【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池阴离子交换膜，涉及一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜及其制备方法。
技术介绍
1、在当今人类社会，电力推动了技术进步同时在日常生活中电能也是必不可少的。目前，电能来源主要依靠燃烧化石燃料产生，但是，它具有不可再生和对环境不友好的缺点。燃料电池被认为是高效、清洁的能源转换技术，具有高能量、低/零排放、静音运行等优点。在过去的三十年里，世界上许多发达国家和发展中国家已经将燃料电池的发展提升到国家战略的高度，特别是在运输应用领域。离子交换膜燃料电池以薄膜作为电解质，可以有效缩小设备体积，降低设备重量，且能量转化率高；
2、阴离子交换膜燃料电池(anion exchange membrane fuel cell,aemfc)是基于质子交换膜燃料电池的结构，以传递阴离子的固态电解质作为核心组件，设计出的离子交换膜燃料电池。aemfc最大优势在于可使用非贵金属镍、钯等作为替代催化剂，极大程度降低铂的用量，从而节约成本；在碱性条件下，阴极发生的还原反应速率更快，生成的氢氧根通过阴离子交换膜(anion exchange membrane,aem)传递至阳极，传递方向与水分子扩散方向相同，与燃料渗透方向相反，可有效降低电解质膜水管理负担并阻挡燃料渗透，有望成为低成本离子交换膜燃料电池；
3、为了进一步突破aem当前所面临的瓶颈，研究人员重点对膜材料的制备与加工展开研究，并根据现有的aem分成三类：非均相膜、均相膜和互穿聚合物网络膜。均相膜通过一种化学结构的材料进行制备，因其制备方法的高效与材料独
4、研究人员在对aem的研究过程中发现，合理的构建聚合物分子链结构，非常有利于在成膜过程中分子链的自发聚集，形成亲-疏水相分离的微观形貌，进而增加离子在aem中的传输效率。受此启发，在对阴离子交换膜材料改性过程中，研究人员对于不同种类的聚合物，通过改变链段结构，离子基团等方式，构建出种类和结构繁多的离聚物；
5、在此背景下，我们提出了具有多溴侧链的abpbi衍生物膜，以提高aemfc的氢氧根传递能力。烷基侧基在abpbi主链之间起间隔作用，抑制主链的堆积。通过n取代反应成功地将这些间隔剂以不同的接枝率接枝到abpbi上。由于隔离剂的存在，abpbi膜的结晶度和链式填充程度可以显著降低，从而增强了膜的吸水性并提供了离子传输的快速通道。通过各种结构和电化学分析，研究链段结构对膜性能的影响。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法。
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜，包括通过缩聚反应制备聚合物主链、后续进行聚合物主链的接枝和季铵化，以及通过在玻璃平面上流延法制备阴离子交换膜铸膜、浸泡法碱化，所述接枝2,5-聚苯并咪唑阴结构如下：
3、
4、接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5、s1、以3,4-二氨基苯甲酸为原料制备abpbi；
6、s2、将缩聚得到的abpbi进行四溴季戊四醇接枝；
7、s3、将四溴季戊四醇接枝后的产物进行三甲胺季铵化；
8、s4、将季铵化后的溶液进行铺膜，干燥处理后在，进行离子交换处理得到阴离子交换膜。
9、abpbi的制备方法包括如下具体步骤：
10、a1、将3,4-二氨基苯甲酸140℃完全溶解在多聚磷酸中，加热升温至170℃搅拌5h，得到缩聚后的abpbi粘稠物；
11、a2、将其倒入冰水中，加入碳酸氢钠中和，去除里面的多聚磷酸；
12、a3、用蒸馏水多次清洗，过滤洗涤产物后，80℃真空干燥，得到abpbi。
13、缩聚反应过程中多聚磷酸和3,4-二氨基苯甲酸的配比是50ml:5g,反应温度是140-170℃，反应时间5-10h，沉淀剂是冰水。
14、四溴季戊四醇接枝abpbi的制备方法包括如下步骤：将abpbi氮气保护170℃溶解在二甲基亚砜中，加入四溴季戊四醇在二甲基亚砜溶液中80℃进行接枝反应，得到接枝后的abpbi。
15、abpbi和四溴季戊四醇的重量比是1：0.3-1.8
16、三甲胺季铵化的制备方法包括如下步骤：在四溴季戊四醇接枝后的abpbi溶液中加入三甲胺搅拌反应。得到三甲胺季铵化abpbi，再将其倒入去离子水中反复洗涤，放置真空烘箱80℃干燥48h，得到聚合物季铵化abpbi。
17、接枝后的abpbi与三甲胺的原料配比1g:0.01-0.06ml,反应温度为常温，反应时间20-40h。
18、将季铵化abpbi溶解在二甲基亚砜溶液中成为铸膜液，延流在玻璃板上干燥成膜。
19、季铵化2,5-聚苯并咪唑的重量占二甲基亚砜的5-10％，溶解温度20-50℃，溶解时间5-8h，干燥温度40-70℃，时间为24-36h。
20、将s4中的膜从玻璃板表面剥离，置于1mol氢氧化钾溶液中浸泡48h后，用去离子水洗去膜表面游离碱。
21、一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜，由上述制备方法而来，阴离子交换膜与abpbi为聚合物主链，以烷基为侧链，以四溴季戊四醇和三甲胺为季铵化试剂。
