[發(fā)明專利]一種磺化聚芳醚酮離子交換膜制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710407864.9
• 申請(qǐng)日: 2017-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN107394240B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃程;劉俊凱;黃維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/1018
• 分類號(hào): H01M8/1018;H01M8/1067;H01M8/1069;H01M8/18
• 代理公司: 北京市領(lǐng)專知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11590
• 代理人: 林輝輪

1.一種磺化聚芳醚酮離子交換膜的制備方法，其特征在于，具體步驟為：

（1）磺化4,4’-二氟二苯甲酮的制備：將一份質(zhì)量的4,4’-二氟二苯甲酮加入帶有回流冷凝管的250ml兩口圓底燒瓶里，再加入一份體積的分析純級(jí)的濃度為20%的發(fā)煙硫酸，磁力攪拌并升溫至110℃進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，將產(chǎn)物緩慢倒入5份體積的冰水混合物中，攪拌加入5份質(zhì)量的氯化鈉，至白色固體析出后抽濾并干燥固體；將干燥后固體，溶解在1-2份體積的去離子水中，緩慢加入氫氧化鈉，將溶液調(diào)至中性，再加入氯化鈉形成過飽和溶液，白色固體析出，抽濾，干燥；再將干燥后的固體用二甲基亞砜加熱溶解，趁熱濾去不溶的雜質(zhì)，將濾液減壓蒸餾，得到產(chǎn)物用丙酮清洗，無水乙醇洗滌，抽濾，得到白色粉末狀固體，真空干燥80℃一天得到3,5’-二磺酸鈉基-4,4’-二氟二苯甲酮；所述一份質(zhì)量為5g，一份體積為20ml；

（2）聚合物磺化聚芳醚酮的制備：將3,5’-二磺酸鈉基-4,4’-二氟二苯甲酮，4,4’-二氟二苯甲酮，雙酚AF按照一定摩爾比例，加入到配有機(jī)械攪拌、分水器和氮?dú)鈱?dǎo)氣管的100ml三口圓底燒瓶中，加入0.2份體積的無水二甲基乙酰胺和0.5-0.75份體積的重蒸甲苯；先加熱至130℃，保持3-4小時(shí)，再將流進(jìn)分水器的液體倒出，緩慢升溫至160-190℃，保持20-24小時(shí)；將產(chǎn)物導(dǎo)入15份體積的甲醇溶液中并持續(xù)攪拌，將析出的纖維狀固體抽濾，并用去離子水清洗至中性，真空干燥80℃一天,得該聚合物；所述3,5’-二磺酸鈉基-4,4’-二氟二苯甲酮，4,4’-二氟二苯甲酮，雙酚AF的摩爾比例為4：6：10或5：5：10或6：4：10或7：3：10；

（3）多孔氮化硼納米片的制備：將三氧化二硼和鹽酸胍按照摩爾比1:5加入到適量的甲醇中快速攪拌形成無色透明溶液，快速攪拌一天，白色固體形成，將其倒到石英坩堝中，于管式爐中加熱至1100℃，10℃/分鐘，在1100℃保持2小時(shí)，并在加熱過程中在通入15%氫氣/85%氮?dú)獾牡獨(dú)?、氫氣混合氣，得到白色固體粉末多孔氮化硼納米片；

（4）磺化多孔氮化硼的制備：取0.04份質(zhì)量的白色粉末多孔氮化硼納米片，2份體積的甲苯，0.08份質(zhì)量的丙磺酸內(nèi)酯加入到裝有回流冷凝管的兩口圓底燒瓶中，磁力攪拌并升溫至110℃，保持110℃，反應(yīng)24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，8000rpm，離心5分鐘，倒去液體，再用乙醇洗滌，再離心，重復(fù)該乙醇洗滌和離心過程3遍，再用去離子洗后離心，重復(fù)該去離子洗后離心過程也3遍，最后得到黃色固體，冷凍干燥得磺化多孔氮化硼；

磺化聚芳醚酮離子交換膜的制備：通過流延濕法制備磺化聚芳醚酮離子交換膜具體為：取磺化聚芳醚酮的聚合物配成10%的膜溶液，其中聚合物固含量為10wt%，再依次加入1%，3%，5%，7%，10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的磺化多孔氮化硼，所述質(zhì)量分?jǐn)?shù)是磺化多孔氮化硼相對(duì)于磺化聚芳醚酮離子交換膜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，超聲1-5小時(shí)，之后快速攪拌12小時(shí)，將膜溶液傾倒在一塊干凈的玻璃上，于真空干燥箱中60-80℃干燥12小時(shí)，在80℃真空干燥12小時(shí)；將干燥好的膜浸在1M的鹽酸溶液中一天，再用去離子水將膜洗至中性，并保存在去離子水中。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磺化聚芳醚酮離子交換膜的制備方法，其特征在于，聚合物磺化聚芳醚酮成膜采用熱壓干法、擠出流延干法、擠出壓延干法、擠出吹塑干法、薄膜拉伸取向工藝進(jìn)行制備。

3.一種如權(quán)利要求1所述的磺化聚芳醚酮離子交換膜的制備方法在全釩液流電池的應(yīng)用，其特征在于，采用合成的磺化聚芳醚酮離子交換膜作為全釩液流電池的隔膜。