【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于离子交换膜及其制备领域，具体地，涉及一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、水电解技术可分为碱性水电解、质子交换膜水电解和固体氧化物水电解。在此基础上诞生的阴离子交换膜水电解用阴离子交换膜取代了传统碱性水电解的石棉基多孔隔膜，可以更好地输送氢氧根离子并阻隔气体。同时，与质子交换膜水电解相比，使用阴离子交换膜的水电解槽电极反应活性更高，并提供了使用不含铂的廉价催化剂的可能性，显著节省了成本。
2、阴离子交换膜作为阴离子交换膜水电解的关键部件，其性能直接影响水电解的效率和水电解槽的使用寿命。然而，到目前为止，还没有一种综合性能理想的阴离子交换膜可以实际工业化。阴离子交换膜由于其低电导率、较差的碱性稳定性以及电导率和尺寸稳定性之间的严重权衡问题，仍需进一步改进。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对以上不足，提供一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料及其制备方法和应用，旨在进一步改进水电解用阴离子交换膜的离子电导率、耐碱稳定性以及电导率和尺寸稳定性之间的平衡问题。通过采用含强极性氰基的聚芳腈来提高聚合物的尺寸稳定性；通过在聚合物中引入密集阳离子结构来提高离子聚集度，从而提高离子电导率；同时引入长柔性侧链结构来提高聚合物的耐碱稳定性。
2、本专利技术一方面提供了一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料，所述聚芳腈阴离子交换膜材料的结构式为：
3、
4、所述结
5、本专利技术第二方面提供了一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的制备方法，具体步骤为：
6、步骤a.含多个氨基结构聚芳腈的制备：将2,2-二(3-氨基-4-羟苯基)六氟丙烷、4,4’-联苯二酚、2,6-二氟苯甲腈、碳酸钾、n-甲基吡咯烷酮和甲苯加入到三颈烧瓶中，加热升温进行化学反应，反应结束后处理，制备得含多个氨基结构聚芳腈；
7、
8、步骤b.n1-(6-溴己基)-n1、n1、n6、n6，n6-五甲基己烷-1,6-溴化二铵碘化物的制备：a)将n,n,n',n'-四甲基-1,6-己二胺和四氢呋喃加入到三颈烧瓶中，搅拌，然后，通过恒压漏斗将碘甲烷和四氢呋喃的混合液逐滴加入到三颈烧瓶中，并进一步搅拌，加热反应完成后，过滤、洗涤，然后再干燥，得到白色固体粉末6-(二甲氨基)-n,n,n-三甲基己烷-1-碘化铵；
9、
10、b)向配备有机械搅拌器和氮气保护的三颈烧瓶中加入1,6-二溴己烷和乙腈，升温搅拌，通过恒压漏斗缓慢滴加上步制备的6-(二甲氨基)-n,n,n-三甲基己烷-1-碘化铵和乙腈的混合物，加热进行反应，完成后，除去乙腈，得到白色固体粉末，精制后得到n1-(6-溴己基)-n1、n1、n6、n6，n6-五甲基己烷-1,6-溴化二铵碘化物；
11、
12、步骤c.含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的制备：将含多个氨基结构聚芳腈和有机溶剂n-甲基吡咯烷酮加入到具有氮气保护的三颈烧瓶中，加热搅拌，完全溶解后，将n，n-二异丙基乙胺加入到三颈烧瓶中，继续反应，再加入n1-(6-溴己基)-n1、n1、n6、n6，n6-五甲基己烷-1,6-溴化二铵碘化物，进一步搅拌，得到含长烷基侧链密集季铵阳离子结构聚芳醚腈反应液，将反应液用砂芯漏斗过滤后倒入准备好的膜具中，烘干后得到含多个长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料。
13、
14、进一步的，所述步骤a中加热升温具体为先升温至130～140℃反应，再升至150～160℃反应。
15、进一步的，所述步骤b的a)中，所述n,n,n',n'-四甲基-1,6-己二胺与碘甲烷摩尔比为5～10：1，所述反应温度为40～80℃，所述反应时间为4～6h。
16、进一步的，所述步骤b的b)中，所述1，6-二溴己烷与6-(二甲氨基)-n,n,n-三甲基己烷-1-碘化铵的摩尔比为5～8：1，所述反应温度为40～60℃，反应时间为6～12h。
17、进一步的，所述步骤c中，所述n-甲基吡咯烷酮：含多个氨基结构聚芳腈聚合物的摩尔比为30～60：1。
18、进一步的，所述步骤c中，所述n，n-二异丙基乙胺与含多个氨基结构聚芳腈聚合物的摩尔比为2～3：1。
19、进一步的，所述步骤c中所述n1-(6-溴己基)-n1、n1、n6、n6，n6-五甲基己烷-1,6-溴化二铵碘化物的用量为含多个氨基结构聚芳醚腈聚合物中氨基摩尔量的1～2倍。
20、本专利技术第三方面还提供了一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的应用，该含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料可作为关键部件应用于碱性水电解池中。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
