[发明专利]醇溶高离子选择性阴离子交换膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种醇溶高离子选择性阴离子交换膜及其制备方法与应用。该离子交换膜的材料为具有长疏水烷基侧链蝌蚪型聚苯醚离聚物PPO‑DMODA，在离子交换容量为1.38‑2.0 meq/g范围内室温下的离子选择透过性为91%‑97%，面电阻为3.5‑30.6Ω/cm²。本发明的制备方法通过在PPO骨架上引入长的疏水烷基侧链，解决了PPO类型阴离子交换膜较高IEC下阴阳离子选择性低的问题。长疏水烷基侧链蝌蚪型聚苯醚离聚物结构能够有效的抑制膜的吸水溶胀，提高膜的阴阳离子选择透过性和离子传导性，且具有良好的机械性能及性能稳定性，能够满足电渗析、反电渗析过程对阴离子交换膜的综合性能的要求。

技术领域

本发明涉及阴离子交换膜技术领域，特别是涉及一种醇溶高离子选择性阴离子交换膜及其制备方法与应用。

背景技术

随着人口的快速增长和人类工业文明高速发展，环境污染问题、淡水资源紧缺、能源危机等问题日益突出。控制环境污染、解决水资源紧缺和能源危机是当今社会的一项难题。近年来，以离子交换膜为核心的电渗析、反电渗析技术因设备简单、操作方便、效率高、无污染等特点，在清洁生产、环境保护、能量转化等方面的应用受到了人们的重视，对解决当前环境污染、水资源紧缺和能源紧缺等问题提供了新的研究方向。

阴离子交换膜作为电渗析、反电渗析技术的关键组成部分，膜的制备成本和性能是直接影响这些技术发展的制约因素。传统的阴离子交换膜主要是通过对原始聚合物进行氯甲基化或溴化修饰后进行异相季铵化得到，使得膜表面受到侵蚀并且季铵化不均匀，造成膜性能的降低。为了提高阴离子交换膜的性能，减小膜电阻和提高膜的离子选择透过性，Szekely等(Gyorgy Szekely,et al.,J.Mater.Chem.A.,2018,6:24728)报道了在聚苯并咪唑阴离子交换膜中添加修饰后的氧化石墨烯能够极大的提高膜的离子选择透过性(最高可达99％)；Shen等(Jiangnan Shen,et al.,J.Membr.Sci.,2017,542:280)则报道了通过利用联吡啶作为交联剂和季铵化试剂，降低膜的吸水性，提高膜的尺寸稳定性，制备得到的膜具有非常高的离子选择性(97％)。然而，上述方法制备得到的阴离子交换膜难以有效地降低膜的面电阻，且难溶于一般有机有溶剂，难以实现重铸再利用。

在离聚物中引入柔性长疏水烷基侧链是改善碱性阴离子交换膜性能的有效手段，能够促使碱性阴离子交换膜产生明显的亲疏水分相，产生高效的离子运输通道，从而减小膜的电阻，提高膜的氢氧根离子传导率。但是这种方法的应用在提高膜阴阳离子选择性方面的研究还未见报道。

发明内容

为了克服以上现有问题的不足，本发明目的是在离聚物中引入柔性长疏水烷基侧链，改善碱性阴离子交换膜性能，促使碱性阴离子交换膜产生明显的亲疏水分相，产生高效的离子运输通道，从而减小膜的电阻，提高膜的氢氧根离子传导率。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

本发明提供了一种醇溶高离子选择性阴离子交换膜，所述阴离子交换膜的材料为具有长疏水烷基侧链蝌蚪型聚苯醚离聚物PPO-DMODA，长疏水烷基侧链蝌蚪型聚苯醚离聚物具有以下结构式：

其中x＝0.3-0.7。

优选地，在离子交换容量为1.38-2.0meq/g范围内室温下的离子选择透过性为91％-97％，面电阻为3.5-30.6Ω/cm²，拉伸强度为3.1-22MPa，吸水率为6.2-18.5％，溶胀率为1.9-6.8％。

本发明还提供了一种制备所述醇溶高离子选择性阴离子交换膜的方法，包括如下步骤：

(1)长疏水烷基侧链蝌蚪型聚苯醚离聚物PPO-DMODA的制备：