本申请涉及一种离子交换技术领域，特别是涉及一种离子交换膜及其制备方法和应用，无需设计新单体，以及通过交联和有机无机复合等复杂的反应来制备离子交换膜，即可得到机械性能优异、导电率良好的离子交换膜，操作简便易行，成本低，改性效果明显。一种离子交换膜的制备方法，包括：提供第一聚合物膜，第一聚合物膜的结构通式如下式（I）所示：式（I）；其中，R为C<subgt;1</subgt;~C<subgt;4</subgt;的亚烷基，Ar为C<subgt;6</subgt;~C<subgt;18</subgt;的亚芳基或C<subgt;3</subgt;~C<subgt;10</subgt;的二价杂芳基；对第一聚合物膜进行去质子化处理，得到第二聚合物膜；对第二聚合物膜进行拉伸，以对第二聚合物膜进行改性，制备离子交换膜。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及离子交换，特别是涉及一种离子交换膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着风能和光能等可再生能源的开发与应用，绿电产量逐年增长。为了安全消纳及存储逐年快速增长的绿电，电解槽水电解制氢技术越来越受到人们的广泛关注。
2、目前，基于全氟磺酸膜的质子交换膜的电解槽，具有效率高，产气纯的特点。然而由于电极材料无法避免地使用贵金属催化剂，如铂，铱，钌，使得质子交换膜的电解槽难以大规模发展。基于此，可使用非贵金属催化剂的传统碱性电解槽由于其低成本，高耐久的特点而被广泛应用。
3、近年来，迅速发展的阴离子交换膜的电解槽结合了质子交换膜与碱性电解槽的优点，使其有望成为下一代低成本，高效率的电解水制氢的核心技术。然而，季铵盐型官能团不稳定的缺点，使其难以长时运行，距离工业化要求还有相当一段距离。另一可行的思路是在碱性电解槽中引入离子溶剂膜。这种固液二元体系的半固态膜由含有亲水基团的聚合物及碱性溶液组成，如聚苯并咪唑-氢氧化钾溶液离子溶剂膜，兼具了致密聚合物薄膜的高阻气性和碱性溶液电解质的高导电性。而阴离子交换膜在吸收碱性溶液后具有较高的溶胀率，导致其机械性能下降。通常的改进方法涉及新单体的设计，交联和有机无机复合，过程均较为复杂。
技术实现思路
1、基于此，本申请的一些实施例提供一种离子交换膜及其制备方法和应用，无需设计新单体，以及通过交联和有机无机复合等复杂的反应来制备离子交换膜，即可得到机械性能优异、导电率良好的离子交换膜，操作简便易行，成本低，改性效果明显。</p>2、第一方面，提供一种离子交换膜的制备方法，包括：
3、提供第一聚合物膜，所述第一聚合物膜的结构通式如下式（i）所示：
4、 式（i）；
5、其中，r为c1~c4的亚烷基，ar为c6~c18的亚芳基或c3~c10的二价杂芳基
6、对所述第一聚合物膜进行去质子化处理，得到第二聚合物膜；
7、对所述第二聚合物膜进行拉伸，以对所述第二聚合物膜进行改性，制备所述离子交换膜。
8、可选地，对所述第一聚合物膜进行去质子化处理，得到第二聚合物膜，包括：
9、将所述第一聚合物膜浸泡于第一碱性水溶液中第一预设时间，以对所述第一聚合物膜进行去质子化处理。
10、可选地，所述制备方法满足如下条件中的至少一个：
11、（1）所述第一碱性水溶液所采用的碱包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铯、氢氧化镁、氢氧化钙、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾和碳酸氢钠中的至少一种；
12、（2）所述第一碱性水溶液的浓度为5wt%~30wt%；
13、（3）所述第一预设时间为4h~24h。
14、可选地，对所述第二聚合物膜进行拉伸，以对所述第二聚合物膜进行改性，制备所述离子交换膜，包括：
15、将所述第二聚合物膜的第一端和第二端固定；所述第二聚合物膜为矩形，所述第一端和所述第二端为所述矩形沿第一方向或第二方向的相对的两端，所述第一方向为所述矩形的第一边延伸方向，所述第二方向为所述矩形的第二边延伸方向，所述第一方向和所述第二方向垂直，所述第一端和所述第二端之间具有第一长度；
16、对所述第二聚合物的所述第二端和/或所述第一端施加拉力，对所述第二聚合物膜进行拉伸，直至所述第二聚合物膜的所述第一端和所述第二端之间的距离被拉伸至第二长度，所述第二长度大于所述第一长度。
17、可选地，所述制备方法满足如下条件中的至少一个：
18、（1）所述拉伸的速率为10 mm/min ~30mm/min；
19、（2）所述第二长度为所述第一长度的2~3倍；
20、（3）所述第一长度为所述矩形的第一边或第二边的长度减去所述第一端和所述第二端在所述第一方向或所述第二方向上的长度；
21、（4）所述第一端和所述第二端在所述第一方向或所述第二方向上的长度为所述矩形的第一边或所述第二边的长度的1/5。
