[發明專利]強堿性聚芳醚離聚物及其制備和應用

有效

• 申請號: 201210128905.8
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN102702507A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 李秀華;余英鳳;劉群方
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08G65/48
• 分類號: C08G65/48;C08G65/40;H01M8/02;H01M2/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 齊榮坤

技術領域

本發明涉及堿性燃料電池用陰離子交換膜材料，特別涉及聚芳醚離聚物及其制備方法以及它們在堿性燃料電池的陰離子交換膜中應用。?

背景技術

燃料電池技術因其低污染、高能源轉換效率，成為近年來最受矚目的新能源技術。以美國Dupont公司研發的全氟骨架的磺酸離子交換膜(Nafion)為代表的一類質子交換膜以其優異的電化學性能以及良好的導質子性能，廣泛應用于質子交換膜燃料電池(PEMFC)。然而全氟質子交換膜價格昂貴，阻醇性能較差，昂貴金屬Pt催化劑和極板材料，以及催化劑易中毒等因素都大大的阻礙了質子交換膜燃料電池(PEMFC)的大規模商業化。?

堿性燃料電池由于在堿性環境中工作，避免了一些質子交換膜燃料電池的缺陷。譬如，燃料電池所使用的燃料(H₂或CH₃OH等)在堿性條件下更容易被氧化，因此可以采用廉價的非Pt催化劑如Ag、Fe、Ni、Co等，一方面降低了燃料電池的成本，同時也避免了Pt催化劑的中毒問題。此外多數材料在堿性環境下的耐腐蝕性能遠遠優于在酸性環境下的耐腐蝕性能，而且在堿性體系下，OH^-由陰極向陽極移動，也極大減輕了以醇作燃料時的滲透問題。?

聚芳醚具有很好的熱穩定性、機械性能、耐腐蝕性能，是制備堿性陰離子交換膜的優良母體材料。現已報道的聚芳醚陰離子交換膜材料制備復雜，價格高，且膜在堿性環境中穩定性不好，離子電導率不高。?

發明內容

為了克服現有技術的上述不足，本發明的目的之一在于提供一種聚芳醚離聚物，該離聚物具有高阻醇性，良好的化學穩定性、熱穩定性、機械性能，高離子交換容量，高離子電導率的優點。?

本發明的目的之二在于提供上述聚芳醚離聚物的制備方法。?

本發明的目的之三在于提供上述聚芳醚離聚物的應用。?

本發明的目的通過以下技術方案實現：?

強堿性聚芳醚離聚物，具有以下結構：?

其中，n為30～170的任一整數；R為H、CH₂⁺N(CH₃)₃^-OH、CH₂⁺N(C₂H₅)₃^-OH、?

的結構為下列結構(a)～(g)中的任意一種；?

上述強堿性聚芳醚離聚物的制備方法，包括以下步驟：?

(1)聚芳醚的氯甲基化：將聚芳醚溶解在極性溶劑中，然后按聚芳醚∶氯化鋅∶氯甲醚的摩爾比為1∶(1～3)∶(40～60)加入氯化鋅和氯甲醚，在40～60℃，反應24～48h，將反應液用硅藻土過濾后倒入甲醇中，形成絮狀沉淀；絮狀沉淀經過濾后，用甲醇洗滌沉淀數次，再經真空干燥得到氯甲基化聚芳醚；?

所述聚芳醚具有以下結構：?

其中，n為30～170的任一整數；?

的結構為下列結構(a)～(b)的任意一種；?

(2)季銨化：將步驟(1)得到的氯甲基化聚芳醚在室溫下浸泡到季銨化試劑中，反應24～48h后再用去離子水洗滌聚合物中殘留的季銨化試劑，得到季銨化聚芳醚；?

(3)堿化：將步驟(2)得到的季銨化聚芳醚室溫下浸泡到堿溶液中，反應24～48h再用去離子水洗滌至中性，得到強堿性聚芳醚離聚物。?

所述極性溶劑為四氯乙烷、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中的任意一種。?

所述堿溶液為KOH溶液或NaOH溶液。?

所述季銨化試劑為三甲胺水溶液，三乙胺水溶液，1-甲基咪唑，1，2-二甲基咪唑中的任意一種。?

所述聚芳醚由以下方法制備：?

將二(4，4’-羥基苯基)二苯基甲烷、具有Ar₁結構的含氯或者含氟芳香單體、具有Ar₂結構的含氯或者含氟芳香單體按1∶0.5∶0.5的摩爾比投料，以N，N-二甲?基乙酰胺、環丁砜或N-甲基吡咯烷酮為溶劑，甲苯為帶水劑，先在140～150℃反應4h，然后升溫至170～180℃反應4～8h后，將反應液冷卻至室溫，滴至含有鹽酸的甲醇溶液中，得到白色絮狀沉淀，即為聚芳醚。?

上述強堿性聚芳醚離聚物用于制備堿性燃料電池的陰離子交換膜。?

與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：?