[發明專利]一種含亞芳基哌啶與二酮類單體共聚物的陰離子交換膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010903752.4
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN112175217B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 李南文;胡旭;黃瑛達
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08G61/12;H01M8/103;H01M8/1069;C08L65/00
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 趙禛

1.一種含亞芳基哌啶與二酮類單體共聚物的陰離子交換膜，其特征在于：包含下述重復結構單元的共聚物：

式中，Ar是含有芳香環的二價有機基團，R₁和R₂代表相同或不同的烴基；X^—代表Br^—、I^—、Cl^—、OH^—或者HCO₃^—；n代表聚合度，n為10～200的正整數，重均分子量在5000～800000之間；m為共聚物中含哌啶鎓鹽部分所占摩爾百分比，m為0～100的任意數字，m≠0；

所述共聚物中Ar為如下基團中的任意一種：

含R₁，R₂基團哌啶鎓鹽為如下基團中的任意一種：

共聚物中含羰基R₃，R₄部分單元結構為如下基團結構中的任意一種：

2.如權利要求1所述的一種含亞芳基哌啶與二酮類單體共聚物的陰離子交換膜的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)、在室溫環境下，首先將含Ar基團的芳烴溶解于二氯甲烷溶液中，制備得到透明溶液；然后，再向二氯甲烷溶液中加入含哌啶環的酮單體和二酮單體，含哌啶環的酮單體和二酮單體充分溶解，含哌啶環的酮單體和二酮單體的摩爾比為1:1-10，固含量為10-20wt％；

(2)、在0℃下，向步驟(1)的溶液中逐滴加入三氟乙酸和三氟甲磺酸，三氟乙酸和三氟甲磺酸的摩爾比為1:10.5，在0℃下引發聚合，然后室溫下反應2-24h；聚合反應完畢后，將溶液倒入甲醇或乙醇中得到纖維狀聚合物，多次沉淀洗滌后加入體積摩爾濃度為1M的碳酸鉀溶液，除去溶液中的多余酸；過濾并將得到的纖維狀固體聚合物用水煮沸，再次過濾，將得到的聚合物在真空干燥箱60℃下烘干24h后稱重；

(3)將步驟(2)烘干后的聚合物在25-100℃下溶于極性溶劑中，溶液中聚合物的濃度為2-10wt％，將得到的聚合物溶液直接澆鑄于玻璃板或不銹鋼板上，用鑄膜刀推平，然后于60-100℃下干燥5-24h成膜，最后于80-150℃下真空干燥1-24h，制得含亞芳基哌啶與二酮類單體共聚物的陰離子交換膜。

3.根據權利要求2所述的一種含亞芳基哌啶與二酮類單體共聚物的陰離子交換膜的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中，所述極性溶劑為NMP、DMF、DMAc、DMSO中的一種或多種。

4.根據權利要求2所述的一種含亞芳基哌啶與二酮類單體共聚物的陰離子交換膜的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中，制得含亞芳基哌啶與二酮類單體共聚物的陰離子交換膜的厚度為10-100μm。

5.如權利要求1所述的一種含亞芳基哌啶與二酮類單體共聚物的陰離子交換膜的應用，其特征在于：將陰離子交換膜應用在堿性陰離子交換膜燃料電池或者堿性陰離子交換膜電解水裝置。

6.根據權利要求5所述的應用，其特征在于：所述的堿性電解水裝置中電解液為氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉或者純水中的一種。