[发明专利]一种含烷基长侧链的磺化聚芳醚酮砜与金属有机框架共混的质子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种含烷基长侧链的磺化聚芳醚酮砜与金属有机框架共混的质子交换膜及其制备方法，其特征在于，该复合型质子交换膜由含羧基的磺化聚芳醚酮砜、烷基长侧链及金属有机框架Im-MOF-801组成，其中，为了探讨本发明中复合质子交换膜的最优配置，将金属有机框架的重量百分比设定为 0%、0.5%、1%、2%、3%。

2.根据权利要求1所述的一种含烷基长侧链的磺化聚芳醚酮砜与金属有机框架共混的质子交换膜，其特征在于，主链是含羧基与双键的磺化聚芳醚酮砜，其制备方法如下：在氮气保护下，将a mol 含羧基的双酚单体，b mol 的双酚单体，c mol 的4,4’-二氟二苯酮，dmol的4,4’-磺化二氯二苯砜加入三口烧瓶中混合均匀，之后加入成盐剂、带水剂和溶剂到上述三口烧瓶中，在110~140℃带水回流4~6小时后放掉带水剂，将温度升至175℃，反应5.5小时后得到含羧基与双键的磺化聚芳醚酮砜，其中，a+b=c+d。

3.根据权利要求2所述的一种含烷基长侧链的磺化聚芳醚酮砜与金属有机框架共混的质子交换膜，其特征在于，所述的含羧基的双酚单体为4-羧基苯基对苯二酚；双酚单体为双酚A、双酚S、六氟双酚A、酚酞、四甲基联苯二酚或叔丁基对苯二酚中的一种；成盐剂为无水碳酸钾；带水剂为甲苯；溶剂为环丁砜。

4.根据权利要求1所述的一种含烷基长侧链的磺化聚芳醚酮砜与金属有机框架共混的质子交换膜，其特征在于，所述的金属有机框架Im-MOF-801，其制备方法如下：步骤一：称取1 mmol氯氧化锆，1 mmol 富马酸，加入DMF 4 ml ，甲酸0.7 ml ，之后再加入1 mmol咪唑，将得到的混合溶液转移到反应器中，在130℃下反应6小时，后自然冷却；步骤二：离心反应器中的混合溶液，分离得到白色固体，用DMF和甲醇分别洗涤三次，以除去产物中残留下来的杂质，在真空烘箱中60℃下干燥12小时，得到白色晶体。

5.根据权利要求1所述的一种含烷基长侧链的磺化聚芳醚酮砜与金属有机框架共混的质子交换膜的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：将含有羧基与双键的磺化聚芳醚酮砜配置为铸膜液基质；步骤二：添加Im-MOF-801于步骤一中的铸膜液，均匀共混；步骤三：引入含有磺酸基团的长侧链于步骤二中的溶液，完成铸膜液的配制；步骤四：将步骤三中获得铸膜液用流延法得到所需的复合型质子交换膜。

6.根据权利要求5所述的一种含烷基长侧链的磺化聚芳醚酮砜与金属有机框架共混的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中铸膜液基质的配制方法为：将含有羧基与双键的磺化聚芳醚酮砜加入到溶剂中，含有羧基与双键的磺化聚芳醚酮砜溶液的质量体积浓度为0.03 g/ml，按比例配制好的铸膜液基质于室温下搅拌24小时。

7.其特征在于所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜中的一种。

8.根据权利要求5所述的一种含烷基长侧链的磺化聚芳醚酮砜与金属有机框架共混的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中铸膜液的制备方法为：将Im-MOF-801加入到步骤一中所得的铸膜液中，先超声分散4小时，之后继续室温搅拌48小时，使其充分混合均匀，为了获得最佳方案，金属有机框架的重量百分比为0%、0.5%、1%、2%、3% 。

9.根据权利要求5所述的一种含烷基长侧链的磺化聚芳醚酮砜与金属有机框架共混的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤三具体为：将需要加入的长侧链2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸（AMPS）加入到均匀混合好的铸膜液中，即步骤二所得到的混合铸膜液，根据主链双键与侧链双键比例，加入适量的侧链AMPS，之后先室温搅拌8小时，后加入引发剂过氧化苯甲酰（BPO）继续搅拌2小时，得到所制备的质子交换膜的铸膜液。

10.根据权利要求5所述的一种含烷基长侧链的磺化聚芳醚酮砜与金属有机框架共混的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤四具体为：将步骤三中所获得的铸膜液利用流延法将其延流于干净的玻璃板上，于80℃的烘箱中铺膜，干燥48～36小时之后，脱膜，之后酸处理24小时，再用去离子水清洗处理，得到含有烷基长侧链的磺化聚芳醚酮砜的复合型质子交换膜。