CN106432744B - 一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜及其制备方法 - Google Patents

一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106432744B
CN106432744B CN201610861007.1A CN201610861007A CN106432744B CN 106432744 B CN106432744 B CN 106432744B CN 201610861007 A CN201610861007 A CN 201610861007A CN 106432744 B CN106432744 B CN 106432744B
Authority
CN
China
Prior art keywords
polyphenylene oxide
solution
imidazoles
obtains
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610861007.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106432744A (zh
Inventor
沈春晖
陈继钦
高山俊
钱威
王凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN201610861007.1A priority Critical patent/CN106432744B/zh
Publication of CN106432744A publication Critical patent/CN106432744A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106432744B publication Critical patent/CN106432744B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22Films, membranes or diaphragms
    • C08J5/2206Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
    • C08J5/2218Synthetic macromolecular compounds
    • C08J5/2256Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions other than those involving carbon-to-carbon bonds, e.g. obtained by polycondensation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G81/00Macromolecular compounds obtained by interreacting polymers in the absence of monomers, e.g. block polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G65/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule
    • C08G65/34Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from hydroxy compounds or their metallic derivatives
    • C08G65/38Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from hydroxy compounds or their metallic derivatives derived from phenols
    • C08G65/40Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from hydroxy compounds or their metallic derivatives derived from phenols from phenols (I) and other compounds (II), e.g. OH-Ar-OH + X-Ar-X, where X is halogen atom, i.e. leaving group
    • C08G65/4006(I) or (II) containing elements other than carbon, oxygen, hydrogen or halogen as leaving group (X)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G65/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule
    • C08G65/34Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from hydroxy compounds or their metallic derivatives
    • C08G65/48Polymers modified by chemical after-treatment
    • C08G65/485Polyphenylene oxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8825Methods for deposition of the catalytic active composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2650/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2650/28Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule characterised by the polymer type
