磺化聚醚醚酮-羧酸化二氧化钛杂化膜的制备及其应用

摘要

本发明公开了一种磺化聚醚醚酮-羧酸化二氧化钛杂化膜的制备及其应用。其制备过程包括：磺化聚醚醚酮及其溶液的制备，羧酸化二氧化钛溶胶的制备，将羧酸化二氧化钛溶胶与磺化聚醚醚酮溶液混合进行缩聚反应得到铸膜液，铸膜液经静置过滤脱泡，流延、干燥退火成膜，最后经酸化、干燥得到磺化聚醚醚酮-羧酸化二氧化钛杂化膜。该杂化膜用作直接甲醇燃料电池质子交换膜。本发明的优点在于：制备方法简单，在制得的膜中纳米级无机二氧化钛颗粒分布均匀，羧酸基团有效地改善了膜的性能，该杂化膜具有较低的甲醇渗透率及较高的质子传导率。

主权项

一种磺化聚醚醚酮‑羧酸化二氧化钛杂化膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将干燥的聚醚醚酮溶于质量浓度为98％的硫酸中，配制成质量浓度为14～18％的聚醚醚酮硫酸溶液，聚醚醚酮硫酸溶液在温度45～50℃及搅拌下进行磺化反应6～8h，将粘稠状反应物加入去离子水中得到沉淀物，沉淀物再经去离子水洗涤，洗涤至液pH为7，再经干燥，得到磺化度为55～70％磺化聚醚醚酮；2)在室温及搅拌下，将磺化度为55～70％磺化聚醚醚酮溶解到N，N‑二甲基甲酰胺中，配制成质量浓度为10～14％磺化聚醚醚酮溶液；3)室温下，将质量百分比为10～50％的钛酸丁酯与乙酰丙酮按摩尔比为1∶1.5～2.5进行螯合后加入到N，N‑二甲基甲酰胺中，并搅拌3～4h，得到乙酰丙酮螯合后的钛酸丁酯溶液，然后按照钛酸丁酯与去离子水的摩尔比为1∶4～8向乙酰丙酮螯合后的钛酸丁酯溶液中加入去离子水，并按照钛酸丁酯与3，4‑二羟基苯丙酸的质量比为1∶0.045～0.050加入3，4‑二羟基苯丙酸，得到褐红色羧酸化二氧化钛溶胶溶液；4)将步骤3)得到的羧酸化二氧化钛溶胶溶液缓慢的加入到步骤2)得到的磺化聚醚醚酮溶液中，并于室温下搅拌1～2h，静置、铜网过滤脱泡得到铸膜液，将所得铸膜液倒在干净的玻璃板上流延，并置于烘箱中干燥，然后经温度为110～120℃热处理2～3h后，室温下退火处理2～3h，将膜揭下并置于2M硫酸中处理10～12h，之后用去离子水冲洗直至洗涤液呈中性为止，将湿膜在温度为50～60℃下真空干燥得到磺化聚醚醚酮/羧酸化二氧化钛杂化膜。