【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于离子交换聚合物，具体属于一种阴离子交换聚合物、阴离子交换膜及方法及装置。
技术介绍
1、阴离子交换膜作为一种功能强大的膜材料，在电解水制氢、碱性燃料电池、液流电池和电渗析器等众多电化学装置中扮演着至关重要的角色。它们通过独特的选择性传导阴离子的能力，使得离子能够在这些装置中高效、有序地传输，从而确保了设备的稳定运行和高效性能。阴离子交换膜的性能优劣，直接决定了这些电化学装置的工作效率和寿命。
2、阴离子交换膜的性能评估主要基于三个关键指标：离子传导率、化学稳定性和机械强度。离子传导率是衡量膜材料传导离子能力的重要指标，它直接关系到电化学装置中离子的传输速率和效率。化学稳定性则决定了膜材料在长时间运行和恶劣环境下能否保持其原有的结构和性能。而机械强度则是膜材料能否承受外部压力和形变，保持其完整性和使用寿命的关键因素。然而，要同时满足这三个性能指标，对于阴离子交换膜的研发来说，无疑是一项巨大的挑战。
3、尽管近年来在阴离子交换膜的研发领域取得了不少突破性的进展，但综合性能优异的阴离子交换膜仍然较为稀缺。尤其是在离子传导率和耐碱稳定性方面，许多现有的阴离子交换膜难以达到理想的平衡。高离子传导率通常意味着膜材料中的离子通道更加畅通，有利于离子的快速传输。然而，这也往往会导致膜材料的耐碱稳定性下降，因为在碱性环境下，高离子传导率往往伴随着离子通道结构的破坏和膜材料的降解。
4、目前，虽然有一些先进的阴离子交换膜技术能够在一定程度上提高膜材料的综合性能，如通过引入特殊的化学结构单元或采用新型
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种阴离子交换聚合物、阴离子交换膜及方法及装置，通过在聚芳基类聚合物结构中引入具有高耐碱性的阳离子基团，同时引入阳离子侧链，同步提升其离子传导率和耐碱稳定性。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种阴离子交换聚合物，所述阴离子交换聚合物的结构式如下：
3、
4、其中，a为芳基基团；x取值为50~99；q取值为0~10。
5、进一步的，所述芳基为联苯、对三联苯、间三联苯、二苯乙烷、9,9-二甲基芴中的一种或几种。
6、进一步的，所述x取值为80~99。
7、本专利技术还提供一种阴离子交换聚合物的制备方法，具体步骤如下：
8、将100份芳基化合物、x份3-奎宁环酮盐酸盐或3-奎宁环酮、（100-x）份三氟甲基对(2-对溴甲基)苯乙基酮在溶剂中溶解，得到混合物1；
9、在0℃条件下，将路易斯酸加入混合物1，搅拌反应，除杂、洗涤、烘干得到中间聚合物；
10、将100份中间聚合物与100~1000份奎宁环在溶剂中溶解反应得到阳离子取代的聚合物；
11、将阳离子取代的聚合物溶解在溶剂中，碱性条件下加入碘甲烷进行反应，沉淀、洗涤、烘干得到阴离子交换聚合物。
12、进一步的，所述路易斯酸为三氟甲磺酸和三氟乙酸。
13、本专利技术还提供一种具有高离子传输性质和耐碱稳定性的阴离子交换膜，采用阴离子交换聚合物制备，所述阴离子交换聚合物的结构式如下：
14、
15、其中，a为芳基基团；x取值为50~99；q取值为0~10。
16、进一步的，所述芳基为联苯、对三联苯、间三联苯、二苯乙烷、9,9-二甲基芴中的一种或几种；所述x取值为80~99。
17、进一步的，将阴离子交换聚合物在溶剂中溶解，倒入平整玻璃板的凹槽中，进行原位交联，烘干成膜得到阴离子交换膜。
18、本专利技术提供一种电化学装置，其中采用上述具有高离子传输性质和耐碱稳定性的阴离子交换膜。
19、本专利技术提供一种电解水反应器，采用上述具有高离子传输性质和耐碱稳定性的阴离子交换膜。
20、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
21、本专利技术提供了一种创新的阴离子交换聚合物，在聚芳基类聚合物结构中巧妙地引入了高耐碱性的阳离子基团以及提升离子电导率的阳离子侧链，具体来说，该聚合物的结构式中，a代表芳基基团，这些芳基基团的选择为聚合物提供了稳定的骨架结构。x的取值范围在50至99之间确保了聚合物中阳离子基团和侧链的合理分布；q的取值范围为0至10，进一步调控了聚合物的性能。这一设计不仅显著增强了聚合物的耐碱稳定性，还大幅提高了其离子传输性能。
