一种玻璃纤维布增强阴离子交换膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及燃料电池技术领域技术领域，公开了一种玻璃纤维布增强阴离子交换膜及其制备方法，包括如下步骤：S1溴化聚苯醚经季磷化处理，得到季磷化改性溴化聚苯醚成膜液；S2玻璃纤维布浸入成膜液中，经流延成膜得到阴离子交换膜；S1中，溴化聚苯醚的合成工艺为，烷基苯酚经溴化、聚合得到溴化聚苯醚。本发明专利技术通过合成一种溴取代的程度高的溴化聚苯醚，再对其进行季磷化处理，使得季磷化程度更高，阳离子基团数量更多，因此能得到较高的离子交换率；同时使用玻璃纤维布来提升阴离子交换膜的机械性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃纤维布增强阴离子交换膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体地说，涉及一种玻璃纤维布增强阴离子交换膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种高效、节能的能源转换装置，通过燃料的电化学氧化和氧化剂的电化学还原来产生电流，过程避免了环境污染。其中聚合物电解质膜燃料电池由于具有较高的功率密度、较长的使用寿命以及应用领域而被广泛地应用与研究。依据电池中膜材料的不同，聚合物电解质膜燃料电池又进一步划分为质子交换膜燃料电池（PEMFCs）和阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）。PEMFCs虽然具有较高的电导率，但其价格昂贵且需要使用贵金属催化剂。因此，当前的研究逐渐向AEMFCs发展。
[0003]AEMFCs的主要部件为阴离子交换膜（AEMs），其发挥了传递氢氧根离子和阻隔燃料渗漏的作用。AEMs是对阴离子具有选择透过性的高分子聚合物膜，通常由聚合物主链和阳离子基团组成。AEMs常用于水处理、电化学工业及燃料电池等。聚合物主链结构决定膜的力学性能、热稳定性能等；而阳离子基团则影响膜的电导率及耐碱稳定性。然而，对于阴离子交换膜而言，由于其工作环境为高碱性（pH＞14）及高温（＞60℃），故存在稳定性差的缺点，极易发生聚合物主体与碱性基团的降解。同时，由于AEMFCs中移动离子是氢氧根离子，而氢氧根离子的扩散系数低于氢离子扩散系数的1/4，故存在氢氧根电导率低下与两极阻隔性较差等缺陷。
[0004]关于碱性阴离子交换膜的制备，国内外已有广泛的研究报道。现有用于碱性阴离子交换膜制备的高分子材料包括聚苯醚类、聚醚酮类、聚醚砜类、聚乙烯醇类等。关于聚苯醚类阴离子交换膜，目前已有一些研究报道，如K Hari Gopi通过控制反应过程中温度、氯化试剂的量制得氯化度不同的聚苯醚，得到一系列不同季铵化聚苯醚阴离子交换膜结果表明，当氯化程度为40%时，将QPPO膜应用于电池装置中，70℃时测得最大电导率为83mS/cm，但在碱性及高温稳定性方面效果仍需进一步提高。
[0005]如公开号为CN108923056A的专利，公开了一种高电导率的新型聚苯醚阴离子交换膜的制备方法，该专利先将聚苯醚经溴化、羟基化改性得到部分羟基化溴代聚苯醚，再与环氧氯丙烷反应后，与季铵化试剂反应得到高导电率型聚苯醚阴离子交换膜。该专利在制备过程中，将溴甲基化聚苯醚浸泡于氢氧化钠溶液使其发生羟基化反应，反应程度较低；后续过程虽然进行醚化及热交联处理提升了膜的机械性能，但仅是季铵化处理对膜离子电导率的提升较为有限。

技术实现思路

[0006]<本专利技术解决的技术问题>当前的聚苯醚阴离子交换膜存在导电率低、机械性能不足的问题。
[0007]<本专利技术采用的技术方案>
针对上述的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种玻璃纤维布增强阴离子交换膜及其制备方法。本专利技术通过合成一种溴取代的程度高的溴化聚苯醚，再对其进行季磷化处理，使得季磷化程度更高，阳离子基团数量更多，因此能得到较高的离子交换率；同时使用玻璃纤维布来提升阴离子交换膜的机械性能。
[0008]具体内容如下：第一，本专利技术提供了一种玻璃纤维布增强阴离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：S1 溴化聚苯醚经季磷化处理，得到季磷化改性溴化聚苯醚成膜液；S2 玻璃纤维布浸入成膜液中，经流延成膜得到阴离子交换膜；S1中，溴化聚苯醚的合成工艺为，烷基苯酚经溴化、聚合得到溴化聚苯醚。
[0009]第二，本专利技术提供了一种由前述的制备方法得到的玻璃纤维布增强阴离子交换膜。
[0010]<本专利技术采用的技术机理>阴离子交换膜所面临的最大难题是膜在碱性条件下电导率不高，机械性能不好，化学稳定性较差，在强碱性环境下容易发生降解反应，导致燃料电池失效，这些缺陷都极大的限制了其应用。
[0011]因而，本申请采用一种合成高程度季磷化聚苯醚为基体，以玻璃纤维布作为增强材料，制备时对原材料
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烷基苯酚进行溴化、再聚合得到高溴化度聚苯醚，而后对得到的溴化聚苯醚进行季磷化处理，辅以玻璃纤维布作为增强材料，从而增加阴离子交换膜的机械性能，最后延流成膜。
[0012]本专利技术在合成基体过程中利用苯酚对位氢原子易发生溴取代反应的特征，在单体时使其完成溴化反应，使溴化反应程度提高，从而得到高季磷化基体，能够有效提高离子传导率，同时季磷基团的耐碱稳定性高于季铵基团。同时，玻璃纤维布作为增强体，可有效提高膜的机械性能，实现高度功能化。
[0013]<本专利技术达到的有益效果>（1）本专利技术合成的基体材料季磷化聚苯醚，具有合成工艺简单、溴化程度高从而阳离子基团含量高的特点，能够明显改善阴离子交换膜的离子电导率。
[0014]（2）本专利技术使用玻璃纤维布与基体材料复合，综合了不同材料的特性，用以增强阴离子交换膜的机械性能，从而提高了阴离子交换膜的使用寿命。
[0015]（3）本专利技术的玻璃纤维布增强阴离子交换膜的制备工艺简单、易于操作，适用于实际生产。
