[发明专利]一种基于氰基结构侧链磺化聚芳醚离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明属于阳离子交换膜技术领域，提供了一种基于氰基结构侧链磺化聚芳醚离子交换膜及其制备方法。首先用五氟苯甲腈与4‑羟基苯磺酸钠合成4‑苯氧基‑4‑磺酸基‑2，3，5，6‑四氟苄腈，然后与双酚聚合得到基于氰基结构侧链磺化聚芳醚，并制膜。本发明的有益效果：氰基可以使聚合物主链更加稳定，支链型磺酸基团可以形成良好的微相分离。该基于氰基结构侧链磺化聚芳醚离子交换膜具有较高的质子传导率，较低的钒离子渗透率和较好的化学稳定性，在全钒液流电池中具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于阳离子交换膜技术领域，涉及到一种基于氰基结构侧链磺化聚芳醚离子交换膜及其制备方法。

背景技术

随着对使用可再生能源的需求不断增长，大规模储能技术因其吸引人的特性而受到越来越多的关注。钒液流电池(VFB)是最有前途的大型储能技术之一，它具有安全性高，循环寿命长，功率和容量可分别调节，效率高和对环境友好等特点。对于VFB单电池，其主要组件由电极，电解质和膜组成。其中，膜是最重要的成分之一，它阻碍钒离子在阳极电解液和阴极电解液中传输，同时传输质子以形成内部回路。全氟化膜(如Nafion)是VFB应用中最常用的商业膜，尽管它具有高电导率，但仍受到高成本、低选择性和化学稳定性的限制。因此，迫切需要开发具有高电导率，高选择性，高稳定性以及低成本的商用VFB 应用的高性能膜。

发明内容

本发明提供了一种基于氰基结构侧链磺化聚芳醚离子交换膜及其制备方法。首先用五氟苯甲腈与4-羟基苯磺酸钠合成4-苯氧基-4-磺酸基-2，3，5，6- 四氟苄腈，然后与双酚聚合得到基于氰基结构侧链磺化聚芳醚，并制膜。本发明的有益效果：氰基可以使聚合物主链更加稳定，支链型磺酸基团可以形成良好的微相分离。该基于氰基结构侧链磺化聚芳醚离子交换膜具有较高的质子传导率，较低的钒离子渗透率和较好的化学稳定性，在全钒液流电池中具有较好的应用前景。

本发明的技术方案：

一种基于氰基结构侧链磺化聚芳醚离子交换膜，基于氰基结构侧链磺化聚芳醚的结构如下：

其中：n为正整数；

Ar为双酚，为4，4-二羟基联苯、双酚A、双酚AF或对苯二酚。

一种基于氰基结构侧链磺化聚芳醚离子交换膜的制备方法，步骤如下：

(1)4-苯氧基-4-磺酸基-2，3，5，6-四氟苄腈的合成：在惰性气体保护下，将五氟苯甲腈、4-羟基苯磺酸钠和碳酸钾溶解于溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，在 0℃保持温度恒定反应24h；将反应溶液离心、萃取、旋蒸、干燥得到4-苯氧基-4-磺酸基-2，3，5，6-四氟苄腈；

所述的4-苯氧基-4-磺酸基-2，3，5，6-四氟苄腈结构式如下：

所述的五氟苯甲腈：4-羟基苯磺酸钠：碳酸钾的摩尔比为1.2：1：1.5；

所述的五氟苯甲腈、4-羟基苯磺酸钠和碳酸钾在溶剂N,N-二甲基甲酰胺中的w/v为10.9％～13.4％；

(2)基于氰基结构侧链磺化聚芳醚的合成：在惰性气体保护下，将4-苯氧基-4-磺酸基-2，3，5，6-四氟苄腈、双酚和碳酸钾溶解于溶剂二甲基亚砜中，在 30℃保持温度恒定反应40h；将反应溶液倒入沉淀剂A中，过滤、洗涤、干燥得到基于氰基结构侧链磺化聚芳醚；

所述的双酚为4，4-二羟基联苯、双酚A、双酚AF或对苯二酚；

所述的4-苯氧基-4-磺酸基-2，3，5，6-四氟苄腈：4，4-二羟基联苯：碳酸钾的摩尔比为1.：1：1.5；

所述的五氟苯甲腈、4-羟基苯磺酸钠和碳酸钾在溶剂A中的w/v为 10.9％～13.4％

所述的沉淀剂A为乙醇、水中的一种；