[發明專利]一種主鏈碳氟耐堿雙極膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202210241540.3
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114506139B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 陳日耀;黃雪紅;金延超;陳曉;陶晴晴
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: B32B27/30
• 分類號: B32B27/30;B32B27/08;B32B38/16;C08F8/30;C08F8/20;C08F257/02;C08J5/22;C08L51/00
• 代理公司: 福州科揚專利事務所(普通合伙) 35001
• 代理人: 李曉芬

1.一種主鏈碳氟耐堿雙極膜，其特征在于：包括陽離子交換膜層和陰離子交換膜層，陽離子交換膜層和陰離子交換膜層都以全氟碳為主鏈；陰離子交換膜層的化學結構式為：

陽離子交換膜層的化學結構式為：

中間界面層催化劑的化學結構式為：

其中，x為聚三氟氯乙烯主鏈的聚合度，n為含磺酸基團取代基側鏈的聚合度，m為含胍取代基側鏈的聚合度，n、m是不為零的整數。

2.一種主鏈碳氟耐堿雙極膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將聚三氟氯乙烯接枝聚甲基苯乙烯共聚物溶于有機溶劑Ⅰ中，再加入溴化劑和引發劑，在加熱和攪拌的條件下使其沸騰回流4～6h，待出現顏色變化后繼續反應1～2h后停止加熱；在無水甲醇中沉淀獲得絮狀物，除去雜質后干燥得到最終的溴甲基化聚合物；

S2、將經過步驟S1獲得的溴甲基化聚合物溶解有機溶劑Ⅱ中，在室溫下緩慢加入胍基化試劑，充分攪拌反應后，將得到的均相溶液澆注在潔凈的玻璃板上成膜，真空干燥24～30h后將膜從玻璃板上取下，在0.5mol/L?NaOH溶液中浸泡12～16h得到側鏈胍基型聚三氟氯乙烯陰離子交換膜液；

S3、將聚三氟氯乙烯溶于有機溶劑Ⅲ中，通氮氣除氧，升溫后按照聚三氟氯乙烯、苯乙烯磺酸鈉、CuBr和聯吡啶的摩爾比1:(20～100):1:2混合，氮氣保護下，在90～130℃條件下恒溫反應5～30h后，將反應液裝入透析袋中，在水透析24h，烘干透析袋中溶液，制得聚三氟氯乙烯接枝苯乙烯磺酸鈉側鏈共聚物溶液；

S4、將KH-560與八羧基酞菁鐵以摩爾比為1:1投料加入反應瓶中，加入二甲胺基吡啶攪拌均勻，得到KH560改性八羧基酞菁鐵前驅體；然后在KH560改性八羧基酞菁鐵前驅體加入有機溶劑Ⅳ攪拌均勻，同時加入催化劑和蒸餾水，調節反應體系pH為2.5～3.5，在50℃條件下反應6～8h，反應結束后，抽真空加熱，待副產物完全脫除后，得到的KH-560改性八羧基酞菁鐵硅溶膠；

S5、將經過步驟S3制得的聚三氟氯乙烯接枝苯乙烯磺酸鈉側鏈共聚物溶液流延在潔凈的玻璃板上，烘干制備陽離子交換膜層，在陽離子交換膜層上噴涂KH-560改性八羧基酞菁鐵硅溶膠，晾干后將側鏈胍基型聚三氟氯乙烯陰離子交換膜層流延于陽離子交換膜層上，烘干后得到主鏈碳氟鐵耐堿雙極膜。

3.如權利要求2所述的一種主鏈碳氟耐堿雙極膜的制備方法，其特征在于：所述步驟S1中聚三氟氯乙烯接枝聚甲基苯乙烯共聚物中聚三氟氯乙烯為聚三氟氯乙烯、聚(偏氟乙烯-三氟氯乙烯)、聚(四氟乙烯-三氟氯乙烯)、聚(四氟乙烯-偏氟乙烯-三氟氯乙烯)中的任意一種或多種聚合物，甲基苯乙烯為含有甲基取代基苯乙烯單體中的任意一種或多種共混物。

4.如權利要求2所述的一種主鏈碳氟耐堿雙極膜的制備方法，其特征在于：所述步驟S1中有機溶劑Ⅰ為1,2-二氯乙烷、氯苯、四氯化碳中的任意一種或兩種任意比例的組合。

5.如權利要求2所述的一種主鏈碳氟耐堿雙極膜的制備方法，其特征在于：所述步驟S2中有機溶劑Ⅱ為四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亞砜、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一種或兩種任意比例的組合。

6.如權利要求2所述的一種主鏈碳氟耐堿雙極膜的制備方法，其特征在于：所述步驟S2中胍基化試劑為五甲基胍、四甲基乙基胍、四甲基丙基胍、四甲基丁基胍、四甲基己基胍的任意一種或兩種任意比例的組合。

7.如權利要求2所述的一種主鏈碳氟耐堿雙極膜的制備方法，其特征在于：所述步驟S3中有機溶劑Ⅲ為N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亞砜、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一種或兩種任意比例的組合。

8.如權利要求2所述的一種主鏈碳氟耐堿雙極膜的制備方法，其特征在于：所述步驟S4中有機溶劑Ⅳ為甲醇、乙醇、異丙醇、四氫呋喃、丙酮中的任意一種或兩種任意比例的組合。