    • C08G2650/50Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule characterised by the polymer type containing nitrogen, e.g. polyetheramines or Jeffamines(r)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2371/00Characterised by the use of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2371/08Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives
    • C08J2371/10Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives from phenols
    • C08J2371/12Polyphenylene oxides
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Polyethers (AREA)

Abstract

本发明属于燃料电池技术领域,具体涉及一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜及其制备方法。本发明通过溴化反应取代聚苯醚上的甲基氢原子,得到溴甲基化聚苯醚;再将咪唑溶液与溴甲基化聚苯醚反应,使咪唑取代溴原子,得到咪唑功能化聚苯醚;然后将双酚A和4,4'‑二氟二苯砜合成聚砜溶液,通过酰化共聚将聚砜接枝在咪唑上,最后通过凝胶‑溶胶工艺制备得到高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜。由于咪唑本身取代基和聚砜的位阻效应很好的环绕在阳离子附近,使得碱性条件下OH的攻击受阻,阻止了膜的降解,所述阴离子交换膜具有良好的机械性能和高耐碱性能。

Description

一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜及其制备方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域,具体涉及一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜及其制备方法。
背景技术
碱性燃料电池(Alkaline Fuel Cell,AFC)可用非铂材料作为催化剂,避免了含铂催化剂的使用,降低了制造成本;碱性膜燃料电池对水的循环利用有效避免了质子交换膜燃料电池中电池积水的问题;碱性膜良好的化学稳定性为电池的使用寿命提供了保证。因此,碱性膜燃料电池成为燃料电池领域新的研究热点。
目前,燃料电池碱性膜的合成方法是将季铵阳离子基团或季鏻阳离子基团接枝在聚合物上,但引入的阳离子基团在碱性条件下极易通过SN2双分子亲核取代、叶立德反应或霍夫曼消除反应发生降解,从而使OH-传导能力急剧下降,影响了电池性能和使用寿命。为了增强燃料电池碱性膜的化学稳定性,咪唑作为阳离子基团被引入到碱性膜的合成中。虽然其电学性能离实际应用还有一定差距,但由于咪唑环的空间位阻以及咪唑鎓离子的共轭五元杂环结构,使得咪唑作为碱性膜阳离子基团具有良好的化学稳定性,为燃料电池碱性膜的设计带来了新的思路。但在较高的碱性环境下,咪唑环上的N1、C2、N3取代位都不同程度的受到OH-的攻击而导致阴离子交换膜的离子交换容量和传导率下降,难以满足实际燃料电池的应用。因此,必须取代上述取代位,形成一定的位阻效应,使得OH-无法攻击阳离子成为研究的方向。
聚苯醚(PPO)具有刚性大、耐热性高、电性能优良等特点,介电常数和介电损耗在工程塑料中是最小的品种之一,几乎不受温度、湿度的影响,且价格低廉,适合作为阴离子交换膜的基础材料。PPO膜有受力容易断裂的缺陷,而聚砜的抗拉伸强度和断裂伸长率都十分可观,两者的结合有利于提高膜的性能。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足,目的在于提供一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜及其制备方法。
为实现上述发明目的,本发明所采用的技术方案为:
一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜的制备方法,包括如下方法:
(1)将聚苯醚溶于溶剂中,得到聚苯醚溶液,向所述聚苯醚溶液中加入溴化试剂,在通氮气条件下反应得到溴甲基化聚苯醚溶液,再经烘干得到溴甲基化聚苯醚;
(2)将步骤(1)所得溴甲基化聚苯醚重新溶于溶剂中得到溴甲基化聚苯醚溶液,向所述溴甲基化聚苯醚溶液中加入咪唑溶液,在通氮气条件下反应得到咪唑功能化聚苯醚溶液;
(3)将双酚A和4,4'-二氟二苯砜溶于溶剂后,加入碳酸钾,反应得到聚砜溶液;
(4)将步骤(3)所得聚砜溶液缓慢加入到步骤(2)所得的咪唑功能化聚苯醚溶液中,加入三氟甲磺酸进行酰化共聚反应得到溶胶,将溶胶倒入聚四氟乙烯模盘中,在80~90℃下烘2~3天,冷却后脱模得到高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜。
上述方案中,步骤(1)所述聚苯醚:溴化试剂的摩尔比为1:0.4~1。
上述方案中,步骤(1)所述反应的温度为70~80℃,时间为1~2h。
上述方案中,步骤(2)所述咪唑与溴化试剂的摩尔比为1:1。
上述方案中,步骤(2)所述反应的温度为70~80℃,时间为1~2h。
上述方案中,步骤(3)所述反应的温度为150~170℃,时间为4~6h。
上述方案中,步骤(4)所述共聚反应的温度为60℃,时间为3~5h。
上述方案中,步骤(1)所述溶剂为氯苯,所述溴化试剂为液溴。
上述方案中,步骤(2)和步骤(3)中所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
