[發明專利]一種高無機物摻雜量的堿性陰離子交換復合膜的制備方法

有效

• 申請號: 201710200524.9
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN107353422B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 何榮桓;葉妮雅;張登驥;徐一鑫;楊景帥;萬瑞英
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08L71/12;C08K3/34;C08K7/00;H01M8/1025
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬于膜制備技術領域，具體涉及一種高無機物摻雜量的堿性陰離子交換復合膜的制備方法，通過對蒙脫土粉末進行多次超聲剝離并靜置分離(或離心分離)的方法，得到具有納米級片層結構的蒙脫土乳濁液，并采用冷凍干燥的方法得到了具有較好片層形貌的納米級蒙脫土。采用季銨化的聚苯醚為有機成分，制備了高無機物摻雜量的堿性陰離子交換復合膜，所得的復合膜均勻透明，無機有機相相容性好。本發明實現具有較好片層形貌的納米級蒙脫土的制備，實現均勻的、高無機物摻雜量的堿性陰離子交換復合膜的制備，所得陰離子交換復合膜的耐堿性能得到提高。

技術領域

本發明屬于膜制備技術領域，具體涉及一種高無機物摻雜量的堿性陰離子交換復合膜的制備方法。

背景技術

燃料電池是一種通過電化學的方式將化學能轉化為電能的新型綠色能源裝置，這一裝置若發展完善，可以取代火力發電站及汽車的動力系統等以化石燃料為基礎的能源裝置，將在緩解能源危機和保護環境方面有重要影響。堿性燃料電池是燃料電池的一種，因其可以使用非貴金屬催化劑、氧氣在堿性介質中還原動力學活性高等優點，具有較大的發展潛力。

陰離子交換膜在堿性燃料電池中起到傳遞OH^-和隔離燃料(還原劑)與氧化劑(氧氣或空氣)的作用，其性能直接影響著堿性燃料電池的性能。目前，陰離子交換膜最主要的不足是電導率較低和耐堿穩定性較差。

為了改善陰離子交換膜的不足，設計具有更好傳導性和耐堿性的聚合物材料與開發新型耐堿性好的季堿基團是常用的方法。除此之外，通過在陰離子膜中加入無機組分制備無機有機復合陰離子交換膜，以無機組分高硬度、耐腐蝕、高強度等優異的性能來提高陰離子交換膜性能的方法也有不少報道。如[X.Li et al.,ACS Appl.Mater.Interfaces,5(2013)1414]，[T.Feng et al.,J.Membr.Sci.,508(2016)7]分別采用二氧化鋯和帶咪唑基團的硅烷為無機成分，制備了無機有機復合膜，提高了膜的吸水性、熱穩定性等性能。中國發明專利(公開號CN104835932A)中以氯甲基化聚砜、氯甲基化聚芳醚砜、氯甲基化聚醚醚酮為基體材料，納米二氧化鋯、納米二氧化鈦、納米二氧化鋅為無機成分，制備了無機物摻雜量為2.5～10wt％的無機有機復合膜，制備的復合膜具有較好的保水性能，電導率有一定的提高。

制備無機有機復合膜的方法主要有共混法、溶膠凝膠法和原位聚合法等方法，共混法是操作最簡便也最常用的方法，主要通過聚合物以溶液形式與無機納米粒子進行共混再制備成膜。該方法的不足是，在共混過程中納米顆粒易團聚，使制備的復合膜均勻性較差。

目前已報道的無機有機復合陰離子交換膜中無機物的加入量都較少，無機成分強耐堿性等優勢體現得不是很明顯。因此，通過技術改進，提高無機物在復合膜中的添加量和兩者的相容性，有望得到性能更優異的無機有機復合膜。

發明內容

針對現有無機有機復合膜中無機物含量較少(一般少于20wt％)的情況，本發明的主要目的是提供一種高無機物摻雜量的堿性陰離子交換復合膜的制備方法。

本發明采取以下技術方案：

一種高無機物摻雜量的堿性陰離子交換復合膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)納米級蒙脫土的制備

(2)陰離子交換復合膜溶液的制備

①將溴化聚苯醚溶于有機溶劑中，超聲至完全溶解，配置成3～10wt％的聚合物溶液，加入季銨化試劑，超聲2～4h，季銨化試劑的物質的量為溴甲基物質的量的50～300％；

②將冷凍干燥后的納米級蒙脫土顆粒分散于有機溶劑中，乳濁液濃度為0.5～3.5wt％，超聲2～4h；

③將①和②的溶液混合，超聲2～3h，其中納米級蒙脫土的質量占聚合物質量的25～100wt％；

(3)陰離子交換復合膜的制備