22、利用上述创新的阴离子交换聚合物，本专利技术成功制备出了一种具有高离子传输性质和耐碱稳定性的阴离子交换膜。在制备过程中，首先将阴离子交换聚合物溶解在溶剂中，然后将其倒入平整玻璃板的凹槽中，通过原位交联技术形成稳定的膜结构。最后，经过烘干处理，即可得到性能优异的阴离子交换膜。该膜的优势在于其卓越的离子传导率和耐碱稳定性，能够在高ph值环境下长时间稳定运行，且不易发生降解或性能下降。这使得它在电解水制氢等电化学过程中具有显著的优势，因此本专利技术阴离子交换膜在电解水反应器等电化学装置中具有广泛的应用前景。
23、采用本专利技术提供的阴离子交换膜的离子传导率高，可以显著提高电化学过程的效率，降低能耗，本专利技术提供的阴离子交换膜的耐碱稳定性强，能够在恶劣的碱性环境中长时间稳定运行，延长了装置的使用寿命。此外，本专利技术的制备方法简单高效，降低了生产成本，使得电化学装置和电解水反应器的商业化应用更加可行，为新能源产业的发展提供了有力的技术支撑。
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1.一种阴离子交换聚合物，其特征在于，所述阴离子交换聚合物的结构式如下：
2.根据权利要求1所述的一种阴离子交换聚合物，其特征在于，所述芳基为联苯、对三联苯、间三联苯、二苯乙烷、9,9-二甲基芴中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种阴离子交换聚合物，其特征在于，所述X取值为80~99。
4.权利要求1~3中任一项所述的一种阴离子交换聚合物的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的一种阴离子交换聚合物的制备方法，其特征在于，所述路易斯酸为三氟甲磺酸和三氟乙酸。
6.一种具有高离子传输性质和耐碱稳定性的阴离子交换膜，其特征在于，采用阴离子交换聚合物制备，所述阴离子交换聚合物的结构式如下：
7.根据权利要求6所述一种具有高离子传输性质和耐碱稳定性的阴离子交换膜，其特征在于，所述芳基为联苯、对三联苯、间三联苯、二苯乙烷、9,9-二甲基芴中的一种或几种；所述X取值为80~99。
8.根据权利要求6所述的一种具有高离子传输性质和耐碱稳定性的阴离子交换膜，其特征在于，将阴离子交换聚
9.一种电化学装置，其特征在于，其中采用权利要求6~8中任一项所述的具有高离子传输性质和耐碱稳定性的阴离子交换膜。
10.一种电解水反应器，其特征在于，采用权利要求6~8中任一项所述的具有高离子传输性质和耐碱稳定性的阴离子交换膜。
...【技术特征摘要】
1.一种阴离子交换聚合物，其特征在于，所述阴离子交换聚合物的结构式如下：
2.根据权利要求1所述的一种阴离子交换聚合物，其特征在于，所述芳基为联苯、对三联苯、间三联苯、二苯乙烷、9,9-二甲基芴中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种阴离子交换聚合物，其特征在于，所述x取值为80~99。
4.权利要求1~3中任一项所述的一种阴离子交换聚合物的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的一种阴离子交换聚合物的制备方法，其特征在于，所述路易斯酸为三氟甲磺酸和三氟乙酸。
6.一种具有高离子传输性质和耐碱稳定性的阴离子交换膜，其特征在于，采用阴离子交换聚合物制备，所述阴离子交换聚合物...
【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，卢启辰，杨德明，任志博，袁树斌，宋明岩，马静波，桂原，秦继伟，孙福海，刘占蒙，刘洋，李峰，董帅，石永利，王晓龙，王金意，闫旭鹏，郭伟琦，胡琳，刘鹏，周天易，胡博，黄茹玲，张珂新，
申请(专利权)人：华能伊敏煤电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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