[发明专利]一种水相合成的阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水相合成的阴离子交换膜及其制备方法，该制备方法包括：(1)将壳聚糖溶解在第一水性溶剂中，得到壳聚糖溶液；(2)将壳聚糖溶液和聚二烯二甲基氯化铵水溶液混合均匀、离心脱泡；然后在第二水性溶剂中析出凝胶膜；(3)将凝胶膜进行脱盐、脱水，得到氯离子型阴离子交换膜；然后将氯离子型阴离子交换膜进行离子交换，得到氢氧型阴离子交换膜。本发明的阴离子交换膜制备方法简单、绿色环保。所得阴离子交换膜具备成膜均匀、溶胀低、含水量和离子电导率较高、化学稳定性优异的特点。

技术领域

本发明属于阴离子交换膜技术领域，更具体地，涉及一种水相合成的阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

阴离子交换膜(AEM)是一类广泛应用于燃料电池、水电解、二氧化碳还原、电渗析等领域的膜材料，主要起隔离正负极和传导离子的作用。阴离子交换膜由聚合物主链和固定的阳离子组成，聚合物提供机械性能，对离子实现阴离子传导。根据结构形式的差别，阴离子交换膜分成均相膜和异相膜两类。均相膜其结构由单一的相组成，阳离子以共价键的形式接在聚合物的主链上，主要涉及直接聚合法、接枝法和化学修饰法。非均相膜主要包含聚合物-碱共混膜，无机物掺杂的聚合物共混膜，互穿和半互穿网络聚合物膜。以上各种形式的阴离子交换膜均涉及极性或非极性的有机高分子，除了利用高能射线或高温引发自由基聚合的反应不需要溶剂之外，绝大多数阴离子交换膜的制备均离不开有机溶剂，常见的包含氯苯、二氯甲烷、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，N-甲基吡咯烷酮等，这些有机溶剂不仅使用量大、毒性大且回收困难。

中国专利申请(CN202110690117.7)公开了一种碱性阴离子交换膜的制备方法。其首先在二甲基亚砜溶剂中将4-乙烯基苄氯和丙烯腈混合，并在偶氮二异丁腈存在的条件下制备P(VBC-co-AN)；然后将所得P(VBC-co-AN)溶解在二甲基亚砜溶剂中并加入叔胺进行季铵化反应，使用丙酮洗涤和提纯聚合物；最后将产物溶解在二甲基亚砜中，通过溶剂挥发法制得目标产物。该制备过程大量使用二甲亚砜和丙酮溶剂，毒性大且回收困难。此外，二甲基亚砜的沸点(189℃)高，挥发性低差，溶剂挥发法制膜不仅污染环境且能耗极高。

中国专利申请(CN201110057825)公开了一种基于单体原位聚合的均相阴离子交换膜及其制备方法。其首先将对氯甲基苯乙烯与二乙烯基苯混合形成混合溶液；然后在该溶液中加入酚酞基聚醚酮和过氧化二苯甲酰，混合均匀后，将该铸膜液涂覆在聚丙烯布上，高温条件下热引发原位聚合成膜；最后将该基膜浸泡在三甲胺水溶液中进行季铵化反应接枝阳离子，得到阴离子交换膜。该制备过程虽然没有用到有机溶剂，但是，所使用的三甲胺是一种易燃、易爆、并带有恶臭的危险气体，对人体的眼、鼻、咽喉和呼吸道有强烈的刺激作用，浸泡后的三甲胺溶液的处理和排放在增加成本的同时也会造成严重的环境污染。此外，上述方法通过基膜浸泡三甲胺进行季铵化反应效率低，耗时长。

中国专利申请(CN 107417943 A)公开了一种壳聚糖基阴离子交换膜及其制备方法。首先将壳聚糖溶解在醋酸水溶液中，然后加入聚二烯二甲基氯化铵水溶液，混合均匀后得到膜溶液；另外，将γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与四乙氧基硅烷溶解在去离子水中配成硅氧烷水溶液，作为交联剂；然后，将硅氧烷水溶液逐滴加入膜溶液中，高温反应一段时间后得到溶胶；最后，将溶胶在室温下陈化后，溶剂挥发法制得到硅氧烷化学改性壳聚糖/聚二烯二甲基氯化铵低温共混阴离子交换膜。该制备过程虽然没有使用有机溶剂，也不涉及季铵化反应，但是反应步骤较多，过程繁琐且耗时久。

综上可知，开发一种更为简便、绿色、能耗低的阴离子交换膜制备方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种水相合成的阴离子交换膜及其制备方法，该阴离子交换膜制备方法简单、绿色环保。所得阴离子交换膜具备成膜均匀、溶胀低、含水量和离子电导率较高、化学稳定性优异的特点。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种水相合成的阴离子交换膜的制备方法，该制备方法包括：