[發明專利]一種仿Nafion主側鏈化學結構陰離子交換膜的制備方法

有效

• 申請號: 202210060242.4
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114395111B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 沈春暉;周錦玥;聶逸文;李正漢;高山俊
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C08G61/02
• 分類號: C08G61/02;C08J5/22;C08L65/00;H01M8/1072
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉洋

1.一種仿Nafion主側鏈化學結構陰離子交換膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）反應器中加入聯苯、溴五氟丙酮、六氟丙酮以及溶劑，攪拌溶解混合均勻；在N₂氣氛下加入三氟甲磺酸稀土鹽，緩慢滴加三氟甲磺酸（TSFA），控制反應溫度在0℃-10℃，縮聚反應8-24h停止反應；加入甲醇沉淀后的產物用蒸餾水反復洗滌得白色塊狀固體，干燥后得到全氟聚二聯苯亞烷高分子聚合物；所述聯苯為4H,4’H-八氟聯苯；

（2）將4-乙醇哌啶、CH₃I和K₂CO₃溶解于二甲基亞砜（DMSO），36-41℃下反應24-48?h，加入乙醚沉淀洗滌數次，干燥后得到4-乙醇-N-二甲基哌啶季銨鹽（OH-DMP）；將NaH和四丁基溴化銨（TBAB）溶于DMSO中，N₂氣氛下緩慢滴加所得OH-DMP的溶液，50-60℃條件下反應2-3h；繼續滴加2-氯-1-丙醇，50-60℃反應6-10?h，用丙酮沉淀并洗滌數次，干燥后得到帶有多烷基醚鍵長鏈的羥基哌啶季銨鹽白色固體；

（3）將NaH和四丁基溴化銨（TBAB）溶于DMSO中，N₂氣氛下，滴加所述羥基哌啶季銨鹽的二甲基亞砜溶液，50-60℃條件下反應2-3?h，隨后滴加所述全氟聚二聯苯亞烷高分子聚合物的二甲基亞砜溶液，50-60℃反應6-10h，用乙醇沉淀并洗滌數次，干燥后得到全氟聚二聯苯亞烷鍵接多烷基醚鍵側鏈哌啶季銨鹽樹脂，采用極性溶劑溶解后倒入聚四氟乙烯模盤中，干燥成膜得到全氟聚二聯苯亞烷鍵接多烷基醚鍵側鏈哌啶季銨鹽陰離子交換膜。

2.如權利要求1所述仿Nafion主側鏈化學結構陰離子交換膜的制備方法，其特征在于所述三氟甲磺酸稀土鹽為三氟甲磺酸鑭La(CF₃SO₃)₃。

3.如權利要求1所述仿Nafion主側鏈化學結構陰離子交換膜的制備方法，其特征在于步驟1中所述聯苯、溴五氟丙酮和六氟丙酮的摩爾比為1：(0.55-0.85)：(0.35-0.65)；三氟甲磺酸與聯苯的摩爾比1：(9-12)。

4.如權利要求1所述仿Nafion主側鏈化學結構陰離子交換膜的制備方法，其特征在于步驟2中所述4-乙醇哌啶與CH₃I的摩爾比為1:（3-5）；4-乙醇-N-二甲基哌啶季銨鹽、NaH、2-氯-1-丙醇的摩爾比為1：（1-1.3）：（1-1.5）。

5.如權利要求1所述仿Nafion主側鏈化學結構陰離子交換膜的制備方法，其特征在于步驟2中所述2-氯-1-丙醇采用不同種類氯代醚醇代替，用來調整多烷基醚鍵長鏈的長度和醚鍵的數量；所述氯代醚醇包括2-氯乙醇、2-氯乙氧基乙醇、2-氯乙氧基-2-乙氧基乙醇中的任意一種。

6.如權利要求1所述仿Nafion主側鏈化學結構陰離子交換膜的制備方法，其特征在于步驟3中所述羥基哌啶季銨鹽的用量與所述全氟聚二聯苯亞烷高分子聚合物中溴五氟丙酮結構的摩爾量之比為1：（1-1.2）。

7.如權利要求1所述仿Nafion主側鏈化學結構陰離子交換膜的制備方法，其特征在于步驟3中所述極性溶劑為DMSO、NMP、DMAc、DMF中的一種或幾種。