一种用于燃料电池的交联型固体电解质离子交换膜及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于燃料电池的交联型固体电解质离子交换膜及其制备方法，该膜由以下步骤制得：1.N

【技术实现步骤摘要】
65℃下，氮气保护下冷凝回流，反应进行36-50小时，使之在聚合物N上发生季铵化，蒸干溶剂，得到固体物质聚离子液体；3).共混铸膜溶液的制备：于混合溶剂（二甲基亚砜和纯水等质量比）中加入上述步骤2)的聚离子液体固体物质，升温至60℃-80℃，超声分散使之溶胀溶解后，向其中加入一定比例的聚乙烯醇PVA，磁力搅拌使其溶胀溶解，混合均匀；4).交联成膜：取适量步骤3)混合液于烧瓶中，加入5%-10%的戊二醛溶液，3-10滴稀盐酸，磁力搅拌10-15min，后混合液平铺于玻璃盘上，放入30-40℃的烘箱中，反应4-8小时， 放入60-100℃的真空烘箱中60-80小时烘干溶剂，得到交联型阴离子交换膜，剥离出来，置于室温1M氢氧化钠溶液中浸泡24-48h，得到氢氧型交联型阴离子交换膜。
[0007]优选地，步骤1)中所述的N-取代含双键的氮杂环单体，为N-乙烯基咪唑、N-乙烯基咔唑、N-乙烯基吡咯烷酮中的一种或二种以上混合物。
[0008]优选地，步骤1)中所述的含双键的氮杂环单体、无水乙醇、偶氮二异丁腈的质量比为1:(4-10):(0.005-0.01)。
[0009]较佳地，步骤2)中所述的溶剂为甲醇、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种。
[0010]优选地，步骤2)中所述的一卤代直链醇类结构简式为Br-(CH2)n-OH，其中n=2-6。
[0011]优选地，步骤2)中所述聚合物（重复单元）、一卤代醇、碘化钠物质的量比为1:(0.1-5):(0.002-0.01)。
[0012]优选地， 步骤3)中所述聚离子液体固体、聚乙烯醇、混合溶剂质量比为1:(0.2-5):(10-20)。
[0013]优选地，步骤4)中所述加入5%-10%的戊二醛溶液质量为0.5-2g。
[0014]一种聚合物电解质离子交换膜的制备方法，所述的交联方法是聚离子液体与聚乙烯醇的羟基之间化学交联。
[0015]由于上述技术方案的运用，本专利技术具有以下有益效果：(1) 本专利技术公开的聚合物阴离子交换膜的制备方法，原料易得，简单易行，对设备及反应条件要求不高，易实现规模化生产。
[0016](2)本专利技术公开的聚合物阴离子交换膜，在聚合物分子中N杂环上季铵化，产生传导的功能位点形成聚合物离子液体，同时引入羟基便于和PVA交联，解决了离子液体和PVA溶于水的问题，这种大分子离子液体克服了如小分子离子液体引入易流失的问题，因此膜的性能稳定。
附图说明
[0017]图 1为本专利技术实施例 1-6 所得产物电解质膜的性能数据图。
具体实施方式
[0018]实施例11).N-乙烯基咪唑聚合：在12g无水乙醇中将2.0gN-乙烯基咪唑溶解，加入重结晶的引发剂偶氮二异丁腈0.02g，通入氮气30min去除体系中的氧气，磁力搅拌均匀后，加热至72℃，在氮气保护下冷凝回流，反应24小时，将反应混合液倒入石油醚中析出聚合物，再用乙
醇溶解聚合物再析出，真空烘干得含氮杂环的聚合物聚乙烯咪唑。2).聚乙烯咪唑的季铵化：在乙醇中将1)得到的聚乙烯咪唑1.0g超声分散溶解，加入3-溴丙醇3.18g，加入0.005g碘化钠，通入氮气30min去除体系中的氧气，磁力搅拌均匀后，在50℃下，冷凝回流，反应进行50小时，使之在聚合物N上发生季铵化，蒸干溶剂，得到固体物质聚离子液体。
[0019]3).共混铸膜溶液的制备：于5.0g混合溶剂（二甲基亚砜和纯水等质量比）中加入上述步骤2)聚离子液体固体物质0.25g，升温至80℃，超声分散使之溶胀溶解后，另取聚乙烯醇PVA0.125g，加入磁力搅拌使其溶解，至混合均匀。
[0020]4).交联成膜：取适量步骤3)混合液于烧瓶中，加入5%的戊二醛溶液1.0g，5滴稀盐酸，磁力搅拌10min，后将混合液平铺于玻璃盘上，放入40℃的烘箱中，反应8小时， 放入80℃的真空烘箱中79小时烘干溶剂，得到交联型阴离子交换膜，剥离出来，置于室温1M氢氧化钠溶液中浸泡47h，得到氢氧型交联型阴离子交换膜。
