一种聚吡咙/磺化聚合物复合质子交换膜材料及其制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种聚吡咙/磺化聚合物复合质子交换膜材料及其制备方法。该复合质子交换膜材料是按照下述步骤的方法制备的：1)在惰性气氛保护下，使芳香四胺单体、芳香二酐单体及催化剂在磺酸盐聚合物溶液中进行原位聚合反应，得到含有聚吡咙预聚物的制膜液；2)将制膜液涂布于载体上进行热处理制膜，制膜结束后冷却脱膜，将所得膜经酸溶液洗涤转型，得到所述聚吡咙/磺化聚合物复合质子交换膜材料。本发明的方法具有各组分分散更均匀、操作更简单的特点。所制备的复合膜具有良好的机械强度和导电率，相比未经改姓的磺化聚合物，其尺寸稳定性、阻醇性能大幅提高，可应用于质子交换膜燃料电池的质子交换膜、离子交换树脂、膜分离、传感器等领域。

主权项

一种制备聚吡咙/磺化聚合物复合质子交换膜材料的方法，包括下述步骤：1)在惰性气氛保护下，使芳香四胺单体、芳香二酐单体及催化剂在磺酸盐聚合物溶液中进行原位聚合反应，得到含有聚吡咙预聚物的制膜液；2)将所述制膜液涂布于载体上进行热处理制膜，制膜结束后冷却脱膜，将所得膜经酸溶液洗涤转型，得到所述聚吡咙/磺化聚合物复合质子交换膜材料；所述芳香四胺单体与所述芳香二酐单体的摩尔比为1:1，所述芳香四胺单体与芳香二酐单体的质量之和与所述磺酸盐聚合物的质量之比为(1‑40):100；所述催化剂的用量为所述芳香四胺单体与芳香二酐单体总质量的1‑20％；步骤2)中所述热处理的程序升温步骤如下：60℃6‑8h，100℃2‑4h，160℃1‑4h，200℃1‑4h，300℃1‑4h；所述芳香二酐单体选自下述至少一种：所述芳香四胺基单体选自下述至少一种：所述催化剂选自下述至少一种：三甲基胺、三乙基胺、三苯基磷、吡咯、吡啶和喹啉；所述磺酸盐聚合物溶液是按照下述方法制备得到的：将磺化聚合物经碱溶液处理转型为磺酸盐聚合物，再溶于有机溶剂中得到磺酸盐聚合物溶液；所述磺酸盐聚合物溶液的质量浓度为5％‑20％；所述磺化聚合物为含磺酸取代基的下述聚合物中的至少一种：聚芳醚酮、聚芳醚砜、聚芳醚酮砜、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚苯并喹噁啉和聚芳醚；所述磺化聚合物的磺化度为45％‑95％；所述磺化聚合物的数均分子量为10000‑150000。