CN105983353A - 一种亲水通道形貌可控的阴离子交换膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种亲水通道形貌可控的阴离子交换膜及其制备方法。这种阴离子交换膜是由含叔胺基的添加物与卤甲基化聚合物经反应制备而成。添加物具有多重功能，既为交联剂，又为胺基化剂，还可提供亲水形貌形成的模板，同时具备保水能力。膜内亲水相形貌随添加物的形貌而变化，并相互连接成网络结构，从而赋予了阴离子交换膜较好的离子传导能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种亲水通道形貌可控的阴离子交换膜及其制备方法，可用于电渗析、电解、锂电池、燃料电池、全钒液流电池、吸附和水处理等领域。
背景技术
根据所带电荷的不同，离子交换膜可以分为阳离子交换膜和阴离子交换膜，在现代的生活中起着越来越重要的作用，在电渗析、电解、锂电池、燃料电池、全钒液流电池、吸附和水处理等领域中有着广泛的应用。
传统的离子交换膜材料有聚合物的后功能化和功能化单体的聚合两种方法。后功能化方法获得的官能团多为无规分布，因而离子聚合物膜形貌不可控；功能化单体的聚合可以制备多嵌段共聚物，对离子聚合物中亲水相与憎水相有一定的调节能力，但形貌可控性也较差。离子聚合物材料与其它材料复合或掺杂后，因为基体相和另一相的相容性问题，对膜中亲水相形貌也缺乏有效调控，特别是在阴离子交换膜的研究中尚未有报道。
发明内容
本发明利用阴离子交换膜通常采用含卤甲基化前体的聚合物成膜的特点，提出用含叔胺基的添加物，与用含卤甲基化前体的聚合物一起制备阴离子交换膜，通过卤甲基与叔胺基间的共价作用改善两种材料间的相容性，膜内亲水相的形貌也因共价作用而随添加物的形貌而变化。
本发明具有以下优点：添加物具有多重作用：交联剂、胺化剂、亲水簇模板和保水剂。由于聚合物基体相与添加物间存在共价键，相容较好。亲水相沿掺杂物表面形成阴离子迁移通道，亲水相的形貌随另一相的形貌而变化(球形、管状或片状)，亲水相间相互连接形成网络通道，从而具有高速阴离子传导能力。
具体实施方式
实施例1
将0.3g末端基团为叔胺基的纳米二氧化硅与1.0g氯甲基化聚砜分别加入DMAc溶剂中，分别搅拌均匀后，再混合搅拌30min，然后采用流延方法成膜，经60oC干燥24揭下。所得阴离子交换膜浸入1M的氢氧化钠溶液碱化，获得传导氢氧根离子的阴离子交换膜。60oC和100%润湿条件下氢氧根离子的传导率为0.034S/cm。
实施例2
将0.3g末端基团为叔胺基的纳米石墨烯片与1.0g氯甲基化聚砜分别加入DMAc溶剂中，分别搅拌均匀后，再混合搅拌30min，然后采用流延方法成膜，经60oC干燥24揭下。所得阴离子交换膜浸入1M的氢氧化钠溶液碱化，获得传导氢氧根离子的阴离子交换膜。60oC和100%润湿条件下氢氧根离子的传导率为0.028S/cm。
实施例3
将0.3g末端基团为叔胺基的碳纳米管与1.0g氯甲基化聚砜分别加入DMAc溶剂中，分别搅拌均匀后，再混合搅拌30min，然后采用流延方法成膜，经60oC干燥24揭下。所得阴离子交换膜浸入1M的氢氧化钠溶液碱化，获得传导氢氧根离子的阴离子交换膜。60oC和100%润湿条件下氢氧根离子的传导率为0.035S/cm。
Claims (9)
1.一种阴离子交换膜，其特征是添加物与聚合物基体间共价相连，具有良好相容性；亲水相形貌可控，亲水相沿添加物表面分布，形成球形、柱状或层状的形貌。
2.一种权利要求1所述膜的制备方法，其特征在于末端含胺基(伯胺或仲胺)的零维、一维、二维或三维材料，与卤甲基化聚合物分别配成溶液，搅拌均匀后混合，再次搅拌一定时间，经流延法成膜，即获得阴离子交换膜。
3.一种权利要求1所述膜的制备方法，其特征在于末端含胺基(伯胺或仲胺)的零维、一维、二维或三维材料，经叔胺化后，与卤甲基化聚合物分别配成溶液，搅拌均匀后混合，再次搅拌一定时间，经流延法成膜，即获得阴离子交换膜。
4.一种权利要求1所述膜的制备方法，其特征在于末端含胺基(伯胺或仲胺)的零维、一维、二维或三维材料，与卤甲基化聚合物分别配成溶液，搅拌均匀后混合，再次搅拌一定时间，经流延法成膜；将所得的膜分别用三甲胺和卤代烷烃处理，最后清洗干净即获得阴离子交换膜。
5.一种权利要求1所述膜的制备方法，其特征在于末端含胺基(伯胺或仲胺)的零维、一维、二维或三维材料，经叔胺化后，与卤甲基化聚合物分别配成溶液，搅拌均匀后混合，再次搅拌一定时间，经流延法成膜；将所得的膜分别用三甲胺和卤代烷烃处理，最后清洗干净即获得阴离子交换膜。
6.一种权利要求1所述膜的制备方法，其特征在于末端含叔胺基的零维、一维、二维或三维材料，与卤甲基化聚合物分别配成溶液，搅拌均匀后混合，再次搅拌一定时间，经流延法成膜，即获得阴离子交换膜。
7.一种权利要求1所述膜的制备方法，其特征在于末端含叔胺基的零维、一维、二维或三维材料，与卤甲基化聚合物分别配成溶液，搅拌均匀后混合，再次搅拌一定时间，经流延法成膜；将所得的膜分别用三甲胺和卤代烷烃处理，最后清洗干净即获得阴离子交换膜。
8.根据权利要求2-7所述的零维、一维、二维或三维材料包括但不限于纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锆、胶体微球、碳60、碳纳米管、晶须、石墨烯、蒙脱土、层状双金属氢氧化物、六方氮化硼、高岭土、层状氢氧化锆、笼型倍半硅氧烷、树枝状聚合物、超支化聚合物、层状二硫化物、类水滑石层状材料等。
9.根据权利要求2-7所述的卤甲基化聚合物聚合物包括但不限于聚乙烯亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物、卤甲基化聚砜、卤甲化聚醚砜、卤甲基化聚醚酮、卤甲基化聚醚醚酮、卤甲基化聚醚醚酮酮、卤甲基化聚杂萘联苯醚酮、卤甲基化聚杂萘联苯醚砜、卤甲基化聚杂萘联苯醚砜酮、卤甲基化聚酰亚胺、卤甲基化聚醚酰亚胺、卤甲基化聚苯醚、卤甲基化聚苯乙烯、溴化聚2,6－二甲基－1,4－苯醚、卤甲基化聚膦腈。
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