[发明专利]功能化的金属有机骨架协同改性的聚合物杂化质子交换膜及其制备方法

摘要

本发明属于膜技术领域，具体为氨基和磺酸根功能化的金属有机骨架协同改性的聚合物杂化质子交换膜及其制备方法。本发明先制得氨基功能化的金属有机骨架（MOF‑NH2）和磺酸根功能化的金属有机骨架（MOF‑SO3H），再将它们掺杂到聚合物中，得到氨基和磺酸根功能化的金属有机骨架协同改性的聚合物杂化质子交换膜。该质子交换膜在高、低湿条件下均具有优异的质子传导率，甲醇渗透率低，同时具有极好的使用稳定性。本发明方法操作过程简单，制备条件温和，生产成本较低，便于批量化、规模化生产，具有良好的工业化生产基础和广阔的应用前景。

主权项

一种基于氨基和磺酸根功能化的金属有机骨架结构协同改性的聚合物杂化质子交换膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将金属盐和氨基功能化的配体加入反应溶剂中，超声使其充分溶解，形成前驱体溶液；将所得前驱体溶液在50 ~ 280 ℃的条件下进行溶剂热反应4‑74 h，离心分离出产物，将所得产物先用反应溶剂清洗，再用低沸点溶剂清洗；然后在30 ~ 140 ℃的真空烘箱中干燥0.5 ~ 30 h，即得到氨基功能化的金属有机骨架，记为MOF‑NH2；（2）将金属盐和磺酸根功能化的配体加入反应溶剂中，超声使其充分溶解，形成前驱体溶液；将所得前驱体溶液在50 ~ 280 ℃的条件下进行溶剂热反应4‑74 h，离心分离出产物，将所得产物先用反应溶剂清洗，再用低沸点溶剂清洗；然后在30 ~ 140 ℃的真空烘箱中干燥0.5 ~ 30 h，即得到磺酸根功能化的金属有机骨架，记为MOF‑SO3H；（3）往聚合物溶液中加入MOF‑NH2和MOF‑SO3H，并超声使其分散均匀得到铸膜液，将该铸膜液涂覆成膜后置于50 ~ 80 ℃烘箱中，升温至110 ~ 150 ℃，然后再保持12 ~ 36 h；最后该杂化膜经双氧水溶液和酸浸泡，即得到MOF‑NH2和MOF‑SO3H协同改性的聚合物杂化质子交换膜；其中，所述的金属盐为过渡金属盐或镧系金属盐中的一种，或其中几种的混合物，氨基功能化的配体为氨基芳香羧酸或氨基含氮杂环化合物中的一种，或其中几种的混合物，磺酸根功能化的配体为磺酸化芳香羧酸或磺酸化含氮杂环化合物中的一种，或其中几种的混合物，金属盐和配体的摩尔比为1:16 ～ 16:1。