[发明专利]聚苯并咪唑类聚合物离子交换膜及其制备和应用

权利要求书

1.一种聚苯并咪唑类聚合物离子交换膜，其特征在于：所述聚合物结构通式如下，

聚合物为无规共聚物，其中m和n分别为不同结构单元的摩尔百分含量，0＜n≤0.8，0.2≤m＜1，m+n＝1，该类聚合物的重均分子量在5000-800000之间；

R₁代表下述结构之一：

R₂代表下述结构之一：

其中：R₃和R₄分别为氢原子、C1-C4饱和烷烃基团或者C2-C4不饱和烷烃基团中的一种，R₃和R₄可以是相同或不同的基团。

2.一种权利要求1所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于：采用如下过程进行制备，

(1)将五氧化二磷溶解于多聚磷酸中，升温形成澄清溶液；其中五氧化二磷与多聚磷酸的质量比介于1∶5～1∶20；

(2)向步骤(1)的溶液中加入含R₁基团的二酸和含R₂基团的二酸、以及联苯四胺；加热升温至190-220℃，反应3-30小时，将溶液倒入碱液中，最终控制溶液为中性，过滤、将得到的固体聚合物用水煮沸，过滤、将得到的固体聚合物烘干；其中反应体系中单体R₁基团的二酸和R₂基团的二酸、以及联苯四胺在多聚磷酸溶剂中的总质量百分含量介于2％-15％之间；且含R₁基团的二酸和含R₂基团的二酸的摩尔用量之和与联苯四胺相同；

(3)将烘干的含吡啶基团的聚苯并咪唑类聚合物在60-100℃下溶于NMP、DMF、DMAC、DMSO的一种或多种溶剂中，溶液的浓度控制在2-15wt％，将得到的聚合物溶液直接浇铸于玻璃板或不锈钢板上，于60～100℃下干燥5h以上，然后80～150℃真空干燥1h以上成膜，膜的厚度在10～200μm之间。

3.根据权利要求2所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于：聚合物中吡啶环的含量可以通过控制含R₁基团的二酸与含R₂基团的二酸摩尔用量的比例来实现；0＜R₁基团的二酸摩尔量/含R₂基团的二酸摩尔量≤4。

4.根据权利要求2所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于：所述含R₁基团的二酸结构为下述结构之～：

含R₂基团的二酸为下述结构之一：

其中：R₃和R₄分别为氢原子、C1-C4饱和烷烃基团或者C2-C4不饱和烷烃基团中的一种，R₃和R₄可以是相同或不同的基团。

5.一种权利要求1所述离子交换膜在液流电池中的应用，其特征在于：权利要求1所述离子交换膜用于酸性电解液液流储能电池中。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：应用前，可将制备得到含吡啶基团的聚苯并咪唑类聚合物离子交换膜浸入硫酸或者磷酸溶液中≥1h。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：硫酸或磷酸溶液的浓度在1～16mol L^-1之间。