專(zhuān)利名稱(chēng)：咪唑類(lèi)離子液體接枝speek質(zhì)子交換膜材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種咪唑類(lèi)離子液體接枝SPEEK質(zhì)子交換膜材料及其制備方法。
技術(shù)背景
離子液體(ionic liquids，簡(jiǎn)寫(xiě)為IL)是在室溫或近于室溫下呈液態(tài)的由陰陽(yáng)離子組成的室溫熔融鹽，具有導(dǎo)電性、難揮發(fā)、不燃燒、電化學(xué)穩(wěn)定、電化學(xué)穩(wěn)定窗口比其它電解質(zhì)水溶液大很多的特點(diǎn)。因此，將離子液體應(yīng)用于電化學(xué)研究時(shí)可以減輕放電，作為電解質(zhì)其使用溫度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于熔融鹽。
質(zhì)子交換膜(PEM)作為目前能源領(lǐng)域研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)直接甲醇燃料電池 (DMFC)的核心部件，主要起分割燃料和傳導(dǎo)質(zhì)子的作用，其性能的優(yōu)劣直接決定著燃料電池的發(fā)展。
目前應(yīng)用最廣泛的是以Dupont公司的Nafion膜為代表的全氟磺酸膜，這種膜化學(xué)穩(wěn)定性較好，其質(zhì)子傳導(dǎo)能力較強(qiáng)，但是其在使用溫度超過(guò)80°C時(shí)，質(zhì)子傳導(dǎo)率明顯下降，限制了全氟磺酸膜在燃料電池中的進(jìn)一步應(yīng)用，需進(jìn)一步制備質(zhì)子傳導(dǎo)率高的質(zhì)子交換膜。
近年來(lái)幾種無(wú)氟類(lèi)聚合物的PEM受到關(guān)注，其中磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜在化學(xué)穩(wěn)定性、高溫特性、阻醇性能等方面均較為突出。采用磺化試劑對(duì)PEEK進(jìn)行磺化，將磺酸基團(tuán)引入到PEEK主鏈上，由于磺酸基親水相與聚合物骨架上苯環(huán)、醚鍵等疏水相的存在，使得材料具有一定的質(zhì)子傳導(dǎo)率，且SPEEK材料相對(duì)成本較低、較高的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性能及優(yōu)異的阻醇性能可滿(mǎn)足燃料電池對(duì)質(zhì)子交換膜材料的要求，但是，此種材料的磺化度(DS) 越高電導(dǎo)性能越好，相反其阻醇性能以及溶液穩(wěn)定性卻隨之降低。因此，在對(duì)SPEEK質(zhì)子交換膜改性的方案設(shè)計(jì)上，迫切需要對(duì)SPEEK磺化度及改性方式進(jìn)行綜合考慮，開(kāi)發(fā)出一種成本低、電導(dǎo)率高、阻醇性能好的新型質(zhì)子交換膜。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種咪唑類(lèi)離子液體接枝磺化聚醚醚酮SPEEK質(zhì)子交換膜材料。
本發(fā)明的目的之二在于提供該質(zhì)子交換膜材料的制備方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的反應(yīng)機(jī)理為根據(jù)上述機(jī)理，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種咪唑類(lèi)離子液體接枝磺化聚醚醚酮質(zhì)子交換膜材料，其特征在于該材料的結(jié)構(gòu)式為
權(quán)利要求
1. 一種咪唑類(lèi)離子液體接枝磺化聚醚醚酮質(zhì)子交換膜材料，其特征在于該材料的結(jié)構(gòu)式為其中m=f6 ；η=Γ6 ；R'為氫或含廣4個(gè)碳原子的烷基；R為含廣4個(gè)碳原子的烷基； τ 為Cr、Br\ Γ、BFp PF6\ HSO4-或 CH3C0(T。
2.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的咪唑類(lèi)離子液體接枝磺化聚醚醚酮質(zhì)子交換膜材料的方法，其特征在于該方法的具體步驟為a.反應(yīng)物的組成及質(zhì)量百分比含量磺化度DS為30 90的磺化聚醚醚酮70. 09Γ99. 5%咪唑類(lèi)離子液體0. 59Γ30. 0% ；b.將磺化度為3(Γ90的磺化聚醚醚酮溶解在制膜溶劑中，配制成質(zhì)量百分比濃度為 4. 0% 40. 0%的制膜液；c.在步驟b所得的制膜液中加入NaBH^v末，在50Π00 下，在惰性氣氛保護(hù)下，攪拌反應(yīng)10hl4h，其中NaBH4粉末的質(zhì)量占磺化聚醚醚酮質(zhì)量的5. 09Γ15. 0% ；d.在步驟c所得的制膜液中加入咪唑類(lèi)離子液體，在100Π20 下，在惰性氣氛保護(hù)下，攪拌反應(yīng)10hl4h，其中咪唑類(lèi)離子液體占交換膜總質(zhì)量的0. 59Γ30. 0% ；e.將步驟d所得的反應(yīng)物冷卻至室溫，抽濾除去不溶物，干燥，即得到咪唑類(lèi)離子液體接枝磺化聚醚醚酮質(zhì)子交換膜材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的咪唑類(lèi)離子液體接枝磺化聚醚醚酮質(zhì)子交換膜的制備方法， 其特征在于所用的制膜溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亞砜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種咪唑類(lèi)離子液體接枝SPEEK質(zhì)子交換膜的制備方法。各種反應(yīng)物組成及比例為磺化度DS為30~90的SPEEK70.0%~99.5%；咪唑類(lèi)離子液體0.5%~30.0%。本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)1.操作簡(jiǎn)單，采用中等磺化度的SPEEK作為基體材料，以克服過(guò)高磺化度SPEEK存在的吸水率過(guò)高，復(fù)合膜穩(wěn)定性較差的缺點(diǎn)，并保證復(fù)合膜具有一定的機(jī)械強(qiáng)度；2.離子液體本身具有導(dǎo)電性、難揮發(fā)、電化學(xué)穩(wěn)定窗口比其它電解質(zhì)水溶液大等特點(diǎn)，采用咪唑類(lèi)離子液體接枝的方式，使SPEEK基體與離子液體之間發(fā)生化學(xué)接枝作用，不僅降低離子液體在SPEEK基體中的流失率，同時(shí)也能提高質(zhì)子交換膜的電導(dǎo)率，以提高復(fù)合膜的綜合性能。
文檔編號(hào)C08J7/12GK102516531SQ20111043133
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者張經(jīng)毅, 李丹, 李夏, 譚孝林, 郭強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海大學(xué)