[0021]实施例21).N-乙烯基咔唑聚合：在14g无水乙醇中将2.0gN-乙烯基咔唑溶解，加入重结晶的引发剂偶氮二异丁腈0.02g，通入氮气30min去除体系中的氧气，磁力搅拌均匀后，加热至72℃，在氮气保护下冷凝回流，反应24小时，将反应混合液倒入石油醚中析出聚合物，再用乙醇溶解聚合物再析出，真空烘干得含氮杂环的聚合物聚乙烯咔唑。2).聚乙烯咔唑的季铵化：在乙醇中将1)得到的聚乙烯咔唑1.0g超声分散溶解，加入2-溴乙醇2.99g，加入0.005g碘化钠，通入氮气30min去除体系中的氧气，磁力搅拌均匀后，在50℃下，冷凝回流，反应进行50小时，使之在聚合物N上发生季铵化，蒸干溶剂，得到固体物质聚离子液体。
[0022]3).共混铸膜溶液的制备：于5.0g混合溶剂（二甲基亚砜和纯水等质量比）中加入上述步骤2)聚离子液体固体物质0.25g，升温至80℃，超声分散使之溶胀溶解后，另取聚乙烯醇PVA0.25g，加入磁力搅拌使其溶解，至混合均匀。
[0023]4).交联成膜：取适量步骤3)混合液于烧瓶中，加入5%的戊二醛溶液1.0g，5滴稀盐酸，磁力搅拌10min，后将混合液平铺于玻璃盘上，放入40℃的烘箱中，反应8小时， 放入80℃的真空烘箱中79小时烘干溶剂，得到交联型阴离子交换膜，剥离出来，置于室温1M氢氧化钠溶液中浸泡47h，得到氢氧型交联型阴离子交换膜。
[0024]实施例31).N-乙烯基吡咯烷酮聚合：在12g无水乙醇中将2.0gN-乙烯基吡咯烷酮溶解，加入重结晶的引发剂偶氮二异丁腈0.02g，通入氮气30min去除体系中的氧气，磁力搅拌均匀后，加热至72℃，在氮气保护下冷凝回流，反应24小时，将反应混合液倒入石油醚中析出聚合物，再用乙醇溶解聚合物再析出，真空烘干得含氮杂环的聚合物聚乙烯吡咯烷酮。2).聚乙烯吡咯烷酮的季铵化：在乙醇中将1)得到的聚乙烯吡咯烷酮1.0g超声分散溶解，加入2-溴乙醇2.95g，加入0.005g碘化钠，通入氮气30min去除体系中的氧气，磁力搅拌均匀后，在50℃下，冷凝回流，反应进行50小时，使之在聚合物N上发生季铵化，蒸干溶剂，得到固体物质聚离子液体。
[0025]3).共混铸膜溶液的制备：于5.0g混合溶剂（二甲基亚砜和纯水等质量比）中加入上述步骤2)聚离子液体固体物质0.25g，升温至80℃，超声分散使之溶胀溶解后，另取聚乙
烯醇PVA 0.75g，加入磁力搅拌使其溶解，至混合均匀。
[0026]4).交联成膜：取适量步骤3)混合液于烧瓶中，加入5%的戊二醛溶液1.0g，5滴稀盐酸，磁力搅拌10min，后将混合液平铺于玻璃盘上，放入40℃的烘箱中，反应8小时， 放入78℃的真空烘箱中79小时烘干溶剂，得到交联型阴离子交换膜，剥离出来，置于室温1M氢氧化钠溶液中浸泡47h，得到氢氧型交联型阴离子交换膜。
[0027]实施例41).N-乙烯基咪唑、N-乙烯基咔唑聚合：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池的交联型固体电解质离子交换膜，其特征在于，可按以下过程制备：1).N-取代含双键氮杂环单体的聚合：在无水乙醇中将N-取代含双键的氮杂环单体溶解，加入重结晶的引发剂偶氮二异丁腈，通入氮气30min，去除体系中的氧气，磁力搅拌均匀后，加热至65℃-75℃，在氮气保护下冷凝回流，反应16-24小时，将反应混合液倒入石油醚中析出聚合物，再溶解聚合物再析出，真空烘干得含氮杂环的聚合物；2).聚合物的季铵化：在溶剂中将1)得到的聚合物超声分散溶解，加入一定量的一卤代直链醇类，加入微量的碘化钠，通入氮气30min，去除体系中的氧气，磁力搅拌均匀后，50℃-65℃下，氮气保护下冷凝回流，反应进行36-50小时，使之在聚合物N上发生季铵化，蒸干溶剂，得到固体物质聚离子液体；3).共混铸膜溶液的制备：于混合溶剂（二甲基亚砜和纯水等质量比）中加入上述步骤2)的聚离子液体固体物质，升温至60℃-80℃，超声分散使之溶胀溶解后，向其中加入一定比例的聚乙烯醇PVA，磁力搅拌使其溶胀溶解，混合均匀；4).交联成膜：取适量步骤3)混合液于烧瓶中，加入5%-10%的戊二醛溶液，3-10滴稀盐酸，磁力搅拌10-15min，后混合液平铺于玻璃盘上，放入30-40℃的烘箱中，反应4-8小时， 放入60-100℃的真空烘箱中60-80小时烘干溶剂，得到交联型阴离子交换膜，剥离出来，置于室温1M氢氧化钠溶液中浸泡24-48h，得到氢氧型交联型阴离子交换膜。2.根据权利要求1所述的聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金，蔡超，闫丽丽，
申请(专利权)人：江苏宝林商务信息咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：