專利名稱：基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子交換膜及其制備方法，尤其是一種基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
離子交換膜在水處理，物質(zhì)的分離、提純，氯堿エ業(yè)，重金屬回收，以及離子交換膜燃料電池，液流儲(chǔ)能電池，新型超級(jí)電容器，離子選擇性電極等方面有著廣泛的用途。離子交換膜是ー種膜狀的離子交換樹脂，也是含有活性交換基團(tuán)的高分子聚合物電解質(zhì)，它由高分子骨架(通常膜狀的高分子骨架稱為基膜)、固定基團(tuán)及基團(tuán)上的可移動(dòng)離子三部分組成。離子交換膜按其功能不同可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜、兩性交換膜。具有離子交換功能的基團(tuán)是由兩部分組成的:一種離子是通過化學(xué)鍵固定在基膜上的，不可解離，稱為“固定基團(tuán)”，也稱為離子交換基，膜的離子交換功能由它決定，可以選擇性透過陽離子或者陰離子；另ー種離子帶有與固定基團(tuán)相反的電荷，通過靜電作用與固定基團(tuán)相連，它在電解質(zhì)溶液中會(huì)解離下來，稱為“可解離離子”或“反離子”。陰離子交換膜按其成膜材料可分為有機(jī)陰離子交換膜、無機(jī)陰離子交換膜和有機(jī)-無機(jī)雜化陰離子交換膜。中國專利CN1978038公開了ー種聚合物陰離子交換膜的制備方法，采用金屬鋅或鋁粉末和含氟有機(jī)酸作為混合催化劑對(duì)主鏈上含苯環(huán)、并且苯環(huán)之間有醚鍵相連的聚合物進(jìn)行高效的氯甲基化接枝；然后通過氣-液或液-液反應(yīng)對(duì)氯甲基化聚合物進(jìn)行季銨化，例如將三甲胺氣體通入到氯甲基化聚合物溶液中進(jìn)行季銨化反應(yīng)；再涂鑄成膜獲得季銨化陰離子交換膜。中國專利CN 101274226公開了ー種聚合物陰離子交換膜的制備方法，采用混合催化劑對(duì)主鏈上含苯環(huán)、并且苯環(huán)之間有醚鍵相連的聚合物進(jìn)行高效的氯甲基化接枝；然后對(duì)氯甲基化聚合物進(jìn)行季銨化，再涂鑄成膜即得到陰離子交換膜。在傳統(tǒng)的陰離子交換膜的制備過程中，氯甲基化步驟往往需要使用具有劇毒致癌性的試劑，且氯甲基化和銨化試劑可能會(huì)對(duì)膜造成損傷或者出現(xiàn)銨化不均勻的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的季銨鹽型陰離子交換膜還存在著熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)。中國專利CN 102050911公開了ー種制備聚合物陰離子交換膜的方法，將聚合物単體和聚合型咪唑類離子液體按一定摩爾比混合，再加入交聯(lián)劑和引發(fā)劑，將混合液超聲混合均勻，進(jìn)行原位聚合制備聚合物陰離子交換膜。由于咪唑類離子液體的成本較高，因此需要開發(fā)ー種成本較低的、基于新型離子液體的陽離子型聚合物陰離子交換膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備方法簡單、成本低、電導(dǎo)率較高、具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性的基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜及其制備方法。所述基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為:
權(quán)利要求
1.關(guān)于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜，其特征在于其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為:
2.關(guān)于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)自由基共聚合合成含吡咯烷酮陽離子基團(tuán)的聚合物:在反應(yīng)器中加入?yún)g體A、単體B、溶劑和引發(fā)劑，在惰性氣體的保護(hù)下，加熱回流反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)干燥洗滌后得到含吡咯烷酮陽離子基團(tuán)的聚合物；所述單體A為含有不飽和雙鍵的吡咯烷酮基離子液體，其化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為:
3.按權(quán)利要求2所述基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜的制備方法，其特征在于在步驟I)中,所述單體A與單體B的摩爾比為1: 0.5 8。
4.按權(quán)利要求2所述基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜的制備方法，其特征在于在步驟I)中，所述溶劑選自N，N- ニ甲基甲酰胺、丙酮、甲苯、四氫呋喃、甲醇、こ醇、ニ甲基亞砜中的任ー種。
5.按權(quán)利要求2所述基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜的制備方法，其特征在于在步驟I)中，所述引發(fā)劑選自偶氮類引發(fā)劑或有機(jī)過氧類引發(fā)劑，所述偶氮類引發(fā)劑可選自偶氮ニ異丁腈或偶氮ニ異庚臆，所述有機(jī)過氧類引發(fā)劑可選自過氧化苯甲酰。
6.按權(quán)利要求2所述基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜的制備方法，其特征在于在步驟I)中，所述溶劑的用量為單體A和単體B總摩爾數(shù)的I 6倍，所述引發(fā)劑的用量可為單體A和單體B總質(zhì)量的0.1% 0.5%。
7.按權(quán)利要求2所述基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜的制備方法，其特征在于在步驟I)中，所述加熱回流反應(yīng)的條件為密封、于50 90°C下加熱回流反應(yīng)6 72h。
8.按權(quán)利要求2所述基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述將步驟I)所得到的含吡咯烷酮陽離子基團(tuán)的聚合物溶解在有機(jī)溶劑中配制成聚合物溶液是將步驟I)所得到的含吡咯烷酮陽離子基團(tuán)的聚合物按質(zhì)量百分比濃度為0.5% 15%溶解在有機(jī)溶劑中配制成聚合物溶液。
9.按權(quán)利要求2所述基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述有機(jī)溶劑選自N，N-ニ甲基甲酰胺、四氫呋喃、丙酮、異丙醇、ニ甲基亞砜中的ー種。
10.按權(quán)利要求2所述基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜的制備方法，其特征在于在步驟2)中 ，所述干燥的溫度為50 120°C，干燥的時(shí)間為3 16h。
全文摘要
基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜及其制備方法，涉及一種離子交換膜及其制備方法。提供一種制備方法簡單、成本低、電導(dǎo)率較高、具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性的基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜及其制備方法。先自由基共聚合合成含吡咯烷酮陽離子基團(tuán)的聚合物，再將所得到的含吡咯烷酮陽離子基團(tuán)的聚合物溶解在有機(jī)溶劑中配制成聚合物溶液，用相轉(zhuǎn)化法澆鑄成膜，干燥后即得到基于吡咯烷酮陽離子的聚合物陰離子交換膜。
文檔編號(hào)C08F226/10GK103084223SQ201310057629
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月22日
發(fā)明者方軍, 蘭程莉 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)