[發(fā)明專利]一種均相陰離子交換膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110337967.5
• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN102363647A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐銅文;冉瑾
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及膜技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種均相陰離子交換膜及其 制備方法。

背景技術(shù)

目前，陰離子交換膜廣泛用于擴(kuò)散滲析、電滲析、堿性燃料電池和化學(xué) 傳感器等領(lǐng)域，從而陰離子交換膜的制備方法及性能一直受到理論界和工業(yè) 界的關(guān)注。現(xiàn)有技術(shù)一般采用的制備方法為：將帶有功能性基團(tuán)的聚合物成 膜，然后在胺類溶液中浸泡來獲取陰離子交換基團(tuán)，從而制備得到陰離子交 換膜。

陰離子交換膜的制備方法已經(jīng)得到了廣泛的報道，例如，荷蘭《膜科學(xué) 與技術(shù)雜志》(Journal?of?Membrane?Science，2005，262，1-4)報道了聚醚砜酚 酞陰離子交換膜的制備方法，首先以氯甲醚為氯甲基化試劑使聚醚砜酚酞帶 上氯甲基基團(tuán)，成膜后在三甲胺的水溶液中浸泡48h，得到陰離子交換膜。上 述方法使用了致癌物質(zhì)氯甲醚作為氯甲基化試劑，對人類健康和環(huán)境造成潛 在威脅，并且，在成膜過程中缺乏親水疏水相分離的動力，不能形成貫穿離 子通道的形成，從而不利于OH^-的傳導(dǎo)。

另外，荷蘭《電源雜志》(Journal?of?power?sources，2011，196，4483-4490) 報道了一種采用等離子輻照制備陰離子交換膜的方法，采用等離子輻照的方 法在聚氯乙烯(PVC)粉末上接枝對氯甲基苯乙烯，然后將其溶解于四氫呋 喃中獲得鑄膜液；將所述鑄膜液涂覆在玻璃板上得到基膜；最后將所述基膜 在三甲胺水溶液中浸泡48h，得到陰離子交換膜。上述方法采用了等離子輻照 接枝方法，該方法的接枝效率不高，可能得到一些沒有接枝的均聚物。此外， 該接枝方法的設(shè)備復(fù)雜，接枝可控性差，難以對接枝聚合物的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行 控制。

上述報道的陰離子交換膜的制備方法普遍采用了如下制備方法，即成膜 后在堿性功能化試劑中浸泡來引入堿性功能性基團(tuán)，但是，該方法存在如下 幾方面的缺點(diǎn)：首先，在基膜的成膜過程中，由于缺乏親水疏水相分離的驅(qū) 動力，不利于貫穿的離子通道的形成，因此制備的陰離子交換膜的電導(dǎo)率不 高；其次，由于基膜與堿性功能化試劑的反應(yīng)是異相反應(yīng)，從而需要堿性功 能化試劑的用量較大，造成了堿性功能化試劑的浪費(fèi)，提高了成本，殘余溶 劑會對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種均相陰離子交換膜及 其制備方法，該方法制備的均相陰離子交換膜的電導(dǎo)率較高，避免了堿性功 能化試劑的浪費(fèi)。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種均相陰離子交換膜的制備方法， 包括以下步驟：

向堿性功能化試劑的非水溶液中加入對氯甲基苯乙烯，反應(yīng)后得到堿性 功能化單體，所述堿性功能化試劑為三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺、咪 唑、1-甲基咪唑或胍基化合物；

在催化劑的作用下，將第一反應(yīng)原料和所述堿性功能化單體進(jìn)行原子轉(zhuǎn) 移自由基聚合反應(yīng)，得到接枝聚合物，所述第一反應(yīng)原料為聚偏氟乙烯或溴 甲基化聚(1，4-二甲基2，6-苯撐氧)；

將所述接枝聚合物溶解于第一溶劑中，得到鑄膜液，將所述鑄膜液涂鑄 成膜后得到陰離子交換膜。

優(yōu)選的，所述堿性功能化試劑的非水溶液按照如下方法制備：

將堿性功能化試劑溶解于第二溶劑中，得到堿性功能化試劑，所述第二 溶劑為丙酮、四氫呋喃或乙腈。

優(yōu)選的，所述得到堿性功能化單體的反應(yīng)溫度為20～40℃，所述得到堿性 功能化單體的反應(yīng)時間為4～20h。

優(yōu)選的，所述催化劑包括第一催化劑和第二催化劑，所述第一催化劑為 溴化亞銅或氯化亞銅，所述第二催化劑為五甲基二乙烯三胺或2，2’-聯(lián)吡啶。

優(yōu)選的，所述第一反應(yīng)原料和第二催化劑的摩爾比為1∶(1.2～2)。

優(yōu)選的，所述第一反應(yīng)原料與所述堿性功能化單體的重量比為1∶(1.5～5)。

優(yōu)選的，所述原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)的反應(yīng)溫度為90～120℃，所述原 子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)的反應(yīng)時間為12～20h。

優(yōu)選的，所述第一溶劑為二甲基亞砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺 或二甲基乙酰胺。

優(yōu)選的，所述原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)后還包括：

將原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)后的反應(yīng)液置于氯化鈉溶液、甲醇或乙醇中。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供上述制備方法制備的均相陰離子交換膜。