[发明专利]一种单环铵离子聚苯并咪唑及阴离子交换膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种单环铵离子聚苯并咪唑，其特征在于，具有以下通式(Ⅰ)结构：

其中，n＝0～0.8；0＜m≤12的正数，

Z是Cl^-,Br^-,或OH^-离子，

A为单键、亚甲基-CH₂-，

X取以下脂肪族结构：其中2≤n’≤18，

Y具有以下结构：

G是杂环铵,结构如下：

2.如权利要求1所述单环铵离子聚苯并咪唑的制备方法，特征在于，包含以下步骤：

步骤1，聚苯并咪唑的合成

所述聚苯并咪唑是由四胺单体(Ⅱ)和二酸单体(Ⅲ)通过溶液缩聚反应合成；

所述四胺单体(Ⅱ)的结构如下：

其中，A为单键、亚甲基-CH₂-，醚键-O-或羰基-CO-,

所述二酸单体(Ⅲ)的结构如下：

HOOC-X-COOH和HOOC-Y-COOH

其中，X取以下脂肪族结构：其中2≤n’≤18，

Y具有以下结构：

在带搅拌的反应器中加入多聚磷酸，在N₂保护下，加入四胺单体(Ⅱ)和二酸单体(Ⅲ)HOOC-X-COOH和HOOC-Y-COOH，所述二酸单体HOOC-X-COOH和HOOC-Y-COOH的总摩尔数等于四胺单体Ⅱ的摩尔数，搅拌溶解，使单体Ⅱ和Ⅲ的总质量浓度为1～20wt％；升温到90～140℃搅拌反应0.5～10h，然后升温到140～160℃搅拌反应0.5～10h，升温到160～190℃反应8～30h；聚合反应结束，将产物倒入大量去离子水中，加入过量NaHCO₃，搅拌过夜；过滤，用去离子水洗聚合物直至中性；产物干燥，得到聚苯并咪唑；

步骤2，卤代杂环铵盐(Ⅳ)的合成

将一定量杂环胺G加入到含二卤烷烃P-(CH₂)_w-P的溶剂1中，升温到30～90℃搅拌反应6～72h；反应结束，过滤，得到卤代杂环铵盐(Ⅳ)；其中，P选自Cl或Br原子，0＜w≤12的整数；

步骤3，单环铵离子聚苯并咪唑(Ⅰ)的合成

将一定量步骤1合成的聚苯并咪唑在溶剂2中加热溶解得到0.5～10wt％溶液，加入Ⅳ和碱性化合物1，30～150℃反应8～100h；反应结束，倒入沉淀剂1，过滤，滤饼用去离子水洗3次，产物干燥，单环铵离子聚苯并咪唑(Ⅰ)。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂1是甲苯、甲醇、乙醇、二氯甲烷、四氢呋喃、乙腈、丙酮、乙酸乙酯、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种的混合物；

所述溶剂2是甲苯、二氯甲烷、甲醇、乙醇、四氢呋喃、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求2所述的制备方法，特征在于，步骤2中杂环胺G与二卤烷烃P-(CH₂)_w-P的摩尔比是0.05～1:1,2≤w≤6；步骤3中Ⅳ与聚苯并咪唑的摩尔比是0.5～10:1，聚苯并咪唑与碱性化合物2的摩尔比是0.1～1:1。

5.根据权利要求2所述的制备方法，特征在于，所述沉淀剂1是甲醇、乙醇、乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、四氢呋喃、丙酮和水中的一种或几种的混合物；

所述碱性化合物选自碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯，氢化钠、氢化锂中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的聚苯并咪唑或权利要求2所述的制备方法，其特征在于，聚苯并咪唑的粘均分子量为10,000～450,000g/mol，聚合度n为20～1200；

m为3≤m≤6的正数；Z选自OH^-离子；A为单键或亚甲基-CH₂-；X结构中2≤n’≤8；Y选自(a),(c),(e)和(f)；、G选自(Ga),(Gd),(Ge)和(Gf)。