一种阴离子交换树脂及其制备方法与应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103861665103861665A(43)申请公布日2014.06.18(21)申请号201210543488.3(22)申请日2012.12.13(71)申请人中国科学院宁波材料技术与工程研究所地址315201浙江省宁波市镇海区庄市大道519号(72)发明人薛立新张尧剑章勤陶慷(74)专利代理机构北京鸿元知识产权代理有限公司11327代理人陈英俊(51)Int.Cl.B01J41/12(2006.01)C02F1/42(2006.01)B01D15/04(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书6页说明书6页附图2页附图2页(54)发明名称一种阴离子交换树脂及其制备方法与应用(57)摘要本发明公开了一种新型的阴离子交换树脂，该阴离子交换树脂是以芳香族聚合物为主链，进行结构修饰后，接枝上含磺酰胺基季铵盐的侧链，得到侧链含磺酰胺基季铵盐芳族聚合物离子交换树脂。该离子交换树脂制备的膜在具有良好的机械强度和选择透过系数等性能的同时，具有较低的面电阻，满足商用离子交换膜的要求，是一种性能优良的离子交换膜材料，能够作为新能源材料，在电渗析、燃料电池、水处理、湿法冶金与电化学、化工分离和原子能工业等都有广泛的应用价值与发展潜力。CN103861665ACN103865ACN103861665A权利要求书1/2页1.一种阴离子交换树脂，其特征是：以芳香族聚合物为主体，接枝有含磺酰胺基季铵盐的侧链，其结构通式为：其中，Ar指代芳香基团及其衍生物基团，R1为脂肪族、脂肪族衍生物、芳香族和芳香族衍生物中的一种；重复单元n是1到100的整数。2.根据权利要求1所述的阴离子交换树脂，其特征是：所述的芳香族聚合物为聚联苯、聚砜、聚苯并咪唑、聚芳醚酮、聚醚砜、聚芳砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳香酰胺和聚芳香酰亚胺中的一种，或者为前述每种的衍生物中的一种。3.根据权利要求1所述的阴离子交换树脂，其特征是：所述的季铵盐中阴离子X包括氟离子、氯离子、溴离子和碘离子。4.根据权利要求1、2或3所述的阴离子交换树脂的制备方法，其特征是：包括如下步骤：步骤1：将芳香族聚合物经过磺化反应得到磺化芳香族聚合物；步骤2：将磺化芳香族聚合物和适量氯化亚砜混合，以吡啶为催化剂，在回流温度下反应一定时间，得到磺酰氯化芳香族聚合物；步骤3：将步骤2得到的磺酰氯化芳香族聚合物和适量二胺类单体溶于有机溶剂中，加入碱性催化剂反应一定时间，得到侧链含磺酰胺基，并且侧链端基为叔胺的芳香族聚合物；步骤4：将步骤3所得的聚合物和适量的卤代甲烷溶于有机溶剂，反应一定时间，得到侧链含磺酰胺的季铵盐的阴离子交换树脂。5.根据权利要求4所述的阴离子交换树脂的制备方法，其特征是：所述的步骤3中，二胺类单体包括N,N-二甲基乙二胺、N,N-二甲基丙二胺、N,N-二甲基对苯二胺。6.根据权利要求4所述的阴离子交换树脂的制备方法，其特征是：所述的步骤3中，碱性催化剂包括三乙胺、氟化钾、碳酸钠、吡啶、氢氧化钠或氟化铯。7.根据权利要求4所述的阴离子交换树脂的制备方法，其特征是：所述的步骤3、4中的有机溶剂包括三氯甲烷、1,2-二氯乙烷、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、二氯甲烷中的一种或几种的混合物。8.根据权利要求4所述的阴离子交换树脂的制备方法，其特征是：所述的步骤3中，磺酰氯化芳香族聚合物与二胺类单体的物质的量之比为1:3～1:1。9.根据权利要求4所述的阴离子交换树脂的制备方法，其特征是：所述的步骤3中，反应温度为40～100℃。10.根据权利要求4所述的阴离子交换树脂的制备方法，其特征是：所述的步骤4中的卤代甲烷包括氟甲烷、氯甲烷、碘甲烷或溴甲烷。2CN103861665A权利要求书2/2页11.根据权利要求4所述的阴离子交换树脂的制备方法，其特征是：所述的步骤4中，聚合物侧链胺基与卤代甲烷单体的物质的量之比为1:3～1:1。12.根据权利要求4所述的阴离子交换树脂的制备方法，其特征是：所述的步骤4中，反应温度为40～100℃。13.权利要求1、2或3所述的阴离子交换树脂在燃料电池、水处理、湿法冶金与电化学、化工分离和原子能工业方面的应用。3CN103861665A说明书1/6页一种阴离子交换树脂及其制备方法与应用技术领域[0001]本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种新型阴离子交换树脂及其制备方法与应用，该阴离子交换树脂制备的膜具有面电阻低、离子选择性强、机械强度高、制备方法新颖和价格低廉等优点，其在燃料电池、水处理、湿法冶金与电化学、化工分离和原子能工业等都有广泛的应用价值与发展潜力。背景技术[0002]离子交换膜的发展始于1890年Os