1)至(S1-2)中的至少一个：
4.根据权利要求2或3所述的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，S1包括特征(S1-3)：
5.根据权利要求2所述的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，S2包括特征(S2-1)至(S2-2)中的至少一个：
6.根据权利要求2或3所述的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，S2包括特征(S2-3)：
7.根据权利要求2所述的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，S3包括特征(S3-1)至(S3-2)中的至少一个：
8.根据权利要求2或3所述的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，S3包括特征(S3-
9.根据权利要求2所述的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括特征(S4-1)至(S4-3)中的至少一个：
10.如权利要求1所述的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜、或如权利要求2至9任意一项所述的制备方法得到的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜在电解水制氢的应用。
...【技术特征摘要】
1.双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜，其特征在于，如式i所示的结构：
2.如权利要求1所述的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，s1包括特征(s1-1)至(s1-2)中的至少一个：
4.根据权利要求2或3所述的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，s1包括特征(s1-3)：
5.根据权利要求2所述的双侧链/交联型聚芳醚腈阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，s2包括特征(s2-1)至(s2-2)中的至少一个：
6.根据权利要求2或3所述的双侧链/交联型聚芳...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹迎青，祝菲，李斯晗，贾鸿珊，雷宪章，李银龙，唐鋆磊，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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