22、可选地，在对所述第一聚合物膜进行去质子化处理，得到第二聚合物膜之后，以及对所述第二聚合物膜进行拉伸，以对所述第二聚合物膜进行改性，制备所述离子交换膜之前，所述制备方法还包括：
23、对所述第二聚合物膜的导电率进行测量；
24、在对所述第二聚合物膜进行改性，制备所述离子交换膜之后，所述制备方法还包括：
25、将所述离子交换膜裁剪为与所述第二聚合物膜相同的形状，并采用与所述第二聚合物膜相同的导电率测量方法对所述离子交换膜的导电率进行测量。
26、第二方面，提供一种离子交换膜，所述离子交换膜采用如第一方面所述的制备方法制备得到。
27、可选地，所述离子交换膜满足如下条件中的至少一个：
28、（1）所述离子交换膜的拉伸强度为12.4 mpa ~200 mpa；
29、（2）所述离子交换膜的杨氏模量为234 mpa ~5437 mpa；
30、（3）所述离子交换膜的导电率为34.5 ms/m ~38.5 ms/m。
31、可选地，所述离子交换膜的厚度为5μm ~100μm。
32、第三方面，提供一种如第二方面所述的离子交换膜作为阴离子交换膜或离子溶剂膜的应用。
33、与相关技术相比较，本申请具有如下有益效果：
34、通过对第一聚合物膜进行去质子化处理，可以对第一聚合物膜的耐碱腐蚀性能、机械性能和阴离子传导性能进行改进，得到适用于阴离子交换的第二聚合物膜，而后，通过对去质子化处理后的第二聚合物膜进行拉伸，即可对第二聚合物膜进行进一步改性，优化该第二聚合物膜中的结晶度、分子链排布和结晶取向度等，从而可以提升该离子交换膜的力学性能，如增强强度和模量等，并保持该离子交换膜较高的电导率，解决了相关技术中离子交换膜在吸收碱液后具有较高的溶胀率，导致其机械性能下降，以及需要设计新单体，交联和有机无机复合，过程均较为复杂等的问题。
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【技术保护点】
1.一种离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于，对所述第一聚合物膜进行去质子化处理，得到第二聚合物膜，包括：
3.根据权利要求2所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足如下条件中的至少一个：
4.根据权利要求1~3任一项所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于，对所述第二聚合物膜进行拉伸，以对所述第二聚合物膜进行改性，制备所述离子交换膜，包括：
5.权利要求4所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足如下条件中的至少一个：
6.根据权利要求1~3任一项所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于，在对所述第一聚合物膜进行去质子化处理，得到第二聚合物膜之后，以及对所述第二聚合物膜进行拉伸，以对所述第二聚合物膜进行改性，制备所述离子交换膜之前，所述制备方法还包括：
7.一种离子交换膜，其特征在于，所述离子交换膜采用如权利要求1~6任一项所述的制备方法制备得到。
8.根据权利要求7所述的离子交换膜，其特征在于，所述离子交换膜满足如下条件中的至少一个：
9.根据权利要求7或8所述的离子交换膜，其特征在于，所述离子交换膜的厚度为5μm ~100μm。
10.一种如权利要求7~9任一项所述的离子交换膜作为阴离子交换膜或离子溶剂膜的应用。
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【技术特征摘要】
1.一种离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于，对所述第一聚合物膜进行去质子化处理，得到第二聚合物膜，包括：
3.根据权利要求2所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足如下条件中的至少一个：
4.根据权利要求1~3任一项所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于，对所述第二聚合物膜进行拉伸，以对所述第二聚合物膜进行改性，制备所述离子交换膜，包括：
5.权利要求4所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足如下条件中的至少一个：
6.根据权利要求1~3任一项所述的离子交...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏一帆，罗明轩，马炬刚，
申请(专利权)人：北京元泰能材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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