具体实施方式
[0016]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0017]第一，本专利技术提供了一种玻璃纤维布增强阴离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：
S1 溴化聚苯醚经季磷化处理，得到季磷化改性溴化聚苯醚成膜液；S2 玻璃纤维布浸入成膜液中，经流延成膜得到阴离子交换膜；S1中，溴化聚苯醚的合成工艺为，S11 烷基苯酚在第一催化剂存在下，与溴水反应得到2，6
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二甲基
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4溴苯酚；S12 2，6
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二甲基
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4溴苯酚在自由基引发剂存在下，与N
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溴代丁二酰亚胺进行溴化反应，得到溴化苯酚；S13溴化苯酚在第二催化剂的作用下，经氧化耦合聚合反应得到溴化聚苯醚。
[0018]本专利技术中，溴化聚苯醚的溴化度为50~80%。
[0019]本专利技术中，S1中，溴化聚苯醚的合成工艺为，烷基苯酚首先在碱性催化剂（第一催化剂）作用下与溴水反应，之后，产物在自由基引发剂作用下与（N
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溴代丁二酰亚胺）NBS反应得到溴化苯酚；溴化苯酚在第二催化剂的作用下，经氧化耦合聚合反应得到溴化聚苯醚。
[0020]S11中，烷基苯酚与溴水的摩尔比为1:1~5，第一催化剂包括K2CO3, KOH, NaOH、Ca(OH)2中的至少一种，第一催化剂与溴水的摩尔比为1:1~10。
[0021]S12中，2，6
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二甲基
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4溴苯酚与N
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溴代丁二酰亚胺的摩尔比为1:2~10，自由基引发剂占N
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溴代丁二酰亚胺质量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玻璃纤维布增强阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1溴化聚苯醚经季磷化处理，得到季磷化改性溴化聚苯醚成膜液；S2玻璃纤维布浸入成膜液中，经流延成膜得到阴离子交换膜；S1中，溴化聚苯醚的合成工艺为，烷基苯酚经溴化、聚合得到溴化聚苯醚。2.根据权利要求1所述的玻璃纤维布增强阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，S1中，溴化聚苯醚的合成工艺为，S11烷基苯酚在第一催化剂存在下，与溴水反应得到2，6
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二甲基
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4溴苯酚；S12 2，6
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二甲基
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4溴苯酚在自由基引发剂存在下，与N
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溴代丁二酰亚胺进行溴化反应，得到溴化苯酚；S13溴化苯酚在第二催化剂的作用下，经氧化耦合聚合反应得到溴化聚苯醚。3.根据权利要求2所述的玻璃纤维布增强阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，S11中，烷基苯酚与溴水的摩尔比为1:1～5，第一催化剂包括K2CO3,KOH,NaOH，Ca(OH)2中的至少一种，第一催化剂与溴水的摩尔比为1:1～10。4.根据权利要求2所述的玻璃纤维布增强阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，S12中，2，6
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二甲基
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4溴苯酚与N
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溴代丁二酰亚胺的摩尔比为1:2～10，自由基引发剂占N
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溴代丁二酰亚胺质量的3％～50％。5.根据权利要求4所述的玻璃纤维布增强阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，自由基引发剂包括过氧化二苯甲酰，偶氮二异丁腈，偶氮二异庚腈，偶氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵天宝，袁诗琳，杨志，
申请(专利权)人：成都锂能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：