[发明专利]一种聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜在电催化还原CO2

权利要求书

1.一种聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜在电催化还原CO₂中的应用，其特征在于，所述聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜的结构式为：

其中，所述聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取1mmol聚苯并咪唑置于三颈烧瓶中，加入40mL二甲基亚砜，于80℃油浴中搅拌至完全溶解；随后，加入2.0mmol 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，于80℃条件下持续搅拌反应24h，得到棕色粘稠溶液，倒入200mL丙酮中沉析，经抽滤、去离子水洗涤5次后，在室温条件下真空干燥48h，得到前驱体；

步骤二、称取一定的前驱体溶于二甲基亚砜中，制得质量比为10wt％的棕色粘稠液，再将粘稠液倾倒于干燥且洁净的玻璃板上流延成膜，随后在120℃温度梯度条件下干燥24h，得到新型聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜；

步骤三、将制备完成的新型聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜于乙醇中浸泡24h，用去离子水洗净、干燥；

步骤四、将新型聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜于1mol L^-1的KOH溶液中浸泡24h，实现氯离子和氢氧根的交换；最后用去离子水洗净、干燥；

步骤五、将步骤四得到的新型聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜置于低温等离子体处理仪的处理腔中，将处理腔内的体系气压抽至3Pa后以30L/min的速度通入氨气进行冲洗，冲洗后再次向处理腔通入氨气，使处理腔腔体内的压力恒定为30Pa，打开所述低温等离子体处理仪的射频电源，并调节所述射频电源的放电功率，对处理腔中的新型聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜表面进行氨气等离子体处理，处理时间为3min，放电功率为100W。

2.如权利要求1所述的聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜在电催化还原CO₂中的应用，其特征在于，所述聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜作为电催化还原CO₂中H型电解池的隔膜。

3.如权利要求2所述的聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜在电催化还原CO₂中的应用，其特征在于，在H型电解池中加入电解液，并以50～70mL min^-1的流速向电解液中通入CO₂，以排出电解液中的氧气，使电解液达到CO₂饱和状态；以表面形成微孔结构的银箔作为工作电极，以Ag/AgCl为参比电极，铂片为对电极；以15～25mL min^-1的速度向电解液中持续通入CO₂，然后施加电压促使CO₂在工作电极表面发生还原反应。

4.如权利要求3所述的聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜在电催化还原CO₂中的应用，其特征在于，将银箔表面形成微孔结构的过程为：使用厚度为0.5mm银箔作为阴极催化材料，使用CHI660E型电化学工作站恒电压电解功能，在2.6V的条件下，对银箔表面进行3min的氧化，再于-2.6V的条件下还原3min，使银箔表面形成微孔结构。

5.如权利要求3所述的聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜在电催化还原CO₂中的应用，其特征在于，将银箔表面形成微孔结构后采用玻碳电极夹进行夹持形成工作电极。

6.如权利要求3所述的聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜在电催化还原CO₂中的应用，其特征在于，所述电解液为浓度为0.1mol L^-1的KHCO₃溶液。

7.如权利要求1所述的聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜在电催化还原CO₂中的应用，其特征在于，所述聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜的厚度为10～50μm。

8.如权利要求2所述的聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜在电催化还原CO₂中的应用，其特征在于，所述聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜采用去离子水浸湿后，夹在橡胶垫片之间，安装于H型电解池中间作为隔膜。