一种提高质子交换膜中杂多酸稳定性的改性纳米材料及其制备方法与流程

文档序号:12400220阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种提高质子交换膜中杂多酸稳定性的改性纳米材料,其特征在于,先用多巴胺盐酸盐对纳米材料进行表面包覆处理,然后引入活性卤素原子,再通过ATRP反应将带有碱性基团单体接枝聚合到纳米材料上,得到所述改性纳米材料。

2.根据权利要求1所述的一种提高质子交换膜中杂多酸稳定性的改性纳米材料,其特征在于,所述纳米材料为埃洛石纳米管HNTs或氧化石墨烯片GO;所述带有碱性基团单体为乙烯基吡络烷酮或乙烯基咪唑;所述杂多酸为磷钨酸、硅钨酸或者磷钼酸。

3.权利要求1或2所述的一种提高质子交换膜中杂多酸稳定性的改性纳米材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

(1)将纳米材料埃洛石纳米管HNTs或氧化石墨烯片GO加入超纯水中,并进行超声分散,其次加入Tris-盐酸盐缓冲液、多巴胺盐酸盐,并调节PH值,然后磁力搅拌反应4~24h,清洗、干燥得到多巴胺盐酸盐包覆的纳米材料D-HNTs或D-GO;

(2)向多巴胺盐酸包覆的纳米材料D-HNTs或D-GO中加入四氢呋喃,超声混合;在惰性气体进行保护下,加入三乙胺、引发剂,磁力搅拌反应4~24h,清洗、干燥后得到活性溴原子改性的纳米材料Br-HNTs或Br-GO;其中,所述的引发剂为α-溴代酯;

(3)向N-N二甲基甲酰胺和超纯水的混合物中通入惰性气体2~3h,以去除液体中的氧气,在惰性气体的保护下,将催化剂、配体、活性溴原子改性的纳米材料、带有碱性基团的单体加入N-N二甲基甲酰胺和超纯水的混合物中,再接着通入惰性气体2~3h,磁力搅拌48~96h,清洗、干燥后得到所述的改性纳米材料;所述催化剂为CuBr或CuBr与CuBr2的混合物;所述的配体为五甲基二亚乙基三胺或六甲基三乙烯四胺。

4.根据权利要求书3所述一种提高质子交换膜中杂多酸稳定性的改性纳米材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的Tris-盐酸缓冲液的浓度为5~20mmol/L,用0.01mol/L的NaOH溶液调节PH值等于8~9;在反应体系中,多巴胺盐酸盐相对纳米材料的加入量为0.3~0.5mmol/g纳米材料。

5.根据权利要求书3所述的一种提高质子交换膜中杂多酸稳定性的改性纳米材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,四氢呋喃相对多巴胺盐酸包覆纳米材料的加入量为20~30mmol/g纳米材料;四氢呋喃与三乙胺的体积比为(20~25):1;四氢呋喃与引发剂的体积比为(6~8):1。

6.根据权利要求书3所述的一种提高质子交换膜中杂多酸稳定性的改性纳米材料的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,N-N二甲基甲酰胺和超纯水的体积比为1:1,带有碱性基团的单体、催化剂、配体的摩尔比为(20~40):(3~5):(1~2);带有碱性基团的单体相对活性溴原子改性的纳米材料的加入量10~40mmol/g活性溴原子改性的纳米材料。

7.根据权利要求书3所述一种提高质子交换膜中杂多酸稳定性的改性纳米材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述清洗为超纯水清洗,清洗次数4~5次;步骤(2)和(3)中所述清洗为先用丙酮超声离心清洗4~5次,再用甲醇和超纯水体积比为1:1的混合物超声离心清洗4~5次;步骤(1)、(2)和(3)中,所述干燥的温度均为30~45℃。

8.权利要求书1或2所述一种提高质子交换膜中杂多酸稳定性的改性纳米材料制备得到复合质子交换膜。

9.根据权利要求8所述的一种复合质子交换膜的制备方法,其特征在于,改性纳米材料加入去超纯水中超声分散形成分散液,磺化聚合物与杂多酸溶于N,N-二甲基乙酰胺中形成溶液,室温下将分散液和溶液混合均匀,浇铸成模,其中磺化聚合物、改性纳米材料、杂多酸的质量比为85:15:15~85:15:60,将膜在80℃下干燥24h,然后在80℃下真空干燥6~10h;最后在0.5~1.5mol/L稀硫酸浸泡1h,且每半小时换一次稀硫酸溶液以去除膜中残留溶剂,再用超纯水洗去残留硫酸,制得复合质子交换膜。

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