上述方案中,所述咪唑为2,8-二甲基咪唑(1,2-a)吡啶-3-羧酸。
上述方案中,所述聚砜溶液的浓度为0.3~0.5mol/L,所述咪唑功能化聚苯醚溶液的浓度为0.3~0.5mol/L;步骤(4)中所述聚砜溶液与咪唑功能化聚苯醚溶液的体积比为1:1。
上述方案中,步骤(3)所述双酚A和4,4'-二氟二苯砜的摩尔比为1:1。
本发明通过溴化反应取代聚苯醚上的甲基氢原子,得到溴甲基化聚苯醚;再将咪唑溶液与溴甲基化聚苯醚反应,使咪唑取代溴原子,得到咪唑功能化聚苯醚;然后将双酚A和4,4'-二氟二苯砜合成聚砜溶液,通过酰化共聚将聚砜和咪唑功能化聚苯醚混合反应,最后通过凝胶-溶胶工艺制备得到高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜。
本发明的有益效果:(1)本发明采用新型的咪唑试剂接枝固定在聚苯醚分子链上,并利用聚砜和咪唑上的羧基进行酰化共聚,将聚砜接枝在咪唑上,这样由于咪唑本身取代基和聚砜的位阻效应很好的环绕在阳离子附近,使得碱性条件下OH-的攻击受阻,阻止了膜的降解,所述阴离子交换膜具有良好的高耐碱性能(阴离子交换膜在常温下1~5mol/L范围内的KOH溶液中浸泡8天后,膜的传导率只下降4.25%~10.47%,在60℃、3mol/L KOH浸泡8天后膜的传导率达0.025~0.060S/cm);(2)本发明所述阴离子交换膜具有良好的机械性能,拉伸强度可以达15.4~33.7MPa;(3)本发明所述制备方法工艺简单,条件温和,无需提纯等步骤,成本低,易于工业化生产。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜,制备方法如下:
(1)将聚苯醚(数均分子量30000,0.02mol,2.404g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL氯苯,得到聚苯醚溶液,完全溶解后加入液溴(0.01mol,0.512mL),聚苯醚:液溴的摩尔比为1:0.5,随后在通氮气条件下80℃反应2h,得到溴甲基化聚苯醚溶液,经沉析、然后在80℃条件下进行烘干48h得到溴甲基化聚苯醚;
(2)将步骤(1)中溴甲基化聚苯醚(0.01mol,1.9910g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮,得到溴甲基化聚苯醚溶液,向所述溶液中加入咪唑试剂(0.01mol,1.9020g),咪唑试剂:溴化试剂的摩尔比为1:1,随后在通氮气条件下于80℃下反应2h,得到咪唑功能化聚苯醚溶液,所述咪唑功能化聚苯醚溶液的浓度0.3~0.5mol/L;
(3)将0.01mol双酚A和0.01mol 4,4'-二氟二苯砜放入装有搅拌器、温度计的干燥三口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮和5mL碳酸钾,在150℃反应4h,得到聚砜溶液;所述聚砜溶液的浓度为0.3~0.5mol/L;将所得10mL聚砜溶液缓慢加入步骤(2)所得的10mL咪唑功能化聚苯醚溶液中,再加入5mL三氟甲磺酸,在60℃条件下进行酰化共聚,反应3h得到溶胶,将溶胶倒入聚四氟乙烯模盘中,然后在80℃下烘48h,冷却后脱模得到高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜。
经测试,本实施例制备得到的阴离子交换膜拉伸强度为15.4Mpa,离子交换容量为0.19mmol/g,常温下在1mol/L、3mol/L、5mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率下降分别为8.23%、9.48%、10.49%,说明其耐碱性能良好,在60℃、3mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率为0.025S/cm。
实施例2
一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜,制备方法如下:
(1)将聚苯醚(数均分子量30000,0.02mol,2.404g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL氯苯,得到聚苯醚溶液,完全溶解后加入液溴(0.008mol,0.410mL),聚苯醚:液溴的摩尔比为1:0.4,随后在通氮气条件下80℃反应2h,得到溴甲基化聚苯醚溶液,经沉析、然后在80℃条件下进行烘干48h天;
(2)将步骤(1)中溴甲基化聚苯醚(0.01mol,1.9910g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮,得到溴甲基化聚苯醚溶液,向所述溶液中加入咪唑试剂(0.01mol,1.9020g),咪唑试剂:溴化试剂的摩尔比为1:1,随后在通氮气条件下于80℃下反应2h,得到咪唑功能化聚苯醚溶液,所述咪唑功能化聚苯醚溶液的浓度0.3~0.5mol/L。
(3)将0.01mol双酚A和0.01mol 4,4'-二氟二苯砜放入装有搅拌器、温度计的干燥三口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮和5mL碳酸钾,在150℃反应4h,得到聚砜溶液,所述聚砜溶液的浓度为0.3~0.5mol/L;将所得10mL聚砜溶液缓慢加入步骤(2)所得的10mL咪唑功能化聚苯醚溶液中,加入5mL三氟甲磺酸,在60℃条件下进行酰化共聚,反应3h得到溶胶,将溶胶倒入聚四氟乙烯模盘中,然后在80℃下烘48h,冷却后脱模得到高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜。
经测试,本实施例制备得到的阴离子交换膜拉伸强度为19.2Mpa,离子交换容量为0.27mmol/g,常温下在1mol/L、3mol/L、5mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率下降分别为7.35%、8.28%、9.25%,说明其耐碱性能良好,在60℃、3mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率为0.031S/cm。
