專利名稱：一種基于離子液體交聯(lián)劑的陰離子交換膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陰離子交換膜，尤其涉及一種基于離子液體交聯(lián)劑的陰離子交換膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
陰離子交換膜已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水處理，濕法冶金，化學(xué)分離以及堿性燃料電池等工業(yè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的聚合物陰離子交換膜熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性都較低，在高溫或者堿性條件下，聚合物中的季銨基團(tuán)很容易發(fā)生降解，導(dǎo)致離子交換容量下降，從而導(dǎo)電性能會大大下降，進(jìn)而導(dǎo)致堿性燃料電池下降。中國發(fā)明專利CN101844042A公開的一種基于離子液體的陰離子交換膜的制備方 法在反應(yīng)器中加入咪唑型離子液體、丙烯酸酯類單體、溶劑、引發(fā)劑，通過加熱聚合、分離得到聚合物，將得到的聚合物通過相轉(zhuǎn)化法成膜，得到陰離子交換膜。該方法避免了傳統(tǒng)陰離子交換膜制備過程中劇毒物質(zhì)氯甲醚的使用，使得制備過程更簡單安全。但是由于該方法制備的陰離子交換膜是脂肪族聚合物主鏈，在使用過程中會過度溶脹，尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械性能較差。另外，上述方法在聚合、成膜過程中都有溶劑的使用，溶劑的使用使得陰離子交換膜的制備過程復(fù)雜，生產(chǎn)成本增加，同時(shí)對環(huán)境也造成一定的危害。交聯(lián)是提高陰離子交換膜綜合性能的有效方法。通常增加交聯(lián)劑的含量，會使膜的交聯(lián)度增大，提高膜的力學(xué)強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。中國發(fā)明專利CN101234307A公開了一種有機(jī)-無機(jī)雜化陰離子交換膜的制備方法，將帶芐基氯小分子和帶烷氧基硅烷的小分子共聚，加入小分子硅烷，再進(jìn)行季銨化和溶膠-凝膠反應(yīng)，涂膜得到有機(jī)-無機(jī)雜化的陰離子交換膜。該方法制備的膜具有較高的離子交換容量，由于形成Si-O-Si網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，該膜具有良好的熱穩(wěn)定性，但由于這種交聯(lián)同時(shí)降低了膜的親水性，降低了膜的柔韌性，同時(shí)也降低了膜的電導(dǎo)率。中國發(fā)明專利申請CN102050911A公開了一種新型的基于離子液體的用于堿性燃料電池的聚合物陰離子交換膜，采用原位聚合的方法制備了聚合物陰離子交換膜，制備過程簡單，避免了有機(jī)溶劑的使用，膜的厚度易于調(diào)控，通過引入交聯(lián)劑二乙烯基苯來調(diào)節(jié)陰離子交換膜的吸水率和溶脹度，提高聚合物陰離子膜的機(jī)械性能。但是交聯(lián)劑二乙烯基苯的加入也使得聚合物陰離子膜的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。并且二乙烯基苯本身沒有離子交換的能力，它的加入雖然能提高膜的機(jī)械性能但也降低了膜的電導(dǎo)率。優(yōu)良的堿性燃料電池用聚合物陰離子交換膜除了要具備良好的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性之外，還要有較高的電導(dǎo)率和耐堿性。然而，傳統(tǒng)的季銨鹽型聚合物陰離子交換膜熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性較差。季銨基團(tuán)在堿性溶液中穩(wěn)定性差，使得陰離子交換膜的性能大大下降。因此開發(fā)合成性能良好的聚合物陰離子交換膜材料成為人們研究的熱點(diǎn)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種性能良好的新型基于離子液體交聯(lián)劑的陰離子交換膜及其制備方法，以避免傳統(tǒng)的聚合物陰離子交換膜制備過程中氯甲醚的使用，同時(shí)避免溶液澆鑄成膜法制備陰離子交換膜過程中有機(jī)溶劑的使用，并且不需要添加額外的交聯(lián)劑來提高膜的機(jī)械性能，克服季銨鹽型聚合物陰離子交換膜化學(xué)穩(wěn)定性較差等問題。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于離子液體交聯(lián)劑的陰離子交換膜，結(jié)構(gòu)如下
權(quán)利要求
1.一種離子液體交聯(lián)劑，其特征在于，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下
2.一種基于權(quán)利要求I所述離子液體交聯(lián)劑的陰離子交換膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)將單體、離子液體交聯(lián)劑、引發(fā)劑以重量比為30 9070 10 :1 6混合，將混合液在超聲波震蕩下混合均勻，進(jìn)行原位聚合制備聚合物陰離子交換膜； (2)將制備的陰離子交換膜浸泡在堿液中進(jìn)行陰離子交換； 其中，所述單體選自丙烯腈、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α-甲基丙烯腈中的一種或幾種；所述離子液體交聯(lián)劑為含有兩個(gè)不飽和鍵的咪唑類離子液體；所述堿液為氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液，堿液的溫度為50 60°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陰離子交換膜的制備方法，其特征在于所述離子液體交聯(lián) 劑為
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陰離子交換膜的制備方法，其特征在于所述引發(fā)劑為
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陰離子交換膜的制備方法，其特征在于所述原位聚合的引發(fā)方式為紫外光照引發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于離子液體交聯(lián)劑的陰離子交換膜及其制備方法，采用原位聚合的方法將離子液體交聯(lián)劑、單體引發(fā)聚合成膜，然后通過陰離子交換，制備可用于堿性燃料電池的陰離子交換膜。本發(fā)明方法簡便，高效，原料成本低，對環(huán)境和人體危害小，離子液體在陰離子交換膜中不僅起到離子導(dǎo)電的作用，還能夠提高陰離子交換膜的機(jī)械性能，避免了其他交聯(lián)劑的使用。所得到的這種基于離子液體交聯(lián)劑的陰離子交換膜熱穩(wěn)定性好，具有較高的電導(dǎo)率，并且在強(qiáng)堿溶液中有很好的穩(wěn)定性。
文檔編號C08F212/08GK102690392SQ20121021267
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者嚴(yán)鋒, 林本才 申請人:蘇州大學(xué)