[发明专利]基于聚苯砜的阴离子交换膜及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种离子交换膜及其制备方法，特别是涉及一种基于聚苯砜的阴离子交换膜及其制备方法。 

背景技术

离子交换膜是电渗析浓缩海水制盐、电渗析咸水淡化、工业废水处理、电解、扩散渗析酸（碱）回收、燃料电池、液流电池及其他新技术应用领域的核心部件。例如，在电渗析方面，离子交换膜主要用作电渗析装置的隔膜；从金属酸洗废液中回收酸和金属方面，离子交换膜主要用作在扩散渗析装置的隔膜；在电解方面，离子交换膜用于分隔电解槽的阴极、阳极，选择透过阴离子和阳离子；在电池方面，离子交换膜可用作质子交换膜燃料电池、液流电池等电池的隔膜。上述的应用领域要求离子交换膜应具有：具有高的离子传导性能，高的选择透过性，好的尺寸稳定性，高的机械强度，价廉。此外，随应用领域的不同，还应具有耐温、抗氧化、耐酸碱、耐有机溶剂等特殊性能，尤其是在燃料电池、液流电池等新技术领域。例如，在全钒液流电池中，要求离子交换膜必须具有较高的离子传导能力，优异的阻隔钒离子交叉渗透的性能，较高机械强度，耐酸和耐高价态钒离子的腐蚀。 

聚苯砜是一种高性能聚芳砜材料，具有优异的化学稳定性和高的机械强度。将荷正电的季铵型阴离子交换基团引入聚苯砜分子结构中，制备的阴离子交换膜具有优良的选择透过性、化学稳定性、机械强度和离子传导性能，在液流电池和燃料电池等需要高性能离子交换膜的新技术领域具有广阔的应用前景。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于聚苯砜的阴离子交换膜及其制备方法，该方法将聚苯砜进行卤甲基化改性，得到聚苯砜阴离子交换膜，所制备的均相阴离子交换膜具有较高的离子交换容量，适当的含水量，优良的阻隔钒离子交叉渗透的能力，在全钒液流电池中具有很好的应用前景。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

基于聚苯砜的阴离子交换膜，所述交换膜包括聚苯砜的聚合物分子链含有如下结构：

。

基于聚苯砜的阴离子交换膜制备方法，所述方法包括以下步骤： 

聚苯砜溶解于溶剂中，加入卤甲基烷基醚和催化剂，搅拌下进行反应；反应结束后，将反应物倒入沉淀剂中，分离、洗涤、干燥，得到卤甲基化聚苯砜；卤甲基化聚苯砜的结构简式如下：

将卤甲基化聚苯砜溶解于溶剂中配制成溶液，铸膜，将溶剂完全蒸发或部分蒸发后浸入沉淀剂中，得到卤甲基化聚苯砜基膜，烘膜温度为30~150^oC，烘膜时间为0~48小时；

将卤甲基化聚苯砜基膜浸泡于有机胺溶液中进行胺化处理，得到聚苯砜阴离子交换膜；胺化处理温度为0~90^oC，时间为1~96小时；基于聚苯砜的阴离子交换膜的结构简式如下：

所述的基于聚苯砜的阴离子交换膜制备方法，聚苯砜的卤甲基化改性用卤甲基烷基醚为氯甲基甲醚、或氯甲基乙醚、氯甲基丁醚、氯甲基辛醚、溴甲基甲醚、溴甲基乙醚、、溴甲基丁醚、溴甲基辛醚。

所述的基于聚苯砜的阴离子交换膜制备方法，所述聚苯砜的卤甲基化改性所用的催化剂为无水氯化锌、或无水氯化铁、无水氯化铝、无水溴化锌、无水溴化铁、无水溴化铝、金属锌粉、金属铁粉、金属铝粉、无水四氯化锡、浓硫酸、磷酸、或三氟甲基磺酸。 

所述的基于聚苯砜的阴离子交换膜制备方法，所述聚苯砜的卤甲基化改性所用溶剂为氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷、硝基苯、氯苯或浓硫酸；所用沉淀剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、乙醚、四氢呋喃、丙酮、丁酮、乙酸乙酯中的一种或两种以上的混合溶剂。 

所述的基于聚苯砜的阴离子交换膜制备方法，所述聚苯砜的卤甲基化改性的反应温度为0-120^oC，反应时间为1-72小时。 

所述的基于聚苯砜的阴离子交换膜制备方法，所述以氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮或上述溶剂的混合溶液为配制铸膜液的溶剂制备卤甲基化聚苯砜基膜。 

所述的基于聚苯砜的阴离子交换膜制备方法，所述制备卤甲基化聚苯砜基膜的烘膜温度为30-150^oC，时间0-48h。 

所述的基于聚苯砜的阴离子交换膜制备方法，所述卤甲基化聚苯砜基膜胺化处理所采用的有机胺溶液是三甲胺、三乙胺、三乙醇胺、三正丙胺、三正丁胺中的一种或两种以上的混合物。 

所述的基于聚苯砜的阴离子交换膜制备方法，所述胺化处理温度为0-90^oC，时间为1-96小时。