[發(fā)明專利]一種基于氰基結(jié)構(gòu)側(cè)鏈磺化聚芳醚離子交換膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011440311.1
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112708155B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 焉曉明;修艷雪;賀高紅;高莉;胡磊;底夢婷;潘昱;代巖
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08L71/12;C08G65/40;H01M8/18
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發(fā)明屬于陽離子交換膜技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于氰基結(jié)構(gòu)側(cè)鏈磺化聚芳醚離子交換膜及其制備方法。首先用五氟苯甲腈與4?羥基苯磺酸鈉合成4?苯氧基?4?磺酸基?2，3，5，6?四氟芐腈，然后與雙酚聚合得到基于氰基結(jié)構(gòu)側(cè)鏈磺化聚芳醚，并制膜。本發(fā)明的有益效果：氰基可以使聚合物主鏈更加穩(wěn)定，支鏈型磺酸基團可以形成良好的微相分離。該基于氰基結(jié)構(gòu)側(cè)鏈磺化聚芳醚離子交換膜具有較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率，較低的釩離子滲透率和較好的化學(xué)穩(wěn)定性，在全釩液流電池中具有較好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陽離子交換膜技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種基于氰基結(jié)構(gòu)側(cè)鏈磺化聚芳醚離子交換膜及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著對使用可再生能源的需求不斷增長，大規(guī)模儲能技術(shù)因其吸引人的特性而受到越來越多的關(guān)注。釩液流電池(VFB)是最有前途的大型儲能技術(shù)之一，它具有安全性高，循環(huán)壽命長，功率和容量可分別調(diào)節(jié)，效率高和對環(huán)境友好等特點。對于VFB單電池，其主要組件由電極，電解質(zhì)和膜組成。其中，膜是最重要的成分之一，它阻礙釩離子在陽極電解液和陰極電解液中傳輸，同時傳輸質(zhì)子以形成內(nèi)部回路。全氟化膜(如Nafion)是VFB應(yīng)用中最常用的商業(yè)膜，盡管它具有高電導(dǎo)率，但仍受到高成本、低選擇性和化學(xué)穩(wěn)定性的限制。因此，迫切需要開發(fā)具有高電導(dǎo)率，高選擇性，高穩(wěn)定性以及低成本的商用VFB 應(yīng)用的高性能膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于氰基結(jié)構(gòu)側(cè)鏈磺化聚芳醚離子交換膜及其制備方法。首先用五氟苯甲腈與4-羥基苯磺酸鈉合成4-苯氧基-4-磺酸基-2，3，5，6- 四氟芐腈，然后與雙酚聚合得到基于氰基結(jié)構(gòu)側(cè)鏈磺化聚芳醚，并制膜。本發(fā)明的有益效果：氰基可以使聚合物主鏈更加穩(wěn)定，支鏈型磺酸基團可以形成良好的微相分離。該基于氰基結(jié)構(gòu)側(cè)鏈磺化聚芳醚離子交換膜具有較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率，較低的釩離子滲透率和較好的化學(xué)穩(wěn)定性，在全釩液流電池中具有較好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于氰基結(jié)構(gòu)側(cè)鏈磺化聚芳醚離子交換膜，基于氰基結(jié)構(gòu)側(cè)鏈磺化聚芳醚的結(jié)構(gòu)如下：

其中：n為正整數(shù)；

Ar為雙酚，為4，4-二羥基聯(lián)苯、雙酚A、雙酚AF或?qū)Ρ蕉印?/p>

一種基于氰基結(jié)構(gòu)側(cè)鏈磺化聚芳醚離子交換膜的制備方法，步驟如下：

(1)4-苯氧基-4-磺酸基-2，3，5，6-四氟芐腈的合成：在惰性氣體保護下，將五氟苯甲腈、4-羥基苯磺酸鈉和碳酸鉀溶解于溶劑N,N-二甲基甲酰胺中，在 0℃保持溫度恒定反應(yīng)24h；將反應(yīng)溶液離心、萃取、旋蒸、干燥得到4-苯氧基-4-磺酸基-2，3，5，6-四氟芐腈；

所述的4-苯氧基-4-磺酸基-2，3，5，6-四氟芐腈結(jié)構(gòu)式如下：

所述的五氟苯甲腈：4-羥基苯磺酸鈉：碳酸鉀的摩爾比為1.2：1：1.5；

所述的五氟苯甲腈、4-羥基苯磺酸鈉和碳酸鉀在溶劑N,N-二甲基甲酰胺中的w/v為10.9％～13.4％；

(2)基于氰基結(jié)構(gòu)側(cè)鏈磺化聚芳醚的合成：在惰性氣體保護下，將4-苯氧基-4-磺酸基-2，3，5，6-四氟芐腈、雙酚和碳酸鉀溶解于溶劑二甲基亞砜中，在 30℃保持溫度恒定反應(yīng)40h；將反應(yīng)溶液倒入沉淀劑A中，過濾、洗滌、干燥得到基于氰基結(jié)構(gòu)側(cè)鏈磺化聚芳醚；

所述的雙酚為4，4-二羥基聯(lián)苯、雙酚A、雙酚AF或?qū)Ρ蕉樱?/p>

所述的4-苯氧基-4-磺酸基-2，3，5，6-四氟芐腈：4，4-二羥基聯(lián)苯：碳酸鉀的摩爾比為1.：1：1.5；

所述的五氟苯甲腈、4-羥基苯磺酸鈉和碳酸鉀在溶劑A中的w/v為 10.9％～13.4％

所述的沉淀劑A為乙醇、水中的一種；