本發(fā)明屬于材料化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種有機(jī)雜化離子溶劑膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氫能作為一種清潔能源，可以部分替代碳基化石能源，有助于實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排，其重要性日益彰顯。因此，發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的重要手段之一，具有重大的戰(zhàn)略意義。

2、基于離子溶劑膜(ism)構(gòu)筑的堿性電解槽是以綠色氫(h2)能源的形式實(shí)現(xiàn)可再生資源轉(zhuǎn)化和利用的技術(shù)。離子溶劑膜是電解槽的核心組成部件，發(fā)揮著隔絕氫氧、傳導(dǎo)氫氧根離子等關(guān)鍵作用，直接影響電解槽的電流密度與能耗等基本性能。理想的離子溶劑膜需要具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、較高的吸堿率、低的面電阻等。其中，吸堿率是影響電解效率的關(guān)鍵前提條件之一。吸堿率高，膜內(nèi)堿液傳導(dǎo)阻力降低，膜整體面電阻降低，進(jìn)而提高整體電解效率。基于聯(lián)苯-靛紅聚合物構(gòu)筑的ism是目前常見的選擇之一。但該類聚合物膜材料存在親水性差(水接觸角>70o)、吸堿率低(<13％)、面電阻高(>0.3ωcm2)等問題，極大限制了其在堿性電解水領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種有機(jī)雜化離子溶劑膜及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的有機(jī)雜化離子溶劑膜具有良好的親水性，吸堿效率高，面電阻低。

2、本發(fā)明提供了一種有機(jī)雜化離子溶劑膜，由膜液制成，所述膜液的成分包括有機(jī)多孔材料、聯(lián)苯-靛紅聚合物和溶劑；

3、所述有機(jī)多孔材料由三官能度醛類單體與二官能度胺類單體通過席夫堿反應(yīng)縮聚而成。

4、優(yōu)選的，所述三官能度醛類單體為均苯三甲醛、三醛基間苯三酚、三(4-甲酰苯基)胺、2,4,6-三(4-醛基苯基)-1,3,5-三嗪、1,3,5-三(對(duì)甲?；交?苯、2,4,6-三(4-甲?；窖趸?-1,3,5-三嗪、[1,3,5-三甲基-2,4,6-三(4'-醛基苯基)]苯、1,3,5-三甲氧基-2,4,6-三甲酰基苯和三(四苯甲醛基)磷中的一種或多種。

5、優(yōu)選的，所述二官能度胺類單體為3,3'-二甲氧基聯(lián)苯胺、1氫-吲唑-4,7-二胺、3,3'-二氨基二苯砜、2,5-bis(2-methoxyethoxy)terephthalohydrazide、2,5-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethoxy)terephthalohydrazide、2,5-二甲氧基對(duì)苯二甲酰肼、2,4-二氨基-1,3,5-三嗪、[3,3'-二-1,2,4-1h-三氮唑]-5,5'-二胺和溴化乙錠中的一種或多種。

6、優(yōu)選的，所述聯(lián)苯-靛紅聚合物由聯(lián)苯與靛紅共聚而成，所述聯(lián)苯與靛紅的質(zhì)量比為(15～30):15。

7、優(yōu)選的，有機(jī)多孔材料與聯(lián)苯-靛紅聚合物的質(zhì)量比為(0.01～0.1):8。

8、本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述的有機(jī)雜化離子溶劑膜的制備方法，包括以下步驟：

