[发明专利]一种用于碱性电解池的梳状聚芳亚甲基吲哚阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明属于碱性阴离子交换膜技术领域，公开了一种用于碱性电解池的梳状聚芳亚甲基吲哚阴离子交换膜及其制备方法。本发明首先合成不同单体比例的聚芳亚甲基吲哚三单体聚合物，再直接以聚合物的吲哚‑2,3‑酮作为接枝位点对聚合物进行功能化后获得膜材料并制膜。所制备的膜具有较好的离子传导率、碱稳定性和机械强度，可应用于碱性电解池中。

技术领域

本发明属于碱性阴离子交换膜技术领域，涉及到一种用于碱性电解池的聚芳亚甲基吲哚阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

随着能源短缺和环境污染等问题日益突出，开发利用新能源迫在眉睫。相比传统的化石燃料而言，氢能是一种可替代的理想能源。它具有高能量密度和零碳排放等优势。在众多制氢方法中，阴离子交换膜电解水(AEMWE)技术具有成本低、环境友好和制氢稳定性高的优点，近年来受到了广泛的关注。

碱性阴离子交换膜是碱性阴离子交换膜电解池的核心部件之一，通常是由含阴离子交换基团的聚合物制备，起到选择性传递氢氧根离子并且分隔两极室的作用。这样的功能就要求碱性阴离子交换膜既有很好的传递氢氧根离子的能力，又能在碱性环境中保持性能的稳定。现通过超酸催化缩聚制备膜材料，常用聚苯、聚苯醚作为主链，据作者Yoong-KeeChoe在期刊Chemistry of Materials指出，当醚键邻位有吸电子基团时，含醚键主链会在碱性条件下发生降解反应，而且苯基含量过多会出现电导率低，膜材料刚性过强，机械性能差、吸水溶胀高，尺寸稳定性差、IEC(离子交换容量)不可控的问题。因此寻找具有良好的尺寸稳定性和高电导率的聚合物，是目前关注的热点之一。

发明内容

本发明旨在提高碱性阴离子交换膜的尺寸稳定性和氢氧根传递性能，提供了一种可调离子交换容量的聚芳亚甲基吲哚阴离子交换膜的制备方法。采用超酸催化缩聚反应合成了具有高氢氧根离子电导率和机械性能的梳状聚芳亚甲基吲哚三单体聚合物。通过控制无醚键单体二苯基甲烷的投料比例来控制IEC，降低主链苯基含量，而且含有亚甲基的二苯基甲烷单体具有非共平面结构，即减小了聚芳基主链的刚性，又提高了膜的机械性能，再对聚合物与长链哌啶基离子交换基团反应得到功能化聚合物，并用功能化聚合物进行铸膜。所制备的膜具有较好的尺寸稳定性和良好的离子传导率，可用于碱性电解池中。

本发明的技术方案：

一种用于碱性电解池的梳状聚芳亚甲基吲哚阴离子交换膜，梳状聚芳亚甲基吲哚功能化聚合物的结构如下：

其中，0＜m＜1。

一种用于碱性电解池的梳状聚芳亚甲基吲哚阴离子交换膜的制备方法，步骤如下：

(1)聚芳亚甲基吲哚三单体聚合物的合成：将对三联苯、二苯基甲烷、吲哚-2,3-二酮溶于二氯甲烷中，使其在冰浴条件下溶解完全，然后逐滴加入三氟乙酸、三氟甲磺酸，全程冰浴，反应后得到溶液，随后将溶液倒入溶剂A中沉淀，最后用水洗涤至中性，烘箱干燥得到聚芳亚甲基吲哚三单体聚合物；

所述的二苯基甲烷、对三联苯、吲哚-2,3-二酮的总质量与二氯甲烷的w/v为16～20％；

所述的二苯基甲烷：对三联苯：吲哚-2,3-二酮的摩尔比为n：(1-n)：1.1，n＝0.25～0.75；

所述的二苯基甲烷和对三联苯的总摩尔数与三氟甲磺酸摩尔数的摩尔比为1：8～9；

所述的二苯基甲烷和对三联苯的总摩尔数与三氟乙酸摩尔数的摩尔比为1：1.3～2；

所述的反应时间为2～9h；

所述的溶剂A为甲醇、乙醇中的一种；