[发明专利]一种基于双咪唑阳离子交联剂的阴离子交换膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及阴离子交换膜，尤其涉及一种基于双咪唑阳离子交联剂的阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

阴离子交换膜已经广泛应用于水处理，湿法冶金以及化学分离等工业领域；近年来，研究人员正在积极研究阴离子交换膜在碱性燃料电池中的应用；然而，到目前为止还没有一例高性能的碱性燃料电池的成功报道，主要原因是缺乏高电导率、高稳定性、低燃料渗透率的阴离子交换膜；传统的季铵盐类阴离子交换膜在在高温、强碱条件下季铵基团很容易发生霍夫曼降解、亲核降解等反应，导致阴离子交换膜的离子交换容量下降，从而严重影响阴离子交换膜的性能(Macromolecules 2011, 44 8494–8503)。

中国专利201010185161.4公开的一种基于咪唑类离子液体的阴离子交换膜的制备方法：将咪唑类离子液体和丙烯酸酯类单体溶解到溶剂中通过自由基引发聚合得到聚合物，将得到的聚合物分离提纯后通过相转化法制备得到阴离子交换膜；该方法避免了季铵盐类阴离子交换膜制备过程中剧毒物质氯甲醚的使用，制备过程更简单；然而，该阴离子交换膜具有脂肪类主链，尺寸稳定性和机械性能较差；另外，丙烯酸酯中的酯键在高温强碱条件下也会发生降解(Macromolecules 2011, 44 8494–8503)。

中国专利201010555682.4公开了一种基于碱性离子液体阴离子交换膜的制备方法：将聚合物单体、离子液体、交联剂和引发剂混合均匀后通过原位聚合的方法制备得到阴离子交换膜；该方法避免了有机溶剂的使用，膜的厚度易于调控，通过调控交联剂二乙烯基苯的含量来调节阴离子交换膜的吸水率和溶胀度；但是交联剂二乙烯基苯的加入也使得聚合物阴离子膜的结构更复杂，并且，二乙烯基苯本身没有离子交换的能力，它的加入虽然能提高膜的机械性能但也降低了阴离子交换膜的电导率。

中国专利201210212673.4公开了一种基于离子液体交联剂的阴离子交换膜：采用原位聚合的方法将离子液体交联剂、聚合物单体引发聚合成膜，然后通过阴离子交换，制备可用于碱性燃料电池的阴离子交换膜；该方法简便，高效，对环境和人体危害小，离子液体在阴离子交换膜中不仅起到离子导电的作用，还可以作为交联剂起到提高阴离子交换膜的机械性能的作用；然而，该体系中所用烯丙基类离子液体交联剂具有自阻聚作用，交联能力较弱。阴离子交换膜的机械性能仍然需要进一步提高。

优异的阴离子交换膜需要具备良好的机械性能、热稳定性和化学稳定性以及较高的电导率；然而，传统的季铵盐型聚合物阴离子交换膜热稳定性和化学稳定性较差，因此开发合成性能良好的新型阴离子交换膜材料成为人们研究的热点。

发明内容

本发明目的是提供一种基于双咪唑阳离子交联剂阴离子交换膜及其制备方法；本发明避免了季铵盐类阴离子交换膜制备过程中氯甲醚的使用，克服季铵盐型聚合物阴离子交换膜化学稳定性较差等问题；双咪唑阳离子交联剂的大大提高了脂肪类主链阴离子交换膜的机械性能。

所述双咪唑阳离子交联剂，其化学结构如下：

其中，X为Br或I, n为1～6的整数，-R选自中的一种，其制备方法为现有技术，这里不再一一描述。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于双咪唑阳离子交联剂的阴离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)       将丙烯腈、聚合型咪唑类离子液体，双咪唑阳离子交联剂、引发剂以重量比为10~90：80～40：50～10：1～6混合，将混合液在超声波震荡下混合均匀后涂到模具上，进行原位聚合制备聚合物阴离子交换膜；

(2)       将制备的阴离子交换膜浸泡在一定温度的碱液中进行阴离子交换。

其中，所述聚合型咪唑类离子液体为含有一个不饱和键的咪唑盐；所述双咪唑阳离子交联剂为含有两个不饱和键的咪唑盐；所述碱液为1M氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液；所述温度为60 ^oC，浸泡时间24h。

上述技术方案中，所述聚合型咪唑盐选自中的一种或二种以上按任意质量比混合的混合物，Y为Br或I, m为1～12的整数，-R选自中的一种。

上述技术方案中，所述双咪唑阳离子交联剂选自：，其中，X为Br或I, n为1～6的整数，-R选自中的一种。

上述技术方案中，引发剂为安息香乙醚、、、中的一种。

上述技术方案中，所述聚合反应的引发方式为波长240nm-380nm的紫外光照引发聚合，时间为30分钟。