实施例3
一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜,制备方法如下:
(1)将聚苯醚(数均分子量30000,0.02mol,2.404g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL氯苯,得到聚苯醚溶液,完全溶解后加入液溴(0.012mol,0.615mL),聚苯醚:液溴摩尔比为1:0.6,随后在通氮气条件下80℃反应2h,得到溴甲基化聚苯醚溶液,经沉析、然后在80℃条件下进行烘干48h;
(2)将步骤(1)中溴甲基化聚苯醚(0.01mol,1.9910g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮,得到溴甲基化聚苯醚溶液,向所述溶液中加入咪唑试剂(0.01mol,1.9020g),咪唑试剂:溴化试剂摩尔比为1:1,随后在通氮气条件下于80℃下反应2h,得到咪唑功能化聚苯醚溶液,所述咪唑功能化聚苯醚溶液的浓度0.3~0.5mol/L;
(3)将0.01mol双酚A和0.01mol 4,4'-二氟二苯砜放入装有搅拌器、温度计的干燥三口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮和5mL碳酸钾,在150℃反应4h,得到聚砜溶液,所述聚砜溶液的浓度为0.3~0.5mol/L;将所得10mL聚砜溶液缓慢加入步骤(2)所得的10mL咪唑功能化聚苯醚溶液中,加入5mL三氟甲磺酸,在60℃条件下进行酰化共聚,反应3h得到溶胶,将溶胶倒入聚四氟乙烯模盘中,然后在80℃下烘48h,冷却后脱模得到高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜。
经测试,本实施例制备得到的阴离子交换膜拉伸强度为22.5Mpa,离子交换容量为0.36mmol/g,常温下在1mol/L、3mol/L、5mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率下降分别为6.53%、7.62%、8.73%,说明其耐碱性能良好,在60℃、3mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率为0.041S/cm。
实施例4
一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜,制备方法如下:
(1)将聚苯醚(数均分子量30000,0.02mol,2.404g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL氯苯,得到聚苯醚溶液,完全溶解后加入液溴(0.014mol,0.717mL),聚苯醚:液溴的摩尔比为1:0.7,随后在通氮气条件下80℃反应2h,得到溴甲基化聚苯醚溶液,经沉析、然后在80℃条件下进行烘干48h;
(2)将步骤(1)中溴甲基化聚苯醚(0.01mol,1.9910g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮,得到溴甲基化聚苯醚溶液,向所述溶液中加入咪唑试剂(0.01mol,1.9020g),咪唑试剂:溴化试剂的摩尔比为1:1,随后在通氮气条件下于80℃下反应2h,得到咪唑功能化聚苯醚溶液,所述咪唑功能化聚苯醚溶液的浓度0.3~0.5mol/L;
(3)将0.01mol双酚A和0.01mol 4,4'-二氟二苯砜放入装有搅拌器、温度计的干燥三口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮和5mL碳酸钾,在150℃反应4h,得到聚砜溶液,所述聚砜溶液的浓度为0.3~0.5mol/L;将所得10mL聚砜溶液缓慢加入步骤(2)所得的10mL咪唑功能化聚苯醚溶液中,加入5mL三氟甲磺酸,在60℃条件下进行酰化共聚,反应3h得到溶胶,将溶胶倒入聚四氟乙烯模盘中,然后在80℃下烘48h,冷却后脱模得到高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜。
经测试,本实施例制备得到的阴离子交换膜拉伸强度为27.3Mpa,离子交换容量为0.41mmol/g,常温下在1mol/L、3mol/L、5mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率下降分别为6.12%、7.08%、8.21%,说明其耐碱性能良好,在60℃、3mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率为0.047S/cm。
实施例5
一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜,制备方法如下:
(1)将聚苯醚(数均分子量30000,0.02mol,2.404g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL氯苯,得到聚苯醚溶液,完全溶解后加入液溴(0.016mol,0.820mL),聚苯醚:液溴的摩尔比为1:0.8,随后在通氮气条件下80℃反应2h,得到溴甲基化聚苯醚溶液,经沉析、然后在80℃条件下进行烘干48h;
(2)将步骤(1)中溴甲基化聚苯醚(0.01mol,1.9910g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮,得到溴甲基化聚苯醚溶液,向所述溶液中加入咪唑试剂(0.01mol,1.9020g),咪唑试剂:溴化试剂的摩尔比为1:1,随后在通氮气条件下于80℃下反应2h,得到咪唑功能化聚苯醚溶液,所述咪唑功能化聚苯醚溶液的浓度0.3~0.5mol/L;
(3)将0.01mol双酚A和0.01mol双酚A和4,4'-二氟二苯砜放入装有搅拌器、温度计的干燥三口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮和5mL碳酸钾,在150℃反应4h,得到聚砜溶液,所述聚砜溶液的浓度为0.3~0.5mol/L;将所得10mL聚砜溶液缓慢加入步骤(2)所得的10mL将所得聚砜溶液缓慢加入步骤(2)所得的咪唑功能化聚苯醚溶液中,加入5mL三氟甲磺酸,在60℃条件下进行酰化共聚,反应3h得到溶胶,将溶胶倒入聚四氟乙烯模盘中,然后在80℃下烘48h,冷却后脱模得到高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜。
