[發明專利]用于微生物電化學系統的聚芳醚陰離子交換膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201610186231.5
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN105670291A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 張本貴;吳凡;孫勝美;馬成杰;聶鑫
• 申請（專利權）人: 沈陽化工大學
• 主分類號: C08L81/06
• 分類號: C08L81/06;C08G75/23;C08J5/18;C08J7/12;H01M8/10;H01M8/16
• 代理公司: 沈陽技聯專利代理有限公司 21205
• 代理人: 張志剛

1.聚芳醚陰離子交換膜，其特征在于，所述膜的聚合物分子鏈含有如下結構：

。

2.聚芳醚陰離子交換膜的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：聚芳醚溶解于溶劑中，加入鹵甲基烷基醚和催化劑，攪拌下進行反應；反應結束后，將反應物倒入沉淀劑中，分離、洗滌、干燥，得到鹵甲基化聚芳醚；鹵甲基化聚芳醚的結構簡式如下：

；

將鹵甲基化聚芳醚溶解于溶劑中配制成溶液，鑄膜，將溶劑完全蒸發或部分蒸發后浸入沉淀劑中，得到鹵甲基化聚芳醚基膜，烘膜溫度為10~150^oC，烘膜時間為0~48小時；將鹵甲基化聚芳醚基膜浸泡于含氮有機小分子的溶液中進行胺化處理，得到聚芳醚陰離子交換膜；胺化處理溫度為0~90^oC，時間為0~96小時；

聚芳醚陰離子交換膜或通過先胺化后制膜的方法實現：將鹵甲基化聚芳醚溶解于溶劑中配制成溶液，加入含氮有機小分子進行胺化反應，反應溫度為0~90^oC，反應時間為0~96小時；胺化反應后的溶液鑄膜，將溶劑完全蒸發或部分蒸發后浸入沉淀劑中，得到聚芳醚陰離子交換膜，烘膜溫度為10~150^oC，烘膜時間為0~48小時；

聚芳醚陰離子交換膜的結構簡式如下：

。

3.根據權利要求2所述聚芳醚陰離子交換膜的制備方法，其特征在于，所述聚芳醚的鹵甲基化改性用鹵甲基烷基醚為氯甲基甲醚、氯甲基乙醚、氯甲基丁醚、氯甲基辛醚、溴甲基甲醚、溴甲基乙醚、、溴甲基丁醚、溴甲基辛醚。

4.根據權利要求2所述聚芳醚陰離子交換膜的制備方法，其特征在于，所述聚芳醚的鹵甲基化改性所用的催化劑為無水氯化鋅、無水氯化鐵、無水氯化鋁、無水溴化鋅、無水溴化鐵、無水溴化鋁、金屬鋅粉、金屬鐵粉、金屬鋁粉、無水四氯化錫、濃硫酸、磷酸、氯鋁酸離子液體或三氟甲基磺酸。

5.根據權利要求2所述的聚芳醚陰離子交換膜的制備方法，其特征在于，所述聚芳醚的鹵甲基化改性所用溶劑為氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷、硝基苯、氯苯或濃硫酸；所用沉淀劑為水、甲醇、乙醇、丙醇、乙醚、四氫呋喃、丙酮、丁酮、乙酸乙酯中的一種或兩種以上的混合溶劑；聚芳醚的鹵甲基化改性的反應溫度為-10^oC-120^oC，反應時間為1-72小時。

6.根據權利要求2所述的聚芳醚陰離子交換膜的制備方法，其特征在于，所述以氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷、二甲基亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮或上述溶劑的混合溶液為配制鑄膜液的溶劑制備鹵甲基化聚芳醚基膜；制備鹵甲基化聚芳醚基膜的烘膜溫度為30^oC-150^oC，時間0-48h。

7.根據權利2要求所述的聚芳醚陰離子交換膜的制備方法，其特征在于，所述鹵甲基化聚芳醚的胺化反應所采用的含氮有機小分子是三甲胺、三乙胺、三乙醇胺、三正丙胺、三正丁胺、吡啶、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑中的一種或兩種以上的混合物；胺化反應溫度為0^oC-90^oC，時間為0-96小時。

8.聚芳醚陰離子交換膜的應用方法，其特征在于，所述聚芳醚陰離子交換膜的應用為聚芳醚陰離子交換膜在微生物電化學系統中的應用，聚芳醚陰離子交換膜置于陽極室和陰極室之間，分隔陽極室和陰極室，傳導離子形成電流回路；其中，聚芳醚陰離子交換膜在兩室型微生物燃料電池中的應用，陽極產電微生物為厭氧菌，陰極室為電解質或好氧菌或其他可被電子還原的化合物溶液，聚芳醚陰離子交換膜置于陽極室和陰極室之間，分隔陽極室和陰極室，并且傳導離子形成電流回路，實現微生物燃料電池的產電。