[发明专利]一种复合碱性聚电解质膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）利用铝镁水滑石对纳米二氧化硅进行表面处理，得到水滑石包覆的纳米二氧化硅；

（2）将水滑石包覆的纳米二氧化硅的分散液与硅烷偶联剂进行反应，得到硅烷偶联剂接枝的水滑石包覆纳米二氧化硅；

（3）将硅烷偶联剂接枝的水滑石包覆纳米二氧化硅的分散液、季铵化壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液在交联剂的存在下混合得到铸膜液，所述交联剂为戊二醛；

（4）铸膜液经溶液浇铸、干燥、冷却、揭膜和离子交换得复合碱性聚电解质膜。

2.如权利要求1所述的一种复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的表面处理包括将纳米二氧化硅的分散液与含Mg²⁺、Al³⁺混合水溶液进行搅拌反应， 同时滴加NaOH水溶液保持混合溶液的pH在9~11；对搅拌反应后得到的混合产物进行离心沉淀，再洗涤、干燥；

所述纳米二氧化硅的分散液是先将所述纳米二氧化硅在去离子水中超声分散0.5~3h，然后加入碳酸钠继续超声分散0.5~1 h；其中纳米二氧化硅浓度为5 mg/mL~25 mg/mL，碳酸钠浓度为0.024~0.120 mol/L；所述纳米二氧化硅粒径为100 nm~500 nm，超声分散在室温下进行1~4 h。

3.如权利要求2所述的一种复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于， Al³⁺的摩尔浓度为0.015~0.037 mol/L，Mg²⁺和Al³⁺的摩尔比为1~4；NaOH水溶液的浓度为1~4 mol/L。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中的反应包括将水滑石包覆的纳米二氧化硅经超声分散在乙醇溶液，然后加入硅烷偶联剂室温搅拌12~24 h，反应产物水洗，干燥；乙醇溶液用去离子水配置，其中乙醇与去离子水体积比为1~4：1；水滑石包覆的纳米二氧化硅的质量与硅烷偶联剂的比例为100 mg/mL~1000 mg/mL。

5.如权利要求1-3任一项所述的一种复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为3-[三甲氧基硅基]丙基二甲基十八烷基氯化铵、3-三乙氧基硅基丙基三甲基氯化铵、四乙酸二甲基(3-三甲氧基硅基丙基)铵、N,N-二癸基-N-甲基-N-(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵中的任意一种。

6.如权利要求1-3任一项所述的一种复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中的混合包括将硅烷偶联剂接枝的水滑石包覆纳米二氧化硅超声分散在无水乙醇中，然后将季铵化壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液的混合液加入上述分散液中搅拌1~4 h，然后再加入交联剂室温下继续搅拌1~4 h进行化学交联，最后超声振荡0.5~1 h得到铸膜液。

7.如权利要求6所述的一种复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，所述季铵化壳聚糖的季铵化取代度为20~50%，季铵化壳聚糖溶液由季铵化壳聚糖溶解0.5 vt%的醋酸溶液中得到，季铵化壳聚糖溶液的浓度为1wt%~4wt%，聚乙烯醇溶液的浓度为1wt%~5wt%，季铵化壳聚糖与聚乙烯醇的质量比例为18~3:2。

8.如权利要求7所述的一种复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂接枝的水滑石包覆纳米二氧化硅的质量与无水乙醇的体积比例为1 mg/mL~5 mg/mL；硅烷偶联剂接枝的水滑石包覆纳米二氧化硅与季铵化壳聚糖+聚乙烯醇的质量比为1~30:100；季铵化壳聚糖+聚乙烯醇与交联剂的质量比为100:1 ~10。

9.一种复合碱性聚电解质膜，其特征在于：由权利要求1~8任一项所述的一种复合碱性聚电解质膜的制备方法制备得到。

10.如权利要求9所述的复合碱性聚电解质膜在制备碱性聚电解质燃料电池中的应用。