[发明专利]一种多哌嗪鎓官能化阴离子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种多哌嗪鎓官能化阴离子交换膜，其特征在于，该多哌嗪鎓官能化阴离子交换膜结构如下：

其中：x＝0.01～0.99；n＝0～10的正整数；R为H或哌嗪鎓。

2.一种多哌嗪鎓官能化阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：

(1)多哌嗪鎓官能化4,4'-联苯酚的合成：将4,4'-联苯酚溶解在乙醇中，于冰浴条件下，待反应溶液降至0℃后添加N-烷基哌嗪和甲醛的水溶液；将溶液在10～40℃下搅拌12～48小时；通过旋蒸收集粘稠的固体，并通过旋蒸用二氯甲烷洗涤多次；再利用乙醚进行重结晶，过滤，30℃下真空干燥12小时，得到灰白色粉末；

所述的4,4'-联苯酚：N-烷基哌嗪：甲醛的摩尔比为1：1～4：4～8；

所述的多哌嗪鎓官能化4,4'-联苯酚的结构如式如下：

其中，R为H或哌嗪鎓；

(2)多哌嗪鎓官能化聚合物的合成：在惰性气体保护下，将多哌嗪鎓官能化4,4'-联苯酚、十氟联苯和4,4'-联苯酚溶解于溶剂A中，再加入碳酸钾，在60～90℃下回流除去水，然后保持温度80～90℃恒定反应24～48h；将反应溶液倒入沉淀剂B中，过滤、洗涤、干燥得到多哌嗪鎓官能化聚合物；

所述的多哌嗪鎓官能化4,4'-联苯酚：十氟联苯：4,4'-联苯酚：碳酸钾的摩尔比为0.01～0.99：1：0.99～0.01：1～10；

所述的多哌嗪鎓官能化4,4'-联苯酚、十氟联苯和4,4'-联苯酚的总质量在溶剂A中的w/v为15％～40％，kg/L；

所述的溶剂A为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮；

所述的沉淀剂B为冰水、甲醇或乙醇；

(3)多哌嗪鎓官能化聚合物的季胺化：取步骤(2)得到的多哌嗪鎓官能化聚合物1当量加入到DMAC中，搅拌形成白色乳浊液，再加入4～8当量的碘甲烷，反应温度为30～50℃，反应时间为24～48h；将上述混合溶液缓慢倒入搅拌的溶剂C溶液中，以析出目标产物，用溶剂C洗涤数次，抽滤，并放入恒温干燥箱干燥；

所述的溶剂C为乙酸乙酯、丙酮或乙醚；

(4)多哌嗪鎓官能化阴离子交换膜的制备：取步骤(3)合成的季胺化的多哌嗪鎓官能化聚合物溶于铸膜剂中，成浓度为20g/L-50g/L的铸膜液；铸膜液滴加在铸膜玻璃板上，并在烘箱中充分烘干，制成厚度为30m～70m的多哌嗪鎓官能化阴离子交换膜；并将多哌嗪鎓官能化阴离子交换膜从铸膜玻璃板上轻轻剥离；在室温下，多哌嗪鎓官能化阴离子交换膜浸泡在去离子水中12h以除去杂质；然后，将多哌嗪鎓官能化阴离子交换膜浸泡在碱中12h，使其进行充分的离子交换；再将多哌嗪鎓官能化阴离子交换膜浸泡在去离子水中，除去多余的碱。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的N-烷基哌嗪为N-甲基哌嗪、N-乙基哌嗪、N-丙基哌嗪、N-丁基哌嗪、N-戊基哌嗪、N-己基哌嗪、N-庚基哌嗪、N-辛基哌嗪、N-壬基哌嗪或N-癸基哌嗪。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，浇铸法成膜的烘干温度为50～80℃，时间为24～48小时。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的反应温度为30℃，反应时间为24h。

6.根据权利要求2、3或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的反应温度为85℃。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的反应温度为45℃。