CN2022102415776一种主链碳氟-二茂铁催化层耐碱双极膜及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号CN114536915A
(43)申请公布日2022.05.27
(21)申请号202210241577.6C08F8/20(2006.01)
(22)申请日2022.03.11C08F259/08(2006.01)
C08F212/12(2006.01)
(71)申请人福建师范大学C08F212/14(2006.01)
地址350117福建省福州市闽侯县上街镇B29C41/16(2006.01)
学府南路8号福建师范大学旗山校区B29L7/00(2006.01)

(72)发明人黄雪红陈日耀金延超陈晓
王梓颖
(74)专利代理机构福州科扬专利事务所(普通
合伙)35001
专利代理师李晓芬
(51)Int.Cl.
B32B27/30(2006.01)
B32B27/08(2006.01)
B32B38/16(2006.01)
C08F8/44(2006.01)
权利要求书2页说明书9页
(54)发明名称
一种主链碳氟-二茂铁催化层耐碱双极膜及
其制备方法
(57)摘要
本发明公开了一种主链碳氟‑二茂铁催化层
耐碱双极膜及其制备方法，属于电驱动膜领域，
本发明所制备的双极膜中的阴离子交换膜层和
阳离子交换膜层都是以全氟碳链为主链，克服了
常见主链中碳氧键易受氢氧根攻击而降解的缺
陷，同时阴、阳离子交换膜层具有相近的理化性
质，从而降低了其在使用过程中发生剥离的可能
性，延长了双极膜的使用寿命。
CN114536915A
CN114536915A权利要求书1/2页

1.一种主链碳氟‑二茂铁催化层耐碱双极膜，其特征在于：包括阳离子交换膜层和阴离
子交换膜层，阳离子交换膜层和阴离子交换膜层都以全氟碳为主链，氮杂环作为阴离子交
换膜层上的阳离子官能团；其中，阳离子交换膜层的化学结构式为：

阴离子交换膜层的化学结构式为：

其中，x为聚三氟氯乙烯主链的聚合度，n为含磺酸基团取代基侧链的聚合度，m为含咪
唑取代基侧链的聚合度，n、m是不为零的整数。
2.一种主链碳氟‑二茂铁催化层耐碱双极膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步
骤：
S1、将聚三氟氯乙烯接枝聚甲基苯乙烯共聚物溶于有机溶剂Ⅰ中，再加入溴化剂和引发
剂，在加热和搅拌的条件下反应4～6h后停止加热和搅拌；在无水甲醇或异丙醇中沉淀获得
絮状物，洗涤除去杂质后干燥得到最终的溴甲基化聚合物；
S2、将经过步骤S1获得的溴甲基化聚合物溶解有机溶剂Ⅱ中，缓慢加入含咪唑化合物，
在90～130℃下搅拌反应5～50h后，浇注在洁净的玻璃板上成膜，真空干燥24h后将膜从玻
璃板上取下，在0.5mol/LNaOH溶液中浸泡12h得到具有侧链结构的侧链结构的咪唑型聚三
氟氯乙烯阴离子交换膜；
S3、将聚三氟氯乙烯溶于有机溶剂Ⅲ中，通氮气除氧，升温后将聚三氟氯乙烯、苯乙烯
磺酸钠、CuBr和联吡啶按照摩尔比1:(20～100):1:2混合，氮气保护下，在90～130℃条件下
恒温反应5～30h后，将反应液装入透析袋中，在水透析24h，烘干透析袋中溶液，制得聚三氟
氯乙烯接枝苯乙烯磺酸钠侧链共聚物溶液；
S4、将KH‑560与二茂铁甲酸以摩尔比为1:1投料加入反应瓶中，加入二甲基吡咯和有机
溶剂Ⅳ搅拌均匀，在80℃下反应1～3h后再加入催和化剂和蒸馏水，在50℃条件下反应1～
3h后，抽真空加热，待副产物完全脱除后，得到的KH‑560改性二茂铁硅溶胶；

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CN114536915A权利要求书2/2页
S5、将制得聚三氟氯乙烯接枝苯乙烯磺酸钠侧链共聚物溶液流延在洁净的玻璃板上，
烘干制备阳离子交换膜层，在阳离子交换膜层上喷涂KH‑560改性二茂铁硅溶胶，晾干后将
咪唑型聚三氟氯乙烯阴离子交换膜层流延于阳离子交换膜层上，烘干后得到链碳氟‑二茂
铁催化层耐碱双极膜。
3.如权利要求2所述的一种主链碳氟‑二茂铁催化层耐碱双极膜的制备方法，其特征在
于：所述步骤S1中聚三氟氯乙烯接枝聚甲基苯乙烯共聚物中甲基苯乙烯为对甲基苯乙烯、
间甲基苯乙烯、邻甲基苯乙烯、2,3‑二甲基苯乙烯、2,4‑二甲基苯乙烯、2,5‑二甲基苯乙烯、
2,6‑二甲基苯乙烯、2,3,4‑三甲基苯乙烯、2,3,5‑三甲基苯乙烯、2,3,6‑三甲基苯乙烯、2,
4,6‑三甲基苯乙烯、2,3,4,5‑四甲基苯乙烯、2,3,4,6‑四甲基苯乙烯单体中的任意一种或
多种共混物。
4.如权利要求2所述的一种主链碳氟‑二茂铁催化层耐碱双极膜的制备方法，其特征在
于：所述步骤S1中有机溶剂Ⅰ为1,2‑二氯乙烷、氯苯、四氯化碳中的任意一种或两种任意比
例的组合。
5.如权利要求2所述的一种主链碳氟‑二茂铁催化层耐碱双极膜的制备方法，其特征在
于：所述步骤S2中有机溶剂Ⅱ为四氢呋