[发明专利]磷酸三钙改性磷酸掺杂聚苯并咪唑型质子交换膜的制备方法

摘要

本发明涉及一种磷酸三钙改性磷酸掺杂聚苯并咪唑型质子交换膜的制备方法，具体是苯并咪唑单体为主要成分，在聚磷酸中高温反应生成聚苯并咪唑聚合物。将其粉碎后溶解于甲磺酸溶液后，添加纳米磷酸三钙作为改性剂，通过刮膜机将混合溶液刮平后高温下挥发过剩的甲磺酸溶液后根据模具尺寸制成黄棕色透明或不透明的薄膜，应用于燃料电池领域。制备方法简单，适合大规模生产。

主权项

1.一种磷酸三钙改性磷酸掺杂聚苯并咪唑型质子交换膜的制备方法，其特征在于，以苯并咪唑单体为主要成分，在聚磷酸中高温反应生成聚苯并咪唑聚合物，将其粉碎后溶解于甲磺酸溶液后，添加纳米磷酸三钙作为改性剂，通过刮膜机将混合溶液刮平后高温下挥发过剩的甲磺酸溶液后，根据模具尺寸制成黄棕色透明或不透明的薄膜，包含以下步骤：（1）磷酸三钙的制备：用万分之一电子天平分别精密称取Ca(NO₃)₂·4H₂O 和(NH₄)₂HPO₄，将前者溶解于无水乙醇中，后者溶解在去离子水中，在40℃下将两种溶液通过滴加方式混合均匀，持续搅拌4小时；在此过程中，通过滴加氨水的方式将该体系的 pH 值维持在7.0，混合均匀后将溶液移至烘箱中，30℃过夜保存，用离心机高速离心获取沉淀，并用去离子水和无水乙醇冲洗沉淀 3 遍，将离心后所得的样品放在80℃的烘箱中干燥，12 h 后将样品进行煅烧处理，得磷酸三钙纳米粒子；（2）聚2,5‑苯并咪唑（ABPBI）原料的聚合将单体3,4‑二氨基苯甲酸以及五氧化二磷加入三颈烧瓶中，加入溶剂 20 ml 对甲苯磺酸，在氮气氛围下进行合成反应，将反应物加热至150 ^oC，机械搅拌下反应 2小时，将热的反应物溶液倒入去离子水中用去离子水多次洗涤，接着将产物浸泡在质量分数10% NaOH 溶液中，然后再用去离子水洗涤直至呈中性，最后将产物放入真空干燥箱中 110 ^oC干燥 24 小时，得 ABPBI 聚合物；（3）质子交换膜的制备将 ABPBI 聚合物溶解到对甲苯磺酸中，再加入步骤（1）中制备的磷酸三钙纳米粒子，使磷酸三钙纳米粒子与ABPBI 聚合物质量比为0.25%～5%，室温下搅拌12小时后得到均匀的黏稠溶液，接着将该黏稠溶液倒入玻璃板上，将刮膜机的空隙调至0.4mm，以10mm/s的速度将粘稠溶液在玻璃上铺展开，然后迅速转移至通风橱中的水平加热板上逐步升温至200℃，加热直至对甲苯磺酸挥发完全，将温度降至100℃后倒入热水即可方便的将膜揭下，将膜放入去离子水中多次洗涤去除膜中残留的对甲苯磺酸，最后将膜放入 110℃真空干燥箱中干燥24小时，得磷酸三钙改性磷酸掺杂聚苯并咪唑型质子交换膜。