[发明专利]一种具有有序离子传导结构的离子交换膜的制备方法

权利要求书

1.一种具有有序离子传导结构的离子交换膜的制备方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：

(1)合成含有金属配位结构的聚合物A；

(2)将聚合物A单独，或聚合物A与聚合物B，或聚合物A与填料，或聚合物A与聚合物B及填料溶解在溶剂中，配成总浓度为10～500g/L的制膜液，充分溶解后静置脱泡；

(3)在压力1atm，磁场强度1～50T或电场强度1～100kV/cm的条件下，通过溶剂蒸发法、旋涂法、浸涂法、卷对卷丝网印刷法或喷墨打印法成膜；

(4)成膜过程结束后，对膜进行离子化处理，即可得到具有有序离子传导结构的离子交换膜；

步骤(1)中所述聚合物A中的聚合物基体为聚酰亚胺、聚酰胺、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚苯并咪唑、聚苯醚、聚乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯基吡啶或聚乙烯基环己烷中的一种或几种；

步骤(1)中所述的金属配位结构为五氰基吡啶铁、二茂铁、氧化二茂铁、二茂钴、氧化二茂钴、二茂镍或氧化二茂镍中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种具有有序离子传导结构的离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的聚合物A中含金属配位结构的链段比例为10％～100％。

3.根据权利要求1所述的一种具有有序离子传导结构的离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的聚合物B为聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚乙烯基吡啶、聚丙烯、聚丙烯腈、聚磷腈、聚偏氟乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种具有有序离子传导结构的离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的填料为磷钨酸、磷钼酸、镁铝层状双氢氧化物、碳纳米管、埃洛石、累托石、蒙脱土、二氧化硅、氧化石墨烯、氮化硼或碳化氮中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种具有有序离子传导结构的离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氮甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、间甲酚、氯萘、四氢呋喃或二甲苯中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种具有有序离子传导结构的离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述聚合物A与所述聚合物B溶解在所述溶剂中时，所述聚合物A与所述聚合物B的质量份之比为(10～90)：(10～90)；所述聚合物A与所述填料溶解在所述溶剂中时，所述聚合物A与所述填料的质量份之比为(50～99)：(1～50)；所述聚合物A与所述聚合物B及所述填料溶解在所述溶剂中时，所述聚合物A、所述聚合物B、所述填料的质量份之比为(5～90)：(5～90)：(1～50)。

7.根据权利要求1所述的一种具有有序离子传导结构的离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的溶剂蒸发法为将制膜液倒入培养皿，在20～100℃下挥发溶剂12～48h成膜；

步骤(3)中所述的旋涂法为将制膜液滴在水平转盘上，在室温以1～1000r/s的转速旋转1～100s成膜；

步骤(3)中所述的浸涂法为将制膜液浸入多孔膜中，在20～100℃下挥发溶剂12～48h成膜；

步骤(3)中所述的卷对卷丝网印刷法为将制膜液注入0.01～0.1mm线宽及线距的柔性丝网衬底，在室温以0.1-500m/min的水平运行速度进行连续卷对卷加工成膜；

步骤(3)中所述的喷墨打印法为将质量份之比为(10～90)：(10～90)的制膜液与紫外固化型发泡油墨的混合液装入喷墨装置，在室温经喷嘴将混合液喷至基板，再经1～10min紫外固化成膜。

8.根据权利要求1所述的一种具有有序离子传导结构的离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的离子化处理为直接离子置换或氧化后进行离子置换。