[发明专利]一种二苯并18冠6接枝聚乙烯醇微孔膜的制备方法

说明书

本发明属阴离子交换膜燃料电池的膜电解质制备技术，具体涉及一种二苯并18冠6接枝聚乙烯醇微孔膜的制备方法。本方法以二苯并18冠6、浓盐酸及乌洛托品为原料，首先合成4‑甲酰基二苯并18冠6，再以二甲基甲酰胺为溶剂，将4‑甲酰基二苯并18冠6掺入聚乙烯醇中，机械搅拌均匀后，将上述铸膜液利用流延法浇铸在玻璃板上成膜，再将其烘干至恒重，经缩醛反应形成带有微孔状的F‑P膜材料，将F‑P膜浸渍在KOH溶液中制成F‑P‑K导电膜。本发明目的产物具有热稳定性好，导电性能强，拉伸强度和断裂伸长率高等优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，属阴离子交换膜燃料电池的膜电解质制备技术，具体涉及一种二苯并18冠6接枝聚乙烯醇微孔膜的制备方法。

背景技术

燃料电池因其低温启动迅速、无电解质流失、比功率和比能量高以及低排放，甚至“零”排放等优点，为解决能源短缺和环境污染等问题带来了新的机遇。与阴离子交换膜(AEMS)相比，质子交换膜具有高碱性的化学稳定性，以及高离子导电性，是实现长效、低成本的关键，最近受到越来越多的关注并广泛的应用于燃料电池中。冠醚分子具有疏水性骨架和亲水性内腔，能够与包括碱金属、碱土金属的多种金属离子配位，并且随环的大小与不同金属离子配合，具有较高的选择性。冠醚分子内侧由于氧原子的未共用电子呈现出电负性，可通过吸附阳离子进行导电，独特的空穴结构可应用于阴离子交换膜中燃料电池领域。但低分子冠醚化合物有一定的毒性，实际应用中应用受到限制，而通过缩醛反应与聚合物接枝形成的高分子冠醚化合物兼具络合选择性好和低毒性的双重优点。聚乙烯醇具有良好的电化学稳定性、无色透明无毒且成本低、优良的力学强度和成膜性能等优点。另外，聚乙烯醇是一种水溶性高分子材料,带有大量羟基，表现出良好的亲水性和反应活性，目前针对聚乙烯醇进行燃料电池膜电解质方面的改性，主要集中在接枝季铵基团，制备阴离子导电膜方面。但该类膜在实际工作过程中，由于季铵基团的接枝导致聚合物基质的性质受到明显破坏会导致稳定性差。考虑将PVA作为聚合物基质，其羟基与带有醛基官能团的冠醚发生缩醛反应进行改性，形成阴离子导电膜，该类膜既保存聚乙烯醇良好成膜性、无毒优点，加入冠醚可抑制聚乙烯醇的过度溶胀，又可保持冠醚独特的优异导电性，是阴离子交换膜的优质材料，而且此类的报道在燃料电池领域还未曾见过。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种含水率低，导电性，拉伸强度及断裂伸长率高，可用于碱性燃料电池的二苯并18冠6接枝聚乙烯醇微孔膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种二苯并18冠6接枝聚乙烯醇微孔膜的制备方法，可按如下步骤实施：

(1)将二苯并18冠6、乌洛托品置于三口瓶中，加入浓盐酸，并进行回流反应，得到棕褐色粘稠状液体；

(2)待反应结束冷却至室温后，依次加入NaOH溶液和去离子水，充分搅拌直至出现棕色固体，滤出水相，固体旋干得到4-甲酰基二苯并18冠6；

(3)向三口瓶中加入聚乙烯醇及4-甲酰基二苯并18冠6，加入二甲基甲酰胺，加热至完全溶解；

(4)将步骤(3)所得产物置于玻璃板中，干燥，烘干成膜；

(5)将步骤(4)所得膜浸润在丙酮溶液中，并滴加戊二醛进行交联反应，隔水加热取出；冷却至室温并烘干，即得4-甲酰基二苯并18冠6接枝聚乙烯醇微孔膜。

作为一种优选方案，本发明步骤(1)中，所述二苯并18冠6浓度为0.02mol/L；所述乌洛托品浓度为0.08mol/L；所述浓盐酸浓度为10mol/L。

进一步地，本发明步骤(2)中，依次加入1mol/L NaOH溶液50mL和去离子水200mL。

进一步地，本发明步骤(3)中，加入30mL二甲基甲酰胺，加热至90℃至完全溶解。