经测试,本实施例制备得到的阴离子交换膜拉伸强度为29.5Mpa,离子交换容量为0.49mmol/g,常温下在1mol/L、3mol/L、5mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率下降分别为5.43%、6.25%、7.07%,说明其耐碱性能良好,在60℃、3mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率为0.054S/cm。
实施例6
一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜,制备方法如下:
(1)将聚苯醚(数均分子量30000,0.02mol,2.404g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL氯苯,得到聚苯醚溶液,完全溶解后加入液溴(0.018mol,0.922mL),聚苯醚:液溴的摩尔比为1:0.9,随后在通氮气条件下80℃反应2h,得到溴甲基化聚苯醚溶液,经沉析、然后在80℃条件下进行烘干48h;
(2)将步骤(1)中溴甲基化聚苯醚(0.01mol,1.9910g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮,得到溴甲基化聚苯醚溶液,向所述溶液中加入咪唑试剂(0.01mol,1.9020g),咪唑试剂:溴化试剂的摩尔比为1:1,随后在通氮气条件下于80℃下反应2h,得到咪唑功能化聚苯醚溶液,所述咪唑功能化聚苯醚溶液的浓度0.3~0.5mol/L;
(3)将0.01mol双酚A和0.01mol 4,4'-二氟二苯砜放入装有搅拌器、温度计的干燥三口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮和5mL碳酸钾,在150℃反应4h,得到聚砜溶液,所述聚砜溶液的浓度为0.3~0.5mol/L;将所得10mL聚砜溶液缓慢加入步骤(2)所得的10mL咪唑功能化聚苯醚溶液中,加入5mL三氟甲磺酸,在60℃条件下进行酰化共聚,反应3h得到溶胶,将溶胶倒入聚四氟乙烯模盘中,然后在80℃下烘48h,冷却后脱模得到高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜。
经测试,本实施例制备得到的阴离子交换膜拉伸强度为29.5Mpa,离子交换容量为0.53mmol/g,常温下在1mol/L、3mol/L、5mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率下降分别为4.82%、6.01%、6.68%,说明其耐碱性能良好,在60℃、3mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率为0.056S/cm。
实施例7
一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜,制备方法如下:
(1)将聚苯醚(数均分子量30000,0.02mol,2.404g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL氯苯,得到聚苯醚溶液,完全溶解后加入液溴(0.02mol,1.025mL),聚苯醚:液溴的摩尔比为1:1,随后在通氮气条件下80℃反应2h,得到溴甲基化聚苯醚溶液,经沉析、然后在80℃条件下进行烘干48h;
(2)将步骤(1)中溴甲基化聚苯醚(0.01mol,1.9910g)放入装有搅拌器、温度计、冷凝管的干燥四口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮,得到溴甲基化聚苯醚溶液,向所述溶液中加入咪唑试剂(0.01mol,1.9020g),咪唑试剂:溴化试剂的摩尔比为1:1,随后在通氮气条件下于80℃下反应2h,得到咪唑功能化聚苯醚溶液,所述咪唑功能化聚苯醚溶液的浓度0.3~0.5mol/L;
(3)将0.01mol双酚A和0.01mol 4,4'-二氟二苯砜放入装有搅拌器、温度计的干燥三口烧瓶中,加入20mL N-甲基吡咯烷酮和5mL碳酸钾,在150℃反应4h,得到聚砜溶液,所述聚砜溶液的浓度为0.3~0.5mol/L;将所得10mL聚砜溶液缓慢加入步骤(2)所得的10mL咪唑功能化聚苯醚溶液中,加入5mL三氟甲磺酸,在60℃条件下进行酰化共聚,反应3h得到溶胶,将溶胶倒入聚四氟乙烯模盘中,然后在80℃下烘48h,冷却后脱模得到高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜。
经测试,本实施例制备得到的阴离子交换膜拉伸强度为33.7.Mpa,离子交换容量为0.56mmol/g,常温下在1mol/L、3mol/L、5mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率下降分别为4.25%、5.53%、6.27%,说明其耐碱性能良好,在60℃、3mol/L KOH溶液浸泡8天后膜的传导率为0.062S/cm。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例,而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将聚苯醚溶于溶剂中,得到聚苯醚溶液,向所述聚苯醚溶液中加入溴化试剂,在通氮气条件下反应得到溴甲基化聚苯醚溶液,经沉析、烘干得到溴甲基化聚苯醚;
(2)将步骤(1)所得溴甲基化聚苯醚重新溶于溶剂中得到溴甲基化聚苯醚溶液,向所述溴甲基化聚苯醚溶液中加入咪唑溶液,在通氮气条件下反应得到咪唑功能化聚苯醚溶液;所述咪唑为2,8-二甲基咪唑(1,2-a)吡啶-3-羧酸;
(3)将双酚A和4,4'-二氟二苯砜溶于溶剂后,加入碳酸钾,反应得到聚砜溶液;