22、有益效果
23、本专利技术提供了一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法,本专利技术利用多季铵盐接枝到abpbi侧链，从而得到了新型aem。由于隔离剂的存在，abpbi膜的结晶度和链式填充程度可以显著降低，从而增加了氢氧根离子的含量和提高了水的吸收。优化阴离子交换膜的亲水/疏水微相分离结构，从而提升了膜的离子传导性能、机械强度和碱稳定性。
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1.一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括通过缩聚反应制备聚合物主链、后续进行聚合物主链的接枝和季铵化，以及通过在玻璃平面上流延法制备阴离子交换膜铸膜、浸泡法碱化，所述接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子膜结构式如下：
2.根据权利要求1所述的一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于,其特征在于，所述ABPBI的制备方法包括如下具体步骤：
4.根据权利要求3所述的一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于,所述S2缩聚反应过程中，多聚磷酸、3,4-二氨基苯甲酸的配比是50ml:5g,反应温度是140-220℃，反应时间5-10h，沉淀剂是蒸馏水。
5.根据权利要求2所述的一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于,所述接枝2,5-聚苯并咪唑的制备方法包括如下步骤：将四溴季戊四醇和ABPBI在二甲基亚砜(DMSO)中进行接枝反应，得到接枝后的2,5-聚苯并咪唑
6.根据权利要求5所述的一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述2,5-聚苯并咪唑和四溴季戊四醇的重量比是1：0.3-1.8。
7.根据权利要求5所述的一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述三甲胺季胺化的制备方法包括如下步骤：将四溴季戊四醇接枝后的2,5-聚苯并咪唑溶解于DMSO中，加入三甲胺常温搅拌反应。产物经纯化、干燥后，得到三甲胺季胺化后的2,5-聚苯并咪唑。
8.根据权利要求7所述的一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，接枝后的2,5-聚苯并咪唑与三甲胺的原料配比1g:0.01-0.06ml,反应温度为常温，反应时间20-40h。
9.根据权利要求2所述的一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S4中，季胺化2,5-聚苯并咪唑的重量占二甲基亚砜的5-10％，反应温度20-50℃，反应时间5-8h。
10.一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜，其特征在于，由权利要求1-9所述的制备方法制备得到，所述的烷基接枝型阴离子交换膜以ABPBI为主链，以烷基为侧链，以四溴季戊四醇和三甲胺为季铵化试剂。
...【技术特征摘要】
1.一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括通过缩聚反应制备聚合物主链、后续进行聚合物主链的接枝和季铵化，以及通过在玻璃平面上流延法制备阴离子交换膜铸膜、浸泡法碱化，所述接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子膜结构式如下：
2.根据权利要求1所述的一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于,其特征在于，所述abpbi的制备方法包括如下具体步骤：
4.根据权利要求3所述的一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于,所述s2缩聚反应过程中，多聚磷酸、3,4-二氨基苯甲酸的配比是50ml:5g,反应温度是140-220℃，反应时间5-10h，沉淀剂是蒸馏水。
5.根据权利要求2所述的一种接枝2,5-聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，其特征在于,所述接枝2,5-聚苯并咪唑的制备方法包括如下步骤：将四溴季戊四醇和abpbi在二甲基亚砜(dmso)中进行接枝反应，得到接枝后的2,5-聚苯并咪唑。
6.根据权利要求5所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：苗守雷，马娟娟，张海秋，邓新阳，刘泽澎，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：
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