[發明專利]一種具有納米/亞納米孔道的離子型膜材料的制備與應用

有效

• 申請號: 202110486986.8
• 申請日: 2021-05-03
• 公開（公告）號: CN113234326B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 陳芳;縣維鵬;孫琦
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C08L87/00
• 分類號: C08L87/00;C08J5/18;C08G83/00;G01K7/04
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

1.一種具有納米/亞納米孔道的離子型膜材料，其特征在于，該膜材料是由單體A與單體B經縮聚反應獲得的縮聚反應產物，具有通式I所示結構：

該通式中，x、y為單體A、B所用的摩爾量；單體A與單體B官能度之和大于2+2；

所述單體A和單體B的組合方式是下述的任意一種：

2,4,6-三羥基苯-1,3,5-三甲醛與2,5-二氨基苯甲酸；1,3,5-均苯三甲醛與2,5-二氨基苯磺酸；四苯基甲烷醛與2,5-二氨基吡啶；四苯基甲烷醛與2,5-二氨基吡啶碘甲烷；1,3,5-均苯三甲醛與對吡啶二乙腈。

2.根據權利要求1所述的離子型膜材料，其特征在于，該膜材料的比表面積為283～1080m²/g，孔徑為0.43～3.2nm，電荷密度為0～0.168mmol/g。

3.權利要求1所述具有納米/亞納米孔道的離子型膜材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將一種單體溶解于有機溶劑中，將另一種單體溶解于水相中，在酸催化條件下發生界面聚合反應，在兩相界面形成自支撐的具有均一納米/亞納米孔道的離子膜；得到具有納米/亞納米孔道的離子型膜材料。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述有機溶劑是二氯甲烷、均三甲苯、甲苯或乙酸乙酯/均三甲苯溶液；所述水相是乙酸水溶液、氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液。

5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述界面聚合反應的溫度為25～75℃，時間為3天。

6.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，在兩相界面處放置一張薄片狀的基底，且基底面積小于兩相界面的面積；基底材質為下述任意一種：聚丙烯腈、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚碳酸酯或陽極氧化鋁。

7.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，通過在水相中加入與單體B長度和對稱性一致的單體C參與反應，在不改變孔道結構的前提下實現對納米孔道電荷密度的調控；所得縮聚反應產物具有如下結構通式II：

所述單體C選自對苯二胺或2,5-二氨基苯，該通式中，x、y、z為單體A、B、C所用的摩爾量。

8.權利要求1所述具有納米/亞納米孔道的離子型膜材料作為基于限域離子通道熱電響應的溫度傳感器的應用。

9.將權利要求1所述具有納米/亞納米孔道的離子型膜材料用作溫度傳感器時對其熱電響應性能進行測量的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)在離子型膜材料的兩側放置相同濃度的電解質溶液，改變其中一側溶液的溫度然后自然恢復至室溫；在此過程中電壓會隨著離子型膜材料兩側溶液溫度的變化而變化，直到兩側溶液的溫度一致，電勢差也逐漸變為零；記錄隨溫度變化的電壓信號值，繪制不同濃度梯度下的溫差曲線和電勢差曲線的時間演化關系；

(2)將不同溫差所對應的電壓差進行線性擬合，在不同電解質溶液濃度下，電勢差隨膜兩側溶液溫度的變化表現出高度的線性相關性；線性擬合的斜率代表熱電響應靈敏度，斜率越大表示離子型膜材料用作溫度傳感器時其熱電響應性能越好。

10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述電解質溶液是濃度為0.01mM～1M的KCl溶液；改變溫度的方式是用加熱棒加熱其中一側的電解質溶液，使膜材料兩側溶液有溫差，驅動離子選擇性跨膜傳輸形成電勢差；控制溫差在10K以下，以確保溶液的活度和電極的氧化還原電勢保持不變。