(4)将步骤(3)所得聚砜溶液缓慢加入到步骤(2)所得的咪唑功能化聚苯醚溶液中,加入三氟甲磺酸进行酰化共聚反应得到溶胶,将溶胶倒入聚四氟乙烯模盘中,在80~90℃下烘2~3天,冷却后脱模得到高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜;所述聚砜溶液的浓度为0.3~0.5mol/L,
所述咪唑功能化聚苯醚溶液的浓度为0.3~0.5mol/L;所述聚砜溶液与咪唑功能化聚苯醚溶液的体积比为1:1;所述共聚反应的温度为60℃,时间为3~5h。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述聚苯醚:溴化试剂的摩尔比为1:0.4~1。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述咪唑与溴化试剂的摩尔比为1:1。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)和步骤(2)所述反应的温度均为70~80℃,时间为1~2h。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述反应的温度为150~170℃,时间为4~6h。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述溶剂为氯苯,所述溴化试剂为液溴;步骤(2)和步骤(3)中所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述双酚A和4,4'-二氟二苯砜的摩尔比为1:1。
CN201610861007.1A 2016-09-29 2016-09-29 一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜及其制备方法 Expired - Fee Related CN106432744B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610861007.1A CN106432744B (zh) 2016-09-29 2016-09-29 一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610861007.1A CN106432744B (zh) 2016-09-29 2016-09-29 一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106432744A CN106432744A (zh) 2017-02-22
CN106432744B true CN106432744B (zh) 2019-11-26

Family

ID=58170720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610861007.1A Expired - Fee Related CN106432744B (zh) 2016-09-29 2016-09-29 一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106432744B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107540860A (zh) * 2017-08-25 2018-01-05 武汉理工大学 一种aba型嵌段共聚阴离子交换膜及其制备方法
CN107602848B (zh) * 2017-10-09 2019-05-28 山东日兴新材料股份有限公司 一种水处理用改性聚苯醚膜的制备方法
CN108409927B (zh) * 2018-04-09 2020-07-14 南阳师范学院 一种咪唑官能化的聚合物及其制备方法
CN108641108B (zh) * 2018-04-27 2020-07-14 常州大学 一种梳状长链型聚苯醚阴离子交换膜及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4536543A (en) * 1983-09-30 1985-08-20 Union Carbide Corporation Copolymers of polyphenylene oxides and poly(aryl ether)s
CN103372381A (zh) * 2012-04-19 2013-10-30 中国科学技术大学 一种阴离子交换膜及其制备方法和燃料电池
CN104804207A (zh) * 2015-02-12 2015-07-29 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种可用于钒电池的含咪唑盐侧基的聚醚醚砜阴离子交换膜及其制备方法
CN105694077A (zh) * 2016-01-20 2016-06-22 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种含吡啶骨架的阴离子交换膜及其制备方法与应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4536543A (en) * 1983-09-30 1985-08-20 Union Carbide Corporation Copolymers of polyphenylene oxides and poly(aryl ether)s
CN103372381A (zh) * 2012-04-19 2013-10-30 中国科学技术大学 一种阴离子交换膜及其制备方法和燃料电池
CN104804207A (zh) * 2015-02-12 2015-07-29 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种可用于钒电池的含咪唑盐侧基的聚醚醚砜阴离子交换膜及其制备方法
