[发明专利]一种主链碳氟-二茂铁催化层耐碱双极膜及其制备方法

权利要求书

1.一种主链碳氟-二茂铁催化层耐碱双极膜，其特征在于：包括阳离子交换膜层和阴离子交换膜层，阳离子交换膜层和阴离子交换膜层都以全氟碳为主链，氮杂环作为阴离子交换膜层上的阳离子官能团；其中，阳离子交换膜层的化学结构式为：

阴离子交换膜层的化学结构式为：

其中，x为聚三氟氯乙烯主链的聚合度，n为含磺酸基团取代基侧链的聚合度，m为含咪唑取代基侧链的聚合度，n、m是不为零的整数。

2.一种主链碳氟-二茂铁催化层耐碱双极膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、将聚三氟氯乙烯接枝聚甲基苯乙烯共聚物溶于有机溶剂Ⅰ中，再加入溴化剂和引发剂，在加热和搅拌的条件下反应4～6h后停止加热和搅拌；在无水甲醇或异丙醇中沉淀获得絮状物，洗涤除去杂质后干燥得到最终的溴甲基化聚合物；

S2、将经过步骤S1获得的溴甲基化聚合物溶解有机溶剂Ⅱ中，缓慢加入含咪唑化合物，在90～130℃下搅拌反应5～50h后，浇注在洁净的玻璃板上成膜，真空干燥24h后将膜从玻璃板上取下，在0.5mol/L NaOH溶液中浸泡12h得到具有侧链结构的侧链结构的咪唑型聚三氟氯乙烯阴离子交换膜；

S3、将聚三氟氯乙烯溶于有机溶剂Ⅲ中，通氮气除氧，升温后将聚三氟氯乙烯、苯乙烯磺酸钠、CuBr和联吡啶按照摩尔比1:(20～100):1:2混合，氮气保护下，在90～130℃条件下恒温反应5～30h后，将反应液装入透析袋中，在水透析24h，烘干透析袋中溶液，制得聚三氟氯乙烯接枝苯乙烯磺酸钠侧链共聚物溶液；

S4、将KH-560与二茂铁甲酸以摩尔比为1:1投料加入反应瓶中，加入二甲基吡咯和有机溶剂Ⅳ搅拌均匀，在80℃下反应1～3h后再加入催和化剂和蒸馏水，在50℃条件下反应1～3h后，抽真空加热，待副产物完全脱除后，得到的KH-560改性二茂铁硅溶胶；

S5、将制得聚三氟氯乙烯接枝苯乙烯磺酸钠侧链共聚物溶液流延在洁净的玻璃板上，烘干制备阳离子交换膜层，在阳离子交换膜层上喷涂KH-560改性二茂铁硅溶胶，晾干后将咪唑型聚三氟氯乙烯阴离子交换膜层流延于阳离子交换膜层上，烘干后得到链碳氟-二茂铁催化层耐碱双极膜。

3.如权利要求2所述的一种主链碳氟-二茂铁催化层耐碱双极膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中聚三氟氯乙烯接枝聚甲基苯乙烯共聚物中甲基苯乙烯为对甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、邻甲基苯乙烯、2,3-二甲基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、2,5-二甲基苯乙烯、2,6-二甲基苯乙烯、2,3,4-三甲基苯乙烯、2,3,5-三甲基苯乙烯、2,3,6-三甲基苯乙烯、2,4,6-三甲基苯乙烯、2,3,4,5-四甲基苯乙烯、2,3,4,6-四甲基苯乙烯单体中的任意一种或多种共混物。

4.如权利要求2所述的一种主链碳氟-二茂铁催化层耐碱双极膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中有机溶剂Ⅰ为1,2-二氯乙烷、氯苯、四氯化碳中的任意一种或两种任意比例的组合。

5.如权利要求2所述的一种主链碳氟-二茂铁催化层耐碱双极膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中有机溶剂Ⅱ为四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或两种任意比例的组合。

6.如权利要求2所述的一种主链碳氟-二茂铁催化层耐碱双极膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中含咪唑化合物为1,2,4-三甲基咪唑、1,4,5-三甲基咪唑、2-乙基-1,4-二甲基咪唑、2,4-二甲基-1-丙基咪唑、1,4-二甲基-2-丙基咪唑、2,4-二甲基-1-丁基咪唑、1,4-二甲基-2-丁基咪唑、1,2,4,5-四甲基咪唑、2-乙基-1,4,5-三甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、4,5-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑中的任意一种或两种任意比例的组合。

7.如权利要求2所述的一种主链碳氟-二茂铁催化层耐碱双极膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中有机溶剂Ⅲ为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或两种任意比例的组合。