[發明專利]一種叔胺基兩性離子交換膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201810675369.0
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN108899566B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 焉曉明;張華清;賀高紅;鄭文姬;代巖;阮雪華
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01M8/1027
• 分類號: H01M8/1027;H01M8/103;H01M8/1032;H01M8/1072
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于膜技術領域，提供了一種叔胺基兩性離子交換膜及其制備方法。膜材料中同時具有叔胺基團和磺酸基團。本發明的效果和益處是采用不帶電的叔胺基團作為堿性基團與磺酸基團制備兩性離子交換膜，叔胺基團可與磺酸基團形成“酸堿對”效應，從而有效提高膜的阻釩性能，并促進質子的傳導，使膜同時具有較高的離子電導率和離子選擇性，同時引入叔胺基團大大提高了膜的穩定性。

技術領域

本發明屬于膜技術領域，涉及到一種兩性離子交換膜及其制備方法，特別涉及到一種叔胺基兩性離子交換膜的制備方法。

背景技術

隨著環境污染和能源危機的加劇，太陽能、風能等可再生新能源的開發利用越來越受到人們的重視。為了提高這些可再生能源的經濟性和穩定性，人們迫切需要一種高效率、高可靠性的大規模儲能技術。全釩液流電池(VRBs)因其具有的使用壽命長，可深度充放電，響應速度快，設計靈活、無污染等特點而成為新能源產業研究的焦點。

離子交換膜作為電池的關鍵部件，在VRBs中起著重要的作用。它既要隔開陰陽兩極，防止釩離子交叉滲透又要提供連接的離子通道以形成電池回路，對VRBs的性能有著重要的影響。理想的VRBs離子交換膜要求離子導電性高，離子選擇性高，化學穩定性好，成本低等特點。

最常用的離子交換膜是質子離子交換膜(PEM)，PEM雖然具有較高的質子傳導率，但是其釩離子滲透率較大。相對應的陰離子交換膜(AEM)因具有帶正電的基團可以排斥釩離子，具有較好的阻釩性，但是其面電阻較大。近來，兩性離子交換膜受到了廣泛研究。其既具有正電基團又具有負電基團，可以很好地結合兩種離子交換膜的優點，同時具有較高的離子電導率和離子選擇性。

目前，兩性離子交換膜多用季胺等帶有正電荷的離子交換基團作為堿性基團，采用不帶電的叔胺等基團的還比較少，叔胺在酸性環境下可以質子化，從而帶上正電荷，起到阻釩的作用，并且可以通過氫鍵和磺酸根形成“酸堿對”效應，促進質子傳導，并有效改善膜的化學穩定性。

發明內容

本發明旨在改善全釩液流電池用離子交換膜的離子傳導率,離子選擇性以及化學穩定性，提供了一種同時含有磺酸基團和叔胺基團的兩性離子交換膜及其制備方法；通過酰基化和叔胺功能化反應將叔胺引入到聚苯醚聚合物中制備叔胺化聚苯醚(PPO-TA)，又將所制PPO-TA與磺化聚醚醚酮(SPEEK)采用直接共混法，制備了一種同時具有較高的離子選擇性，離子電導率以及穩定性的新型兩性離子交換膜。

本發明的技術方案：

一種叔胺基兩性離子交換膜，為叔胺化聚苯醚(PPO-TA)和磺化聚醚醚酮(SPEEK)聚合物，其結構為：

SPEEK

PPO-TA

叔胺基兩性離子交換膜中所含的叔胺基團具有接受質子的能力，作為質子受體；質子受體與作為質子供體的磺酸基團形成“酸堿對”結構，“酸堿對”結構由氫鍵連接，具有有效的阻釩和促進質子傳導的能力。

一種叔胺基兩性離子交換膜的制備方法，合成路線如下：

具體步驟如下：

(1)在冰水浴條件下，將聚醚醚酮(PEEK)溶于濃硫酸中，進行劇烈攪拌；當聚合物完全溶解后，反應溫度提高到40℃-80℃，反應一段時間；待反應完成后，將反應液倒入攪拌狀態的冰水中，析出沉淀即為磺化聚醚醚酮(SPEEK)聚合物；該產物用去離子水反復清洗，直到PH值達到中性，然后在真空環境下完全干燥；