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专利号: 2023103476220
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高渗透通量单价选择性阴离子交换膜的制备方法,其特征在于包括如下步骤:

步骤(1)单体(I)的制备:

N,N‑二甲基‑1,3‑丙二胺与3,3‑二(4‑羟苯基)‑3H‑异苯并呋喃酮(酚酞)在氮气氛围下,在160℃下,经回流反应,制备得式(I)所示的2‑(3‑(二甲基胺)丙烷基)‑3,3‑二(4‑羟苯基)异吲哚啉酮单体;

步骤(2)单体(II)的制备:

双酚A通在甲烷磺酸催化下,氮气氛围下,在160℃下,经回流反应,制备得式(II)所示的6,6‑二羟基‑3,3,3,3‑四甲基‑1,1‑螺双茚满单体;

步骤(3)结构主链的制备:

由式(I)所示的2‑(3‑(二甲基胺)丙烷基)‑3,3‑二(4‑羟苯基)异吲哚啉酮单体、4,4’‑二氟二苯砜单体和式(II)所示6,6‑二羟基‑3,3,3,3‑四甲基‑1,1‑螺双茚满单体,经溶剂共缩聚得到主链含胺基‑酚酞结构聚芳醚砜,结构式如式(Ⅲ);其中,2‑(3‑(二甲基胺)丙烷基)‑3,3‑二(4‑羟苯基)异吲哚啉酮和6,6‑二羟基‑3,3,3,3‑四甲基‑1,1‑螺双茚满的总物质的量与4,4’‑二氟二苯砜的物质的量之比为1:1,所述2‑(3‑(二甲基胺)丙烷基)‑3,3‑二(4‑羟苯基)异吲哚啉酮单体和6,6‑二羟基‑3,3,3,3‑四甲基‑1,1‑螺双茚满单体的摩尔比为x:

100‑x=80%~60%:20%~40%;所述聚芳醚砜的数均分子量Mn=50000~120000;

步骤(4)结构主链的烷基功能化及阴离子交换膜的制备:

将步骤(3)中制备的式(Ⅲ)所示的聚芳醚砜溶于极性溶剂C中,之后加入式(IV)‑式(Ⅸ)所示化合物的一种,聚芳醚砜和式(IV)‑式(Ⅸ)所示化合物的一种的物质的量比为0.4~1.00:1,搅拌一定时长,静置脱泡得到铸膜液,所述铸膜液中聚芳醚砜的质量体积浓度为

3—8%;所述极性溶剂C为DMF、DMAc、NMP中的一种或多种,所得铸膜液浇注于玻璃平板上,在40~200℃条件下保持12~96h实现原位反应和干燥,冷却后在水中将薄膜从玻璃平板上揭下,即得到烷基功能化阴离子交换膜,其结构式如式(V V)所示,厚度为70–150μm;

其中,x:100%‑x=80%~60%:20%~40%。

2.根据权利要求1所述的高渗透通量单价选择性阴离子交换膜的制备方法,其特征在于:步骤(1)具体按照如下实施:于反应容器中,使用N,N‑二甲基‑1,3‑丙二胺与3,3‑二(4‑羟苯基)‑3H‑异苯并呋喃酮(酚酞),在氮气氛围下,加热至回流,保持12‑48h,而后冷却至室温,缓缓倒入冰水混合物中,然后逐滴加入稀盐酸,出现白色沉淀,沉淀用水洗涤5~7遍,沉淀在30‑80℃下真空干燥24‑48h,得到式(I)所示的2‑(3‑(二甲基胺)丙烷基)‑3,3‑二(4‑羟苯基)异吲哚啉酮单体。

3.根据权利要求2所述的高渗透通量单价选择性阴离子交换膜的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述N,N‑二甲基‑1,3‑丙二胺与3,3‑二(4‑羟苯基)‑3H‑异苯并呋喃酮(酚酞)的投料摩尔比为1.0‑2.5:1;所述稀盐酸溶液为pH=0‑1的盐酸水溶液。

4.根据权利要求2所述的高渗透通量单价选择性阴离子交换膜的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,沉淀为50℃下真空干燥48h。

5.根据权利要求1所述的高渗透通量单价选择性阴离子交换膜的制备方法,其特征在于:步骤(2)具体按照如下实施:于反应容器中,使用双酚A和甲烷磺酸,在氮气氛围下,加热至回流,保持5‑10h,而后冷却至室温,缓缓倒入冰水混合物中,出现棕色沉淀,沉淀用水洗涤5~7遍,沉淀在50℃下真空干燥24h,得到式(II)所示的6,6‑二羟基‑3,3,3,3‑四甲基‑1,

1‑螺双茚满单体。

6.根据权利要求5所述的高渗透通量单价选择性阴离子交换膜的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,所述双酚A和甲烷磺酸投料摩尔比为7—9:1。

7.根据权利要求1所述的高渗透通量单价选择性阴离子交换膜的制备方法,其特征在于:步骤(3)具体按照如下实施:在反应容器中加入4,4’‑二氟二苯砜、式(I)所示的2‑(3‑(二甲基胺)丙烷基)‑3,3‑二(4‑羟苯基)异吲哚啉酮和式(II)所示的6,6‑二羟基‑3,3,3,3‑四甲基‑1,1‑螺双茚满、极性非质子溶剂B、成盐剂碳酸钾和带水剂,在氮气保护下于100~

180℃条件下搅拌反应4~24h,反应结束后经分离、干燥得到主链聚芳醚砜。

8.根据权利要求7所述的高渗透通量单价选择性阴离子交换膜的制备方法,其特征在于:步骤(3)中,所述极性非质子溶剂B为N,N‑二甲基乙酰胺、N,N‑二甲基甲酰胺、N‑甲基吡咯烷酮中的至少一种;所述成盐剂碳酸钾的质量用量以4,4’‑二氟二苯砜的物质的量计为

5.0‑6.5g/20mmol;所述带水剂为甲苯,所述甲苯与极性非质子溶剂B的体积比为0.2~0.7:

1。

9.根据权利要求7所述的高渗透通量单价选择性阴离子交换膜的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述共缩聚反应条件为:在120–145℃反应3‑5h;

步骤(3)中,所述的分离、干燥按照如下实施:将反应液冷却至室温后,缓慢倒入乙醇中搅拌,产生沉淀,然后过滤收集沉淀,用乙醇和水洗涤数次后于60~120℃真空干燥10~48h得到主链聚芳醚砜。

10.根据权利要求1所述的高渗透通量单价选择性阴离子交换膜的制备方法,其特征在于:步骤(4)中,铸膜液中聚芳醚砜的质量体积浓度为5%;反应条件为:60℃条件下反应18‑

36h。