[发明专利]一种叔胺基两性离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明属于膜技术领域，提供了一种叔胺基两性离子交换膜及其制备方法。膜材料中同时具有叔胺基团和磺酸基团。本发明的效果和益处是采用不带电的叔胺基团作为碱性基团与磺酸基团制备两性离子交换膜，叔胺基团可与磺酸基团形成“酸碱对”效应，从而有效提高膜的阻钒性能，并促进质子的传导，使膜同时具有较高的离子电导率和离子选择性，同时引入叔胺基团大大提高了膜的稳定性。

技术领域

本发明属于膜技术领域，涉及到一种两性离子交换膜及其制备方法，特别涉及到一种叔胺基两性离子交换膜的制备方法。

背景技术

随着环境污染和能源危机的加剧，太阳能、风能等可再生新能源的开发利用越来越受到人们的重视。为了提高这些可再生能源的经济性和稳定性，人们迫切需要一种高效率、高可靠性的大规模储能技术。全钒液流电池(VRBs)因其具有的使用寿命长，可深度充放电，响应速度快，设计灵活、无污染等特点而成为新能源产业研究的焦点。

离子交换膜作为电池的关键部件，在VRBs中起着重要的作用。它既要隔开阴阳两极，防止钒离子交叉渗透又要提供连接的离子通道以形成电池回路，对VRBs的性能有着重要的影响。理想的VRBs离子交换膜要求离子导电性高，离子选择性高，化学稳定性好，成本低等特点。

最常用的离子交换膜是质子离子交换膜(PEM)，PEM虽然具有较高的质子传导率，但是其钒离子渗透率较大。相对应的阴离子交换膜(AEM)因具有带正电的基团可以排斥钒离子，具有较好的阻钒性，但是其面电阻较大。近来，两性离子交换膜受到了广泛研究。其既具有正电基团又具有负电基团，可以很好地结合两种离子交换膜的优点，同时具有较高的离子电导率和离子选择性。

目前，两性离子交换膜多用季胺等带有正电荷的离子交换基团作为碱性基团，采用不带电的叔胺等基团的还比较少，叔胺在酸性环境下可以质子化，从而带上正电荷，起到阻钒的作用，并且可以通过氢键和磺酸根形成“酸碱对”效应，促进质子传导，并有效改善膜的化学稳定性。

发明内容

本发明旨在改善全钒液流电池用离子交换膜的离子传导率,离子选择性以及化学稳定性，提供了一种同时含有磺酸基团和叔胺基团的两性离子交换膜及其制备方法；通过酰基化和叔胺功能化反应将叔胺引入到聚苯醚聚合物中制备叔胺化聚苯醚(PPO-TA)，又将所制PPO-TA与磺化聚醚醚酮(SPEEK)采用直接共混法，制备了一种同时具有较高的离子选择性，离子电导率以及稳定性的新型两性离子交换膜。

本发明的技术方案：

一种叔胺基两性离子交换膜，为叔胺化聚苯醚(PPO-TA)和磺化聚醚醚酮(SPEEK)聚合物，其结构为：

SPEEK

PPO-TA

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。

一种叔胺基两性离子交换膜的制备方法，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(PEEK)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(SPEEK)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；