專利名稱：環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性聚苯并咪唑陰離子交換膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陰離子交換膜的制備方法，尤其是涉及一種環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性 聚苯并咪唑陰離子交換膜的制備方法。該陰離子交換膜可以應(yīng)用于液流儲能電池，堿性燃 料電池，水處理，重金屬離子回收等各大技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
陰離子交換膜一般用高分子做主鏈，側(cè)鏈帶上帶正電的活性基團和活性基團上可 以移動的陰離子。目前大多數(shù)陰離子交換膜，其活性基團都是采用三甲胺型的季銨鹽，結(jié) 構(gòu)式為-N+(CH3) 3。其合成路線多采用氯甲基化的方法，即用氯甲醚先對聚合物進行氯甲基 化，再用三甲胺季銨化，得到季銨化的陰離子交換膜。但目前商業(yè)化的陰離子交換膜，大多 存在耐熱性差，耐堿性差，電導(dǎo)率低等不足，而且使用的氯甲醚具有強致癌性。中國專利200710072040. 7公開了一種改性陰離子交換膜及其制備方法，其改性 陰離子交換膜的制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的(一)配料；(二)基膜制備；(三)含浸 膜制備；(四)含浸膜的氯甲基化；(五)胺化。該方法通過加入二氧化鈦大大提高了膜的 親水性。但氯甲基化的方法，通常使用劇毒物質(zhì)，不利于人體健康和工業(yè)化生產(chǎn)。從實際應(yīng)用的角度出發(fā)，有必要發(fā)明一種環(huán)境友好，耐熱性，耐堿性，機械性能好 以及電導(dǎo)率高等綜合性能優(yōu)異的陰離子交換膜材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性聚苯并咪 唑陰離子交換膜的制備方法，其反應(yīng)過程對人體和環(huán)境無明顯危害，所制得的陰離子交換 膜，機械性能強，耐堿性好，且具有相當(dāng)高的電導(dǎo)率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先在乙氰溶劑中加入環(huán)氧氯丙烷與N-甲基嗎啉，控制 反應(yīng)時間和溫度，得到環(huán)氧嗎啉季銨鹽，然后將含有氨基的聚苯并咪唑均聚物或共聚物溶 于有機溶劑后，與環(huán)氧嗎啉季銨鹽反應(yīng)，得到環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性的聚苯并咪唑，再將環(huán)氧 嗎啉季銨鹽改性的聚苯并咪唑溶解在有機溶劑中，加入雙環(huán)氧交聯(lián)劑，澆注成膜得到具有 優(yōu)良性能的燃料電池用環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性聚苯并咪唑陰離子交換膜。本發(fā)明所述的環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性聚苯并咪唑陰離子交換膜的結(jié)構(gòu)式為
權(quán)利要求
1.一種環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性聚苯并咪唑陰離子交換膜的制備方法，其特征在于包括以 下步驟1)在干燥的三頸瓶中，先加入乙氰，然后依次加入N-甲基嗎啉和環(huán)氧氯丙烷，其中 N-甲基嗎啉與乙氰的體積比為0. 5-4 1，N-甲基嗎啉與環(huán)氧氯丙烷保持等摩爾比；充分 攪拌后，通惰性氣體并升溫至20-80°C，反應(yīng)4-48小時后停止加熱，抽濾并將得到的環(huán)氧嗎 啉季銨鹽用乙醚充分洗滌，再用丙酮洗滌，于真空烘箱中充分干燥待用；2)在干燥的三頸瓶中，加入含氨基聚苯并咪唑和二甲基亞砜，通惰性氣體保護，含 氨基聚苯并咪唑與二甲基亞砜的質(zhì)量比為0.01-0. 2 1 ；待含氨基聚苯并咪唑充分溶 解后，加入環(huán)氧嗎啉季銨鹽，其中環(huán)氧嗎啉季銨鹽與含氨基聚苯并咪唑的摩爾比保持在 1 1-10 1 ；升溫至50-120°C，反應(yīng)2-20小時；反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物沉析在不良溶劑中， 以徹底去除未反應(yīng)的環(huán)氧嗎啉季銨鹽，得到環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性的聚苯并咪唑于真空烘箱 中充分干燥待用；3)在干燥的錐形瓶中，加入環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性的聚苯并咪唑和二甲基亞砜，環(huán) 氧嗎啉季銨鹽改性的聚苯并咪唑與二甲基亞砜的質(zhì)量比為0.01-0.2 1;充分溶解 后，加入雙環(huán)氧交聯(lián)劑，雙環(huán)氧交聯(lián)劑和環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性的聚苯并咪唑的質(zhì)量比 為0.05-0. 2 1 ；攪拌均勻后，將聚合物溶液過濾，然后傾倒在平整干凈的玻璃板上， 50-140°C下干燥5-48小時，再于真空烘箱中，相同溫度下干燥H4小時，得到環(huán)氧嗎啉季 銨鹽改性的交聯(lián)聚苯并咪唑膜；4)將上述制備的環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性的交聯(lián)聚苯并咪唑膜浸泡在0.2-10mol/L的堿 溶液中，4-48小時后用去離子水洗滌至中性，即得到氫氧根離子型的環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性 聚苯并咪唑陰離子交換膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性聚苯并咪唑陰離子交換膜的制備方法，其特 征在于所述不良溶劑為丙酮、水、甲醇、乙醇、正己烷或環(huán)己烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性聚苯并咪唑陰離子交換膜的制備方法，其特 征在于所述雙環(huán)氧交聯(lián)劑為雙酚A環(huán)氧樹脂或乙二醇縮水甘油醚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性聚苯并咪唑陰離子交換膜的制備方法，其特 征在于所述堿溶液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性聚苯并咪唑陰離子交換膜的制備方法。首先在乙氰溶劑中加入環(huán)氧氯丙烷與N-甲基嗎啉，控制反應(yīng)時間和溫度，得到環(huán)氧嗎啉季銨鹽，然后將含有氨基的聚苯并咪唑均聚物或共聚物溶于有機溶劑后，與環(huán)氧嗎啉季銨鹽反應(yīng)，得到環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性的聚苯并咪唑，再將環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性的聚苯并咪唑溶解在有機溶劑中，加入雙環(huán)氧交聯(lián)劑，澆注成膜得到具有優(yōu)良性能的環(huán)氧嗎啉季銨鹽改性聚苯并咪唑陰離子交換膜，其陰離子電導(dǎo)率可達(dá)0.06S/cm。這些用環(huán)氧季銨鹽化合物改性的聚苯并咪唑交聯(lián)膜在堿性燃料電池，水處理，重金屬離子回收等各大領(lǐng)域，具有十分廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號B01D67/00GK102139190SQ201110002000
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者夏子君, 徐宏, 房建華, 袁森, 郭曉霞 申請人:上海交通大學(xué)