一种基于螺环扭曲结构主链聚芳醚离子交换膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于阴离子交换膜技术领域，旨在提高阴离子交换膜的离子传递性能和尺寸稳定性，提供了一种基于螺环扭曲结构主链聚芳醚离子交换膜及其制备方法，合成了具有较优异空间位阻螺环扭曲结构主链聚芳醚聚合物，具有高电导率和尺寸稳定性，再对聚合物进行季胺化得到螺环扭曲主链聚芳醚聚合物，并制膜。所制备的膜具有较低离子交换基团，仍具有较好的离子传导率，可应用于中性电池中。可应用于中性电池中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于螺环扭曲结构主链聚芳醚离子交换膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于阴离子交换膜
，涉及到一种基于螺环扭曲结构主链聚芳醚离子交换膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着人们生活水平提高，人们对能源的需求量不断增加，传统化石能源的储量不足以满足人们的需求，且大量的化石燃料的燃烧会造成环境污染，因此研究可再生能源势在必行，像风能、太阳能、水能等可再生能源发电，存在着不连续不稳定限制因素多的问题，会对电网造成冲击，开发利用安全可靠的电能储能技术十分必要。作为最有应用前景的大型储能系统之一，氧化还原液流电池(RFB)近年来备受关注。其主要组件由电极，电解质和膜组成。其中，膜是最重要的成分之一，它不仅影响整个循环性能，还决定系统的经济可行性。该膜将正负半电池分开，并防止两极电解液中活性物质交叉污染，同时提供所需的离子电导率。理想的膜应具有高离子电导率，低吸水率、溶胀率和活性物质的渗透性；化学稳定性好，成本低。常规的离子交换膜如Dongyang Chen and和Michael A.Hickner在Macromolecules中报道的QA
‑
PAEK膜及Jing Pan,Yao Li,等人在Energy Environ中报道的QAPS膜等，均在具有高电导率，但由于具有过高的离子交换基团存在吸水率，溶胀率较大的问题。因此寻找在具有较低离子交换基团仍具有高电导率的聚合物，是目前的重点。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在具有较低离子交换基团情况下，保证提高阴离子交换膜的离子传递性能，提供了一种基于螺环扭曲结构主链聚芳醚离子交换膜的制备方法：合成了具有大空间位阻含有螺环扭曲结构主链聚芳醚聚合物，再对聚合物进行季胺化得到螺环扭曲结构主链聚芳醚官能化聚合物，并制膜。所制备的膜保证在相对较低的离子交换基团下，具有高离子传导率，可应用于中性水系有机液流电池中。
[0004]本专利技术的技术方案：
[0005]一种基于螺环扭曲结构主链聚芳醚离子交换膜，基于螺环扭曲结构主链季铵型聚芳醚的结构如下：
[0006][0007]其中：N为0～0.5之间的正数；R为
‑
H/
‑
CH2‑
N
‑
(CH3)2[0008]一种基于螺环扭曲结构主链季铵型聚芳醚离子交换膜的制备方法，步骤如下：
[0009](1)5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满的合成：将双酚A溶解在甲基磺酸中，在室温搅拌4天；将反应溶液倒入冰水中析出，过滤、洗涤、干燥得到粗产品，用无水乙
醇进行重结晶，冷却、过滤、干燥得到产物5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满；
[0010]所述的5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满结构式如下：
[0011][0012]所述的双酚A在反应溶剂中甲基磺酸的w/v为45％～65％；
[0013](2)胺化的5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满的合成：将5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满溶解在无水乙醇中，依次加入37％甲醛水溶液和40％二甲胺水溶液，一定温度条件下反应24h，将反应溶液过滤、洗涤、干燥得到胺化的5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满；
[0014]所述的胺化的5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满结构式如下：
[0015][0016]其中，R为
‑
H/
‑
CH2‑
N
‑
(CH3)2；
[0017]所述的5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满：甲醛：二甲胺摩尔比为：1：1～10：1～10；
[0018]所述的一定温度为30～80℃；
[0019]所述的5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满溶在无水乙醇中的w/v为14.3％～16.7％；
[0020](3)胺化的双酚芴的合成：将双酚芴溶于无水乙醇中，依次加入37％甲醛水溶液和40％二甲胺水溶液，一定温度条件下反应24h，将反应溶液过滤、洗涤、干燥得到粗产物，用甲苯与无水乙醇的混合溶液重结晶，冷却、过滤、干燥得到胺化的双酚芴单体；
[0021]所述的胺化的双酚芴结构式如下：
[0022][0023]其中，R为
‑
H/
‑
CH2‑
N
‑
(CH3)2；
[0024]所述的双酚芴：甲醛：二甲胺摩尔比为：1：1～10：1～10；
[0025]所述的一定温度为30～80℃；
[0026]所述的甲苯与无水乙醇混合溶液的体积比为3：1；
[0027](4)基于螺环扭曲官能化结构主链聚芳醚的合成：在惰性气体保护下，将胺化的5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满、胺化的双酚芴、全氟联苯和碳酸钾溶解于N,
N
‑
二甲基乙酰胺中，在65℃温度条件下保持温度恒定反应一定时间；将反应溶液倒入沉淀剂A中，过滤、洗涤、干燥得到基于螺环及扭曲结构主链聚芳醚；
[0028]所述的胺化的5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满：胺化的双酚芴：全氟联苯：碳酸钾的摩尔比为x：1
‑
x：1：2～5，x＜0.5的正数；
[0029]所述的胺化的5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满、胺化的双酚芴、全氟联苯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于螺环扭曲结构主链聚芳醚离子交换膜，其特征在于，基于螺环扭曲结构主链聚芳醚的结构如下：其中，N为小于1正数；R为
‑
H/
‑
CH2‑
N
‑
(CH3)2。2.权利要求1所述的基于螺环扭曲结构主链聚芳醚离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满的合成：将双酚A溶解在甲基磺酸中，在室温搅拌4天；将反应溶液倒入冰水中析出，过滤、洗涤、干燥得到粗产品，用无水乙醇进行重结晶，冷却、过滤、干燥得到产物5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满；所述的5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满结构式如下：所述的双酚A在甲基磺酸中的w/v为45％～65％；(2)胺化的5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满的合成：将5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满溶解在无水乙醇中，依次加入37wt.％甲醛水溶液和40wt.％二甲胺水溶液，一定温度条件下反应24h，将反应溶液过滤、洗涤、干燥得到胺化的5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
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螺旋双茚满；所述的胺化的5，5
‑
二羟基
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3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满结构式如下：其中，R为
‑
H/
‑
CH2‑
N
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(CH3)2；所述的5，5
‑
二羟基
‑
3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
‑
螺旋双茚满：甲醛：二甲胺摩尔比为：1：1～10：1～10；所述的一定温度为30～80℃；所述的5，5
‑
二羟基
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3，3，3，3
‑
四甲基
‑
1，1
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螺旋双茚满溶在无水乙醇中的w/v为14.3％～16...

【专利技术属性】
技术研发人员：焉晓明，樊勃言，贺高红，高莉，姜晓滨，吴雪梅，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：