[發明專利]一種交聯型聚砜陰離子交換膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202110381587.5
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113130953B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 喬宗文
• 申請（專利權）人: 陜西國防工業職業技術學院
• 主分類號: H01M8/1027
• 分類號: H01M8/1027;H01M8/1032;H01M8/1069;H01M8/1086;H01M8/1088
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 劉娜

本發明公開了一種交聯型聚砜陰離子交換膜及其制備方法，具體為：首先，將聚砜溶解在N，N?二甲基乙酰胺中，加入氯乙基異氰酸酯和四氯化錫進行反應，得到側鏈含有異氰酸酯基團的改性聚砜，加熱，加入二月桂酸二丁基錫和4?二乙基氨基苯酚進行反應，得到側鏈末端含有叔氨基團的改性聚砜，之后將其溶解在有機溶劑中，加入交聯劑，攪拌后浸泡，干燥，脫膜，得到交聯型聚砜膜材，最后將膜材放入NaOH溶液中浸泡，洗滌，得到交聯型聚砜陰離子交換膜。該交聯型聚砜陰離子交換膜，離子傳導基團遠離聚合物主鏈，能夠形成親水區域與疏水區域分離明顯的相分離結構，形成一層致密的交聯網狀結構，有效地阻止了氫氧根進入膜內部進行腐蝕。

技術領域

本發明屬于燃料電池陰離子交換膜制備技術領域，具體涉及一種交聯型聚砜陰離子交換膜，還涉及該聚砜陰離子交換膜的制備方法。

背景技術

燃料電池是一種直接將物質化學能轉化為電能的能量轉化裝置，具有啟動速度快、轉化效率高、環境污染小等優點，它的出現大大緩解了化石燃料短缺以及環境污染等問題，具有很好的發展前途。早在20世紀50年代，陰離子交換膜燃料電池已經被用于雙子星和阿波羅飛船上的供能裝置，具有其他燃料電池不可取代的優點，它可使用非鉑金屬作為催化劑，具有電極反應速度快和一氧化碳耐受性強等優點。作為它的核心部件的陰離子交換膜(AEM)起著決定性作用，從某種意義上講，開發新型的陰離子交換膜燃料電池實際上是開發一種高性能的陰離子交換膜。目前開發高性能的陰離交換膜面臨量大難題，質子傳導率和尺寸穩定性，為了使陰離子交換膜獲得很好的質子傳導率，需在膜材鍵合較多的離子傳導基團，但是離子傳導基團多導致膜材的尺寸穩定性下降，有的甚至發生溶解破裂，嚴重影響膜材的使用，迫切需要開發出在高質子傳導率下具有較好尺寸穩定性和耐堿性能的陰離交換膜。近年來，采用酸堿復合、無機摻雜、化學接枝、物理共混等方法來解決該問題，依然無法解決離子傳導率與尺寸穩定性之間的不平衡問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種交聯型聚砜陰離子交換膜，解決了傳統陰離子交換膜在高質子傳導率下尺寸穩定性和耐堿性差的問題。

本發明的另一目的是提供上述交聯型聚砜陰離子交換膜的制備方法。

本發明所采用的技術方案是，一種交聯型聚砜陰離子交換膜，其結構式為：

本發明所采用的另一技術方案是，一種交聯型聚砜陰離子交換膜的制備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1：制備側鏈含有異氰酸酯基團的改性聚砜；

步驟2：制備側鏈末端含有叔氨基團的改性聚砜；

步驟3：制備交聯型聚砜膜材；

步驟4：將步驟3得到的交聯型聚砜膜材放入1mmol/L的NaOH溶液中浸泡24-30h，用蒸餾水進行沖洗，直到洗滌液的pH值不發生變化為止，得到交聯型聚砜陰離子交換膜。

本發明的特點還在于，

步驟1中，具體為：將干燥的聚砜溶解在N，N-二甲基乙酰胺中，待其溶解后通入氮氣進行保護，通入氮氣30min后，向其中滴加氯乙基異氰酸酯和四氯化錫的混合物，滴加結束后，在50-60℃的條件下反應24-30h，得到側鏈含有異氰酸酯基團的改性聚砜；聚砜、N，N-二甲基乙酰胺、氯乙基異氰酸酯和四氯化錫的質量比為1：47：1.9：0.58。

步驟2中，具體為：將步驟1得到的側鏈含有異氰酸酯基團的改性聚砜加熱至90-110℃，采用一鍋法，加入二月桂酸二丁基錫催化劑和4-二乙基氨基苯酚，在90-110℃的條件下反應10-24h，得到PSF-BN的混合液，再將混合液用異丙醇作為沉淀劑進行沉淀，將沉淀物進行洗滌、干燥，得到側鏈末端含有叔氨基團的改性聚砜。

沉淀劑為無水甲醇、無水乙醇、異丙醇中的任意一種或者多種；沉淀劑與混合液的體積比為3～5：1。