[发明专利]一种叔胺基两性离子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种叔胺基两性离子交换膜的制备方法，其特征在于，合成路线如下：

具体步骤如下：

(1)在冰水浴条件下，将聚醚醚酮溶于浓硫酸中，进行剧烈搅拌；当聚合物完全溶解后，反应温度提高到40℃-80℃，反应一段时间；待反应完成后，将反应液倒入搅拌状态的冰水中，析出沉淀即为磺化聚醚醚酮聚合物；该产物用去离子水反复清洗，直到pH值达到中性，然后在真空环境下完全干燥；

(2)在搅拌状态下，将PPO溶于二氯甲烷中制成PPO溶液；在氮气保护下，向二氯甲烷中加入无水三氯化铝并剧烈搅拌，在冰水浴条件下，缓慢加入一定比例4-氟苯甲酰氯，得到混合溶液；随后在混合溶液中加入PPO溶液，在50℃-80℃下反应8h以上；反应完成后，将反应液倒入大量乙醇中，析出沉淀即为酰基化PPO聚合物；用水和乙醇将聚合物反复洗涤，真空烘干；

(3)取步骤(2)合成的酰基化PPO聚合物溶于二甲基乙酰胺(DMAC)中，然后加入一定比例的2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚和过量的碳酸铯，在80℃-120℃下反应8h以上；在反应过程中，氮气在溶液中鼓泡，以利于水的去除；反应结束后，将反应液倒入大量甲醇中，析出得最终的叔胺功能化PPO；然后用水和甲醇彻底清洗产物，进行真空干燥；

(4)分别取不同比例的步骤(1)合成的SPEEK和步骤(2)合成的PPO-TA溶于铸膜剂中，成浓度为20g/L-50g/L的铸膜液；将铸膜液滴加入铸膜玻璃板上，并在烘箱中充分烘干，制成厚度为30μm-70μm的叔胺基两性离子交换膜；加入少量的水于叔胺基两性离子交换膜，并将其从铸膜玻璃板上轻轻剥离；在室温下，将所制备叔胺基两性离子交换膜浸泡在去离子水中12h以除去杂质；然后，将其浸泡在酸中12h，使其进行充分的离子交换；之后再将其浸泡在去离子水中，除去多余的酸。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的铸膜剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N甲基吡咯烷酮其中一种或两种以上的混合溶剂，烘膜温度为40℃-70℃，烘膜时间为15h-36h。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)和(3)中合成的酰基化PPO和叔胺功能化PPO的取代度依据所加入的4-氟苯甲酰氯和2，4，6-三(二甲氨基甲基)苯酚与PPO的比例而定，最高达100％。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中依据SPEEK和PPO-TA比例不同制成不同共混比的两性离子交换膜SPEEK/PPO-TA(X％)，X为膜中PPO-TA所占质量比，最高为100％。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中依据SPEEK和PPO-TA比例不同制成不同共混比的两性离子交换膜SPEEK/PPO-TA(X％)，X为膜中PPO-TA所占质量比，最高为100％。

6.一种采用权利要求1-5任一所述的制备方法制备的叔胺基两性离子交换膜，其特征在于，所述的叔胺基两性离子交换膜为叔胺化聚苯醚和磺化聚醚醚酮聚合物，其结构为：

叔胺基两性离子交换膜中所含的叔胺基团具有接受质子的能力，作为质子受体；质子受体与作为质子供体的磺酸基团形成“酸碱对”结构，“酸碱对”结构由氢键连接，具有有效的阻钒和促进质子传导的能力。