[發明專利]醇溶高離子選擇性陰離子交換膜及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201910346732.9
• 申請日: 2019-04-27
• 公開（公告）號: CN110054771A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 李秀華;魏標文;余以剛;馮俊
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08G65/48
• 分類號: C08G65/48;C08J5/18;B01J41/13;B01D61/42;B01D61/48;C08L71/12
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種醇溶高離子選擇性陰離子交換膜及其制備方法與應用。該離子交換膜的材料為具有長疏水烷基側鏈蝌蚪型聚苯醚離聚物PPO?DMODA，在離子交換容量為1.38?2.0 meq/g范圍內室溫下的離子選擇透過性為91%?97%，面電阻為3.5?30.6Ω/cm²。本發明的制備方法通過在PPO骨架上引入長的疏水烷基側鏈，解決了PPO類型陰離子交換膜較高IEC下陰陽離子選擇性低的問題。長疏水烷基側鏈蝌蚪型聚苯醚離聚物結構能夠有效的抑制膜的吸水溶脹，提高膜的陰陽離子選擇透過性和離子傳導性，且具有良好的機械性能及性能穩定性，能夠滿足電滲析、反電滲析過程對陰離子交換膜的綜合性能的要求。

技術領域

本發明涉及陰離子交換膜技術領域，特別是涉及一種醇溶高離子選擇性陰離子交換膜及其制備方法與應用。

背景技術

隨著人口的快速增長和人類工業文明高速發展，環境污染問題、淡水資源緊缺、能源危機等問題日益突出?？刂骗h境污染、解決水資源緊缺和能源危機是當今社會的一項難題。近年來，以離子交換膜為核心的電滲析、反電滲析技術因設備簡單、操作方便、效率高、無污染等特點，在清潔生產、環境保護、能量轉化等方面的應用受到了人們的重視，對解決當前環境污染、水資源緊缺和能源緊缺等問題提供了新的研究方向。

陰離子交換膜作為電滲析、反電滲析技術的關鍵組成部分，膜的制備成本和性能是直接影響這些技術發展的制約因素。傳統的陰離子交換膜主要是通過對原始聚合物進行氯甲基化或溴化修飾后進行異相季銨化得到，使得膜表面受到侵蝕并且季銨化不均勻，造成膜性能的降低。為了提高陰離子交換膜的性能，減小膜電阻和提高膜的離子選擇透過性，Szekely等(Gyorgy Szekely,et al.,J.Mater.Chem.A.,2018,6:24728)報道了在聚苯并咪唑陰離子交換膜中添加修飾后的氧化石墨烯能夠極大的提高膜的離子選擇透過性(最高可達99％)；Shen等(Jiangnan Shen,et al.,J.Membr.Sci.,2017,542:280)則報道了通過利用聯吡啶作為交聯劑和季銨化試劑，降低膜的吸水性，提高膜的尺寸穩定性，制備得到的膜具有非常高的離子選擇性(97％)。然而，上述方法制備得到的陰離子交換膜難以有效地降低膜的面電阻，且難溶于一般有機有溶劑，難以實現重鑄再利用。

在離聚物中引入柔性長疏水烷基側鏈是改善堿性陰離子交換膜性能的有效手段，能夠促使堿性陰離子交換膜產生明顯的親疏水分相，產生高效的離子運輸通道，從而減小膜的電阻，提高膜的氫氧根離子傳導率。但是這種方法的應用在提高膜陰陽離子選擇性方面的研究還未見報道。

發明內容

為了克服以上現有問題的不足，本發明目的是在離聚物中引入柔性長疏水烷基側鏈，改善堿性陰離子交換膜性能，促使堿性陰離子交換膜產生明顯的親疏水分相，產生高效的離子運輸通道，從而減小膜的電阻，提高膜的氫氧根離子傳導率。

為了實現上述目的，本發明提供了如下的技術方案。

本發明提供了一種醇溶高離子選擇性陰離子交換膜，所述陰離子交換膜的材料為具有長疏水烷基側鏈蝌蚪型聚苯醚離聚物PPO-DMODA，長疏水烷基側鏈蝌蚪型聚苯醚離聚物具有以下結構式：

其中x＝0.3-0.7。

優選地，在離子交換容量為1.38-2.0meq/g范圍內室溫下的離子選擇透過性為91％-97％，面電阻為3.5-30.6Ω/cm²，拉伸強度為3.1-22MPa，吸水率為6.2-18.5％，溶脹率為1.9-6.8％。

本發明還提供了一種制備所述醇溶高離子選擇性陰離子交換膜的方法，包括如下步驟：

(1)長疏水烷基側鏈蝌蚪型聚苯醚離聚物PPO-DMODA的制備：