[發(fā)明專利]一種聚酮基陰離子交換膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910353007.4
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN110075726B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊偉;周一存;包睿瑩;劉正英;楊鳴波
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: B01D71/82
• 分類號: B01D71/82;B01D67/00;B01D69/02;C08G67/02
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 劉文娟

本發(fā)明涉及一種聚酮樹脂基陰離子交換膜及其制備方法，屬于功能膜材料領(lǐng)域。本發(fā)明提供一種聚酮基陰離子交換膜的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：1)將聚酮樹脂溶解在有機(jī)溶劑中形成聚酮溶液；2)聚酮溶液和二元胺在催化劑的作用下通過Paal?Knorr反應(yīng)得到前驅(qū)體溶液，然后除去催化劑得鑄膜液；即在聚酮溶液中加入催化劑和二元胺，于20～40℃下攪拌反應(yīng)10～15小時，所述催化劑為三乙胺或硝酸鉍；3)鑄膜液澆鑄形成聚酮基膜；4)將聚酮基膜通過季銨化處理得到聚酮基陰離子交換膜。本發(fā)明所制得的陰離子交換膜具有較高的電導(dǎo)率；此外還可以通過控制二元胺的使用量對得到陰離子交換膜的性能進(jìn)行控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚酮樹脂基陰離子交換膜及其制備方法，屬于功能膜材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

陰離子交換膜(AEM)是一類含有堿性活性基團(tuán)，對陰離子具有選擇透過性的高分子聚合物膜。常用的聚合物主鏈有聚醚砜、聚醚酮和聚苯醚等。其常用的陽離子功能基團(tuán)包括季胺基團(tuán)，咪唑，胍基，吡啶，季磷和叔硫。其中季胺基團(tuán)由于其制備過程簡便，可選擇的反應(yīng)物較廣，因而被廣泛的應(yīng)用于陰離子交換膜的制備。陰離子交換膜在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，它是分離裝置、提純裝置和電化學(xué)組件中的重要組成部分，在氯堿工業(yè)、水處理工業(yè)、重金屬回收、濕法冶金以及電化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域都起到舉足輕重的作用。近年來，隨著能源新型材料的不斷發(fā)展，陰離子交換膜作為電池隔膜在液流儲能電池、堿性陰離子交換膜燃料電池、新型超級電容器等方面的應(yīng)用也得到了廣泛的研究與關(guān)注。

聚酮(Polyketone)是一種由乙烯，丙烯和一氧化碳在鈀催化劑作用下共聚得到的一種新型綠色聚合物材料。因其具有良好的耐化學(xué)性、耐摩擦性以及低吸水率等優(yōu)點，在電子電器、汽車部件及紡織品領(lǐng)域都具有很大的應(yīng)用潛力。公開號為KR101673928B1的專利申請公開了一種通過γ射線輻照接枝制備聚酮基陽離子交換膜的方法；其制備的陽離子交換膜具有理想的電導(dǎo)率。

但是，現(xiàn)有技術(shù)中尚未有二元胺與聚酮樹脂使用Paal-Knorr反應(yīng)制備高性能的陰離子交換膜的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種聚酮基陰離子交換膜的制備方法，利用該方法制得的陰離子交換膜具有較高的電導(dǎo)率，同時還具有較好的尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；此外還可以通過控制二元胺的使用量對得到陰離子交換膜的性能進(jìn)行控制。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種聚酮基陰離子交換膜的制備方法，包括如下步驟：

1)將聚酮樹脂溶解在有機(jī)溶劑中形成聚酮溶液；其中，所述有機(jī)溶劑為二氯甲烷、六氟異丙醇、三氟乙酸或間甲酚中的至少一種；

2)聚酮溶液和二元胺在催化劑的作用下通過Paal-Knorr反應(yīng)得到前驅(qū)體溶液，然后除去催化劑得鑄膜液；其中，所述Paal-Knorr反應(yīng)過程為：在聚酮溶液中加入催化劑和二元胺，于20～40℃(優(yōu)選為30℃)下攪拌反應(yīng)10～15小時(優(yōu)選為3小時)1，其中，所述催化劑為三乙胺或硝酸鉍；

3)鑄膜液澆鑄形成聚酮基膜；

4)將聚酮基膜通過季銨化處理得到聚酮基陰離子交換膜。

優(yōu)選的，步驟1)中，所述有機(jī)溶劑為六氟異丙醇和二氯甲烷的混合溶劑，六氟異丙醇：二氯甲烷質(zhì)量比為1：0.42～1：4；優(yōu)選的，質(zhì)量比為1：2.33。

進(jìn)一步，步驟2)中，所述二元胺為1,2-丙二胺、1,4-戊二胺或1-(3-氨基丙基)咪唑。優(yōu)選為1,2-丙二胺。

優(yōu)選的，步驟2)中，所述催化劑為硝酸鉍，所述催化劑的添加量為聚酮樹脂中參與反應(yīng)的1,4-二羰基的1mmol％～5mmol％；優(yōu)選的，催化劑的添加量為聚酮樹脂中參與反應(yīng)的1,4-二羰基的2.5mmol％。