[发明专利]一种刚性扭曲微孔聚合物-磺化聚醚砜多孔复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及多孔功能材料技术领域，提供了一种刚性扭曲微孔聚合物‑磺化聚醚砜多孔复合膜及其制备方法和应用。本发明提供的刚性扭曲微孔聚合物具有刚性结构且含有扭曲基元，结构稳定，成膜性好，使用强氧化性酸酸化后具有良好的离子选择性。将磺化聚醚砜膜和酸化刚性扭曲微孔聚合物膜复合，能够形成具有孔径差异的非对称结构多孔复合膜；复合膜具有较高的孔隙率，离子通量高，离子选择性好，能够形成典型的离子整流效应，实现高输出功率和稳定的盐差发电。另外，本发明通过界面溶剂挥发的方式将酸化刚性扭曲微孔聚合物膜和磺化聚醚砜膜进行复合，步骤简单，所形成的异质复合膜可以加速离子的传递，异质相同电荷离子进入膜内，从而减少膜的内耗。

技术领域

本发明涉及多孔功能材料制备技术领域，特别涉及一种刚性扭曲微孔聚合物-磺化聚醚砜多孔复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

自然能源是社会发展的重要物质基础，合理构建和利用可再生能源，是实现可持续发展的首要条件。

海水是当前生态环境中容量较多的自然能源，盐差发电是当前利用海水资源的高效手段之一，盐差是利用海水与淡水两种资源的浓度差，使得两者之间形成化学电位差。盐差发电主要的工作原理是将反向电渗差转化为电能。在盐差发电的过程中，最为关键的因素是离子选择性膜。

离子选择性膜自身的关键因素是膜的离子选择性和膜通量。当前的离子选择性膜大多为树脂膜，树脂膜具有经济性较高、通量较大、循环利用效果好以及工作寿命较长的优势，但是树脂膜的离子选择性较差，限制了其在离子交换中的应用。

刚性扭曲微孔聚合物具有独特的结构，一直被科研工作人员所关注。由于分子内存在各种刚性、扭曲的基元结构而导致聚合物在形成密集的时候不能有效的堆叠，从而产生大量为微孔(大部分孔道在2纳米以下)，通常用作气体分离最优质的通道。刚性扭曲微孔聚合物所形成的膜是通过聚合稳定连接的刚性骨架形成的膜，聚合物自身的刚性扭曲结构与固定改性的离子基团交换位点，可以轻松的实现高效的离子传递。

目前，有报道采用共价有机框架/氧化石墨烯的复合膜作为盐差发电器件中的离子选择性膜，具体是通过真空抽滤，将氧化石墨烯纳米片堆积成致密的氧化石墨烯薄膜，再将制备好的共价有机框架晶体材料在溶剂超声处理的条件下形成纳米片，之后将纳米片沉积在氧化石墨烯薄膜上，形成复合的离子选择性膜。还有报道将刚性扭曲微孔聚合物膜与共价有机框架/金属有机框架进行混合，形成混合基质膜。上述复合膜材料的下层薄膜孔道或层间容易造成一定程度上的堵塞，从而降低离子通量，影响复合膜的离子选择性。

发明内容

本发明目的在于提供一种刚性扭曲微孔聚合物-磺化聚醚砜多孔复合膜及其制备方法和应用。本发明提供的刚性扭曲微孔聚合物结构稳定，成膜性好，酸化后具有良好的离子选择性，酸化刚性微孔聚合物膜与磺化聚醚砜膜复合能够得到非对称结构的离子选择性多孔复合膜，该复合膜离子选择性好，膜通量高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种刚性扭曲微孔聚合物，结构通式如式I所示：

式I中：n表示聚合度，A为A-1～A-5所示结构中的任意一种：

A-2中，R₁、R₂、R₃和R₄独立地为H、Br、甲基或CN；

A-4中，R₅、R₆、R₇和R₈独立地为H或甲基；

B为B-1～B-5所示结构中的任意一种：

本发明提供了上述方案所述刚性扭曲微孔聚合物的制备方法，包括以下步骤：