[发明专利]一种含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜，其特征在于，该含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜中含三唑基长侧链的聚苯醚(PPO-G-nQA)的结构如式Ⅰ所示：

其中，m＝0.1～0.9，n＝1～4；G为三唑功能基团；QA为季铵盐基团；n是三唑功能基团和季铵盐氮原子之间的亚甲基数目。

2.根据权利要求1所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜，其特征在于，所述G三唑功能基团，有如下几种构型：

3.一种权利要求1所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜的制备方法，其特征在于，其制备步骤如下：

(1)季铵盐的炔基功能化：在惰性气体的保护下，用三甲胺(TMA)氨基化卤素修饰的末端炔。将三甲胺溶于溶剂A中，将该溶液和卤素修饰的末端炔、溶剂B加入250mL～1L的圆底烧瓶，在20～130℃条件下反应1～24h；再将反应后的溶液进行过滤，洗涤，真空干燥，即得到炔基功能化的季铵盐QA-n；

(2)Cu(I)催化叠氮化-炔基环加成(CuAAC)反应：在惰性气体气氛下，将叠氮功能化的共聚物PPO-N₃-m、炔基功能化的季铵盐QA-n、催化剂、CuBr和溶剂C加入到史莱克瓶中。通过几个冷冻解冻泵循环周期进行脱气，使瓶中充满氩气，在20～100℃下搅拌2～72h；将反应后的溶液加入去离子水中，用水冲洗至少三次固体产品，除去催化剂，然后在40～100℃条件下真空干燥1～48h，即得PPO-G-nQA共聚物；

(3)含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜的制备：以PPO-G-nQA聚合物为原料，采用传统的溶液铸造法制备阴离子交换膜AEMs；将溴或碘形式的阴离子导电共聚物PPO-G-nQA溶于溶剂D中配置成质量百分比浓度为3％～10％的均匀溶液，并将其倒在干净的培养皿中；然后在40～100℃干燥1～48h后，再在40～60℃真空干燥1～48h后成膜；然后将膜浸泡在1MNaHCO₃或1M NaOH中24～72h，充分置换后，再用去离子水彻底清洗，在测试前将其储存在去离子水中浸泡至中性，用流动氩气脱气30min，即得含三唑基长侧链聚苯醚阴离子膜；

优选的，所述溶剂D为二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

4.根据权利要求3所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述炔基功能化的季铵盐QA-n的结构如式Ⅱ所示：

式中n是炔基和三甲胺基中N原子之间的亚甲基数目，n＝1～4。

5.根据权利要求3所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶剂A为四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、二氯乙烷或1,1,2,2-四氯乙烷；所述三甲胺在溶剂A中的浓度不大于20％；

所述溶剂B为甲苯、乙苯、氯苯、二甲苯、三甲苯、苯乙烯、苯酚、苯胺等可以和三甲胺、溶剂A、卤素修饰的末端炔互溶或部分互溶的溶剂。

6.根据权利要求3所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述卤素修饰的末端炔独立的选自6-氯-1-己炔，6-碘-1-己炔，5-氯-1-戊炔，5-碘-1-戊炔，4-氯-1-丁炔，4-碘-1-丁炔，4-溴-1-丁炔和丙炔基溴等卤素取代的末端炔；其中炔基化试剂卤素修饰的末端炔与三甲胺的摩尔比为0.2～1。

7.根据权利要求3所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述叠氮功能化的共聚物PPO-N₃-m的结构如式Ⅲ所示，

式中，m＝0.1～0.9。