9、將膜液流延到平板上，干燥，得到有機(jī)雜化離子溶劑膜；所述膜液的成分包括有機(jī)多孔材料、聯(lián)苯-靛紅聚合物和溶劑。

10、優(yōu)選的，所述有機(jī)多孔材料按照以下步驟制備得到：

11、在酸催化條件下，三官能度醛類單體與二官能度胺類單體在有機(jī)溶劑中進(jìn)行席夫堿反應(yīng)，得到有機(jī)多孔材料。

12、優(yōu)選的，所述席夫堿反應(yīng)的溫度為80～150℃；所述席夫堿反應(yīng)的時(shí)間為3～12天。

13、優(yōu)選的，所述聯(lián)苯-靛紅聚合物按照以下步驟制備得到：

14、在酸催化條件下，聯(lián)苯與靛紅在有機(jī)溶劑中進(jìn)行共聚反應(yīng)，得到聯(lián)苯-靛紅聚合物。

15、本發(fā)明提供了一種堿性電解槽，包括上述技術(shù)方案所述的有機(jī)雜化離子溶劑膜。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種有機(jī)雜化離子溶劑膜及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的有機(jī)雜化離子溶劑膜由膜液制成，所述膜液的成分包括有機(jī)多孔材料、聯(lián)苯-靛紅聚合物和溶劑；所述有機(jī)多孔材料由三官能度醛類單體與二官能度胺類單體通過席夫堿反應(yīng)縮聚而成。本發(fā)明在聯(lián)苯-靛紅聚合物類離子溶劑膜材料內(nèi)引入了特定的有機(jī)多孔材料，顯著提高了離子溶劑膜和水的親和性，提高了膜在堿性溶液中的吸堿效率，降低了膜的面電阻，從而使基于該離子溶劑膜組裝的堿性電解槽表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本發(fā)明提供的有機(jī)雜化離子溶劑膜的水接觸角＜50°，吸堿率＞20％，面電阻＜0.2ωcm2。

技術(shù)特征：

1.一種有機(jī)雜化離子溶劑膜，由膜液制成，所述膜液的成分包括有機(jī)多孔材料、聯(lián)苯-靛紅聚合物和溶劑；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)雜化離子溶劑膜，其特征在于，所述三官能度醛類單體為均苯三甲醛、三醛基間苯三酚、三(4-甲酰苯基)胺、2,4,6-三(4-醛基苯基)-1,3,5-三嗪、1,3,5-三(對(duì)甲酰基苯基)苯、2,4,6-三(4-甲?；窖趸?-1,3,5-三嗪、[1,3,5-三甲基-2,4,6-三(4'-醛基苯基)]苯、1,3,5-三甲氧基-2,4,6-三甲酰基苯和三(四苯甲醛基)磷中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)雜化離子溶劑膜，其特征在于，所述二官能度胺類單體為3,3'-二甲氧基聯(lián)苯胺、1氫-吲唑-4,7-二胺、3,3'-二氨基二苯砜、2,5-二甲氧基對(duì)苯二甲酰肼、2,4-二氨基-1,3,5-三嗪、[3,3'-二-1,2,4-1h-三氮唑]-5,5'-二胺、溴化乙錠、2,5-bis(2-methoxyethoxy)terephthalohydrazide和2,5-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethoxy)terephthalohydrazide中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)雜化離子溶劑膜，其特征在于，所述聯(lián)苯-靛紅聚合物由聯(lián)苯與靛紅共聚而成，所述聯(lián)苯與靛紅的質(zhì)量比為(15～30):15。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)雜化離子溶劑膜，有機(jī)多孔材料與聯(lián)苯-靛紅聚合物的質(zhì)量比為(0.01～0.1):8。

6.一種權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的有機(jī)雜化離子溶劑膜的制備方法，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)多孔材料按照以下步驟制備得到：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述席夫堿反應(yīng)的溫度為80～150℃；所述席夫堿反應(yīng)的時(shí)間為3～12天。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述聯(lián)苯-靛紅聚合物按照以下步驟制備得到：

10.一種堿性電解槽，包括權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的有機(jī)雜化離子溶劑膜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于材料化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種有機(jī)雜化離子溶劑膜及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的有機(jī)雜化離子溶劑膜由膜液制成，所述膜液的成分包括有機(jī)多孔材料、聯(lián)苯?靛紅聚合物和溶劑；所述有機(jī)多孔材料由三官能度醛類單體與二官能度胺類單體通過席夫堿反應(yīng)縮聚而成。本發(fā)明在聯(lián)苯?靛紅聚合物類離子溶劑膜內(nèi)引入了特定的有機(jī)多孔材料，顯著提高了離子溶劑膜和水的親和性，提高了膜在堿性溶液中的吸堿效率，降低了膜的面電阻，從而使基于該離子溶劑膜組裝的堿性電解槽表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本發(fā)明提供的有機(jī)雜化離子溶劑膜的水接觸角＜50°，吸堿率＞20％，面電阻＜0.2Ωcm<supgt;2</supgt;。

技術(shù)研發(fā)人員：姚進(jìn),何慶一
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧波中科氫易膜科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19