22、(1)本专利技术合成的含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料，通过引入长柔性侧链结构减少阳离子基团与聚合物主链之间的电荷诱导效应以及亲水结构与疏水结构的相互影响，改善了聚合物膜的耐碱稳定性和尺寸稳定性。
23、(2)本专利技术提供的含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料制备得到阴离子交换膜，由于在每个含氨基结构单元中引入含八个季铵阳离子柔性侧链结构，高密集阳离子结构提高了离子的聚集度，柔性长烷基侧链的引入提高了季铵基团的运动灵活性和交换能力，从而提高了聚合物膜的离子电导率。
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1.一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料，其特征在于，所述聚芳腈阴离子交换膜材料的结构式为：
2.一种权利要求1所述的一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的合成方法，其特征在于，具体步骤如下：
3.如权利要求2所述的一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的合成方法，其特征在于，所述步骤A中加热升温具体为先升温至130～140℃反应，再升至150～160℃反应。
4.如权利要求2所述的一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的合成方法，其特征在于，所述步骤B的a)中，所述N,N,N',N'-四甲基-1,6-己二胺与碘甲烷的摩尔比为5～10：1，所述加热反应温度为40～80℃，所述反应时间为4～6h。
5.如权利要求2所述的一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的合成方法，其特征在于，所述步骤B的b)中，所述1，6-二溴己烷与6-(二甲氨基)-N,N,N-三甲基己烷-1-碘化铵的摩尔比为5～8：1，所述加热反应温度为40～60℃，反应时间为6～12h。
6.如权利
7.如权利要求2所述的一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的合成方法，其特征在于，所述步骤C中，所述N，N-二异丙基乙胺与含多个氨基结构聚芳腈聚合物的摩尔比为2～3：1。
8.如权利要求2所述的一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的合成方法，其特征在于，所述步骤C中所述N1-(6-溴己基)-N1、N1、N6、N6，N6-五甲基己烷-1,6-溴化二铵碘化物的用量为含多个氨基结构聚芳醚腈聚合物中氨基摩尔量的1～2倍。
9.一种权利要求1所述的一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的应用，其特征在于，该含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料可作为关键部件应用于碱性水电解池中。
...【技术特征摘要】
1.一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料，其特征在于，所述聚芳腈阴离子交换膜材料的结构式为：
2.一种权利要求1所述的一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的合成方法，其特征在于，具体步骤如下：
3.如权利要求2所述的一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的合成方法，其特征在于，所述步骤a中加热升温具体为先升温至130～140℃反应，再升至150～160℃反应。
4.如权利要求2所述的一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的合成方法，其特征在于，所述步骤b的a)中，所述n,n,n',n'-四甲基-1,6-己二胺与碘甲烷的摩尔比为5～10：1，所述加热反应温度为40～80℃，所述反应时间为4～6h。
5.如权利要求2所述的一类含多个柔性长烷基侧链结构聚芳腈阴离子交换膜材料的合成方法，其特征在于，所述步骤b的b)中，所述1，6-二溴己烷与6-(二甲氨基)-n,n,n-三甲基己烷-1-碘化铵的摩尔比为5～8：1，...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪称意，胡剑雄，张亦含，钱佳锋，张晓静，赵晓燕，沈敏，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：
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