[发明专利]基于1,2,3‑三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料，其特征在于：所述基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料的结构式如式(1)所示：

式中，n为介于10～1000之间的整数；x为介于0.01～0.99之间的任意值；R¹为具有1～50个碳原子和0～10个氧杂原子的线性连接基团；R²为具有1～10个碳原子的线性连接基团；X选自Cl、Br和I中的至少一种。

2.一种权利要求1所述的基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：

(1)将甲基溴化度为1～99％的溴化聚苯醚溶解在有机溶剂中，然后按照溴化聚苯醚中所含溴甲基的摩尔量的1～10倍当量加入叠氮化钠，在0～100℃条件下反应1～48h，得到甲基叠氮化度为1～99％的叠氮化聚苯醚；

(2)点击化学反应：将甲基叠氮化度为1～99％的叠氮化聚苯醚溶解在反应瓶内的有机溶剂中，然后依次加入含有端炔基的化合物A、卤代亚铜盐和有机配体B，溶解后除去反应瓶中的溶解氧，随后在密封或惰性气体保护下于0～100℃搅拌反应1～72h，反应结束后，沉淀出聚合物，将聚合物洗涤、干燥后得到侧链含1,2,3-三氮唑结构基元的聚合物；

(3)阳离子化：将步骤(2)得到的侧链含1,2,3-三氮唑结构基元的聚合物溶解在有机溶剂中，再加入一卤代烷烃，在0～60℃搅拌反应1～72h，获得侧链含有1,2,3-三氮唑鎓盐的聚合物溶液，即为基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料的溶液；

(4)将步骤(3)所获得的所述基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料的溶液倾入不良溶剂中，使所述基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料沉淀析出，真空干燥后即得基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料。

3.根据权利要求2所述的基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料的制备方法，其特征在于：

在步骤(2)中，所述含有端炔基的化合物A具有3～52个碳原子和0～10个氧杂原子，且所述含有端炔基的化合物A有一个端基为炔基；所述卤代亚铜盐选自溴化亚铜和氯化亚铜中的至少一种；所述有机配体B选自2,2′-联吡啶、1,1,4,7,7-五甲基二亚乙基三胺和1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺中的至少一种；

所述含有端炔基的化合物A、卤代亚铜盐和有机配体B的加入量分别为所述叠氮化聚苯醚中叠氮基团摩尔量的1～5、0.01～1、0.01～1倍。

4.根据权利要求2所述的基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料的制备方法，其特征在于：

在步骤(3)中，所述一卤代烷烃含有1～10个碳原子和1个卤代原子，其中卤代原子为Cl、Br或I；其中一卤代烷烃的加入量为所述侧链含1,2,3-三氮唑结构基元的聚合物中所含1,2,3-三氮唑基团摩尔量的1～100倍。

5.根据权利要求2所述的基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料的制备方法，其特征在于：

步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)中所用的有机溶剂各自独立的选自四氢呋喃、三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的至少一种；

步骤(4)中所述不良溶剂选自苯、甲苯、二甲苯、丙酮、水、乙醚和甲醇中的至少一种。

6.一种基于权利要求1所述的阴离子交换膜材料的阴离子交换膜的制备方法，其特征在于：

将基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料的溶液在基体或增强织物上涂膜，去除溶剂后，即得阴离子交换膜；

或将基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料溶解在有机溶剂中，获得基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料的溶液，将所述基于1,2,3-三氮唑鎓盐的阴离子交换膜材料的溶液在基体或增强织物上涂膜，去除溶剂后，即得阴离子交换膜。

7.根据权利要求6所述的阴离子交换膜的制备方法，其特征在于：将制备的阴离子交换膜浸泡在浓度为0.01～10mol/L的NaOH水溶液或浓度为0.01～10mol/L的KOH水溶液中进行阴离子交换，得到阴离子为氢氧根的阴离子交换膜。

8.根据权利要求6或7所述的阴离子交换膜的制备方法，其特征在于：所述涂膜的方法为溶液浇铸成膜、旋转涂膜、刮膜、浸渍或流延成膜。

9.一种由权利要求6或7所述方法制备的阴离子交换膜的应用，其特征在于：用于作为碱性燃料电池的阴离子交换膜。