[发明专利]一种聚酮基阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚酮树脂基阴离子交换膜及其制备方法，属于功能膜材料领域。本发明提供一种聚酮基阴离子交换膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：1)将聚酮树脂溶解在有机溶剂中形成聚酮溶液；2)聚酮溶液和二元胺在催化剂的作用下通过Paal‑Knorr反应得到前驱体溶液，然后除去催化剂得铸膜液；即在聚酮溶液中加入催化剂和二元胺，于20～40℃下搅拌反应10～15小时，所述催化剂为三乙胺或硝酸铋；3)铸膜液浇铸形成聚酮基膜；4)将聚酮基膜通过季铵化处理得到聚酮基阴离子交换膜。本发明所制得的阴离子交换膜具有较高的电导率；此外还可以通过控制二元胺的使用量对得到阴离子交换膜的性能进行控制。

技术领域

本发明涉及一种聚酮树脂基阴离子交换膜及其制备方法，属于功能膜材料领域。

背景技术

阴离子交换膜(AEM)是一类含有碱性活性基团，对阴离子具有选择透过性的高分子聚合物膜。常用的聚合物主链有聚醚砜、聚醚酮和聚苯醚等。其常用的阳离子功能基团包括季胺基团，咪唑，胍基，吡啶，季磷和叔硫。其中季胺基团由于其制备过程简便，可选择的反应物较广，因而被广泛的应用于阴离子交换膜的制备。阴离子交换膜在许多领域有着广泛的应用，它是分离装置、提纯装置和电化学组件中的重要组成部分，在氯碱工业、水处理工业、重金属回收、湿法冶金以及电化学工业等领域都起到举足轻重的作用。近年来，随着能源新型材料的不断发展，阴离子交换膜作为电池隔膜在液流储能电池、碱性阴离子交换膜燃料电池、新型超级电容器等方面的应用也得到了广泛的研究与关注。

聚酮(Polyketone)是一种由乙烯，丙烯和一氧化碳在钯催化剂作用下共聚得到的一种新型绿色聚合物材料。因其具有良好的耐化学性、耐摩擦性以及低吸水率等优点，在电子电器、汽车部件及纺织品领域都具有很大的应用潜力。公开号为KR101673928B1的专利申请公开了一种通过γ射线辐照接枝制备聚酮基阳离子交换膜的方法；其制备的阳离子交换膜具有理想的电导率。

但是，现有技术中尚未有二元胺与聚酮树脂使用Paal-Knorr反应制备高性能的阴离子交换膜的相关报道。

发明内容

本发明旨在提供一种聚酮基阴离子交换膜的制备方法，利用该方法制得的阴离子交换膜具有较高的电导率，同时还具有较好的尺寸稳定性和热稳定性；此外还可以通过控制二元胺的使用量对得到阴离子交换膜的性能进行控制。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种聚酮基阴离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将聚酮树脂溶解在有机溶剂中形成聚酮溶液；其中，所述有机溶剂为二氯甲烷、六氟异丙醇、三氟乙酸或间甲酚中的至少一种；

2)聚酮溶液和二元胺在催化剂的作用下通过Paal-Knorr反应得到前驱体溶液，然后除去催化剂得铸膜液；其中，所述Paal-Knorr反应过程为：在聚酮溶液中加入催化剂和二元胺，于20～40℃(优选为30℃)下搅拌反应10～15小时(优选为3小时)1，其中，所述催化剂为三乙胺或硝酸铋；

3)铸膜液浇铸形成聚酮基膜；

4)将聚酮基膜通过季铵化处理得到聚酮基阴离子交换膜。

优选的，步骤1)中，所述有机溶剂为六氟异丙醇和二氯甲烷的混合溶剂，六氟异丙醇：二氯甲烷质量比为1：0.42～1：4；优选的，质量比为1：2.33。

进一步，步骤2)中，所述二元胺为1,2-丙二胺、1,4-戊二胺或1-(3-氨基丙基)咪唑。优选为1,2-丙二胺。

优选的，步骤2)中，所述催化剂为硝酸铋，所述催化剂的添加量为聚酮树脂中参与反应的1,4-二羰基的1mmol％～5mmol％；优选的，催化剂的添加量为聚酮树脂中参与反应的1,4-二羰基的2.5mmol％。