一种噻唑功能化的碱性阴离子交换膜及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种阴离子交换膜及其制备方法，特别是涉及噻唑型基团作为功能化 基团的阴离子交换膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在过去的数十年中，许多学者致力于高效发电装置的研宄，因此可以提供高能量 密度、较高能量转化率和较低污染物排放的能量转换技术成为研宄的热点，燃料电池就是 在这种技术的研宄中不断得到发展的。燃料电池是一种可以将燃料中的化学能转化成电能 的装置，由于不发生燃烧反应，能量转化过程不受卡诺循环的限制，能量转化效率高且环境 友好。
[0003] 离子交换膜作为燃料电池的关键组件，不仅需要分隔阴阳两极内的燃料和氧化 剂，同时最重要的是作为介质传导离子，离子交换膜的选择直接影响燃料电池的能量转化 效率和使用寿命。根据传导离子不同可以将其分为阴离子交换膜和阳离子交换膜：阳离子 交换膜传导H+，阴离子交换膜传导0!Γ。由于碱性环境下阳极氧化反应速率高、原料液的渗 透率低，水管理相对简单等优点，碱性阴离子交换膜燃料电池被认为是优于质子交换膜燃 料电池的一种新型发电装置，阴离子交换膜也因此成为研宄的热点。传统阴离子交换膜的 制备是在氯甲基化聚合物基质中通过季铵化反应引入离子交换基团。季铵化试剂的选择决 定了季铵基团的电化学活性和稳定性。
[0004] 目前，碱性燃料电池阴离子交换膜常用的功能化基团是季铵基团和季鱗基团，但 这些阳离子基团在碱性条件下可以通过霍夫曼消除反应、叶立德机理或SN2双分子亲核取 代发生降解反应，导致ΟΓ的传导能力急速下降，从而影响了电池的使用寿命和性能。
[0005] 为了改善碱性燃料电池阴离子交换膜的化学稳定性，咪唑作为功能化基团被接枝 到碱性膜中，由于咪唑鑰离子具有共轭五元杂环结构以及咪唑环的空间位阻，使得咪唑作 为碱性膜功能化基团具有优良的化学稳定性，为碱性燃料电池阴离子交换膜的研宄提供了 新的方向。
【发明内容】
[0006] 为了在功能化基团方面进一步作出研宄，本发明提供了一种新型噻唑型基团作为 功能化试剂接枝到碱性阴离子交换膜上，其制备方法简单易行，可操作性强，该方法制备的 阴离子交换膜离子传导率较高，机械性能良好，具有在阴离子交换膜方面应用的潜力。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] 一种噻唑型基团功能化的阴离子交换膜，所述交换膜的功能化基团具有如下结 构：
[0009]
【主权项】
.一种噻唑型基团功能化的阴离子交换膜，其特征在于，噻唑型基团功能化聚醚砜的 结构如下：
2. 根据权利要求1所述的一种噻唑型基团功能化的阴离子交换膜，其特征在于，功能 化基团的结构如下：
3. 权利要求1或2所述的噻唑型基团功能化的阴离子交换膜的制备方法，其特征在于 以下步骤：聚醚砜溶解于98 %浓硫酸中，完全溶解后加入氯甲基化辛基醚，搅拌下进行反 应；反应结束后，将反应物在水中沉淀，再用去离子水、无水乙醇将产品清洗至中性，产品经 过抽滤、室温晾干，得到氯甲基化聚醚砜； 氯甲基化聚醚砜的结构简式如下：
将氯甲基化聚醚砜溶解于有机溶剂中配制成溶液； 噻唑型基团投入到上述溶液中，在反应温度为60-100°C胺化处理，反应时间为6-48h， 将铸膜液进行重沉淀处理，除去铸膜液中多余的噻唑型基团，用无水乙醇将膜材料清洗，再 用无水乙醇浸泡，产品经过抽滤、室温晾干，得到噻唑型基团功能化的膜材料，最后将膜材 料溶于有机溶剂中配成铸膜液，铸膜，得到噻唑型基团功能化的阴离子交换膜。
4. 根据权利要求3所述的噻唑型基团功能化的阴离子交换膜的制备方法，其特征在 于，所述的有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷 酮、二氯乙烷、四氯乙烷、二氯甲烷、氯仿或混合溶液。
5. 根据权利要求3所述的噻唑型基团功能化的阴离子交换膜的制备方法，其特征在 于，所述重沉淀的沉淀剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、乙醚、四氢呋喃、丙酮、丁酮、乙酸乙酯中的 一种或两种以上的混合溶剂。
6.根据权利要求4所述的噻唑型基团功能化的阴离子交换膜制备方法，其特征在于， 所述重沉淀的沉淀剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、乙醚、四氢呋喃、丙酮、丁酮、乙酸乙酯中的一 种或两种以上的混合溶剂。
【专利摘要】本发明提供了一种噻唑功能化的碱性阴离子交换膜及其制备方法。制备方法包括以下步骤：首先将聚醚砜进行氯甲基化改性，而后氯甲基与噻唑类化合物之间进行亲核取代反应，得到噻唑型基团功能化的阴离子交换膜。所制备的噻唑型基团功能化的阴离子交换膜具有较高的离子传导率、适当的吸水率、良好的机械性能以及优异的化学稳定性等优点，在燃料电池用阴离子交换膜中具有很好的应用前景。
【IPC分类】C08G75-23, H01M8-02, C08J5-22, H01M2-16
【公开号】CN104877137
【申请号】CN201510214127
【发明人】焉晓明, 杨堤, 贺高红, 郑文姬, 阮雪华, 戴健
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月30日