CN105694077A (zh) * 2016-01-20 2016-06-22 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种含吡啶骨架的阴离子交换膜及其制备方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN106432744A (zh) 2017-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Park et al. Chemically durable polymer electrolytes for solid-state alkaline water electrolysis
CN110862516B (zh) 一种含Cardo结构靛红芳烃共聚物、制备方法及应用
CN110224166B (zh) 一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜及其制备方法
CN104624067B (zh) 咪唑功能化的聚醚砜阴离子交换膜及其制备方法
Si et al. Alkaline stable imidazolium-based ionomers containing poly (arylene ether sulfone) side chains for alkaline anion exchange membranes
CN106432744B (zh) 一种高耐碱性聚苯醚阴离子交换膜及其制备方法
Wang et al. Crosslinked poly (ether ether ketone) hydroxide exchange membranes with improved conductivity
US20210202972A1 (en) Comb-shaped structure polybenzimidazole anion exchange membrane with high conductivity and preparation method thereof
Dong et al. Anion exchange membranes of bis-imidazolium cation crosslinked poly (2, 6-dimethyl-1, 4-phenylene oxide) with enhanced alkaline stability
Tang et al. Long side-chain quaternary ammonium group functionalized polybenzimidazole based anion exchange membranes and their applications
CN107266688B (zh) 一种磺化聚芳硫醚砜/聚酰亚胺嵌段型质子交换膜材料的制备方法
CN108987773B (zh) 一种三甲胺功能化聚芳基吲哚阴离子交换膜及其制备方法
KR20190024312A (ko) 폴리페닐렌옥사이드 기반의 복합막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지용 음이온 교환막
CN107573501B (zh) 一种可交联含氟磺化聚芳醚化合物及其制备方法
CN110694491A (zh) 含氮杂环季铵盐阴离子交换膜材料及其制备方法和应用
Dong et al. Cationic ether-free poly (bis-alkylimidazolium) ionene blend polybenzimidazole as anion exchange membranes
CN102838764B (zh) 倍半硅氧烷杂化磺化聚酰亚胺质子交换膜的制备方法
Pandey et al. Phosphonic acid grafted poly (ethyleneimine)-silica composite polymer electrolyte membranes by epoxide ring opening: improved conductivity and water retention at high temperature
Xu et al. Robust poly (alkyl–fluorene isatin) proton exchange membranes grafted with pendant sulfonate groups for proton exchange membrane fuel cells
CN103012772B (zh) 具有微相分离结构的碱性聚芳醚离聚物材料及其制备与应用
CN114044884B (zh) 一种基于聚芴的高温磷酸质子交换膜及制备方法
Yu et al. Polymeric ionic liquids and MXene synergistically improve proton conductivity and mechanical properties of polybenzimidazole-based high-temperature proton exchange membranes
Jin et al. An imidazolium type ionic liquid functionalized ether-free poly (terphenyl piperidinium) membrane for high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell applications
Pan et al. N, N-bis (sulfopropyl) aminyl-4-phenyl polysulfone and O, O′-bis (sulfopropyl) resorcinol-5-yl-4-phenyl polysulfone composite membrane for proton exchange membrane fuel cells
Li et al. Poly (ether ether ketone ketone) based imidazolium as anion exchange membranes for alkaline fuel cells

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20191126

Termination date: 20200929