【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于離子交換聚合物，具體屬于一種陰離子交換聚合物、陰離子交換膜及方法及裝置。
技術介紹
1、陰離子交換膜作為一種功能強大的膜材料，在電解水制氫、堿性燃料電池、液流電池和電滲析器等眾多電化學裝置中扮演著至關重要的角色。它們通過獨特的選擇性傳導陰離子的能力，使得離子能夠在這些裝置中高效、有序地傳輸，從而確保了設備的穩定運行和高效性能。陰離子交換膜的性能優劣，直接決定了這些電化學裝置的工作效率和壽命。
2、陰離子交換膜的性能評估主要基于三個關鍵指標：離子傳導率、化學穩定性和機械強度。離子傳導率是衡量膜材料傳導離子能力的重要指標，它直接關系到電化學裝置中離子的傳輸速率和效率?；瘜W穩定性則決定了膜材料在長時間運行和惡劣環境下能否保持其原有的結構和性能。而機械強度則是膜材料能否承受外部壓力和形變，保持其完整性和使用壽命的關鍵因素。然而，要同時滿足這三個性能指標，對于陰離子交換膜的研發來說，無疑是一項巨大的挑戰。
3、盡管近年來在陰離子交換膜的研發領域取得了不少突破性的進展，但綜合性能優異的陰離子交換膜仍然較為稀缺。尤其是在離子傳導率和耐堿穩定性方面，許多現有的陰離子交換膜難以達到理想的平衡。高離子傳導率通常意味著膜材料中的離子通道更加暢通，有利于離子的快速傳輸。然而，這也往往會導致膜材料的耐堿穩定性下降，因為在堿性環境下，高離子傳導率往往伴隨著離子通道結構的破壞和膜材料的降解。
4、目前，雖然有一些先進的陰離子交換膜技術能夠在一定程度上提高膜材料的綜合性能，如通過引入特殊的化學結構單元或采用新型
技術實現思路
1、為了解決現有技術中存在的問題，本專利技術提供一種陰離子交換聚合物、陰離子交換膜及方法及裝置，通過在聚芳基類聚合物結構中引入具有高耐堿性的陽離子基團，同時引入陽離子側鏈，同步提升其離子傳導率和耐堿穩定性。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種陰離子交換聚合物，所述陰離子交換聚合物的結構式如下：
3、
4、其中，a為芳基基團；x取值為50~99；q取值為0~10。
5、進一步的，所述芳基為聯苯、對三聯苯、間三聯苯、二苯乙烷、9,9-二甲基芴中的一種或幾種。
6、進一步的，所述x取值為80~99。
7、本專利技術還提供一種陰離子交換聚合物的制備方法，具體步驟如下：
8、將100份芳基化合物、x份3-奎寧環酮鹽酸鹽或3-奎寧環酮、（100-x）份三氟甲基對(2-對溴甲基)苯乙基酮在溶劑中溶解，得到混合物1；
9、在0℃條件下，將路易斯酸加入混合物1，攪拌反應，除雜、洗滌、烘干得到中間聚合物；
10、將100份中間聚合物與100~1000份奎寧環在溶劑中溶解反應得到陽離子取代的聚合物；
11、將陽離子取代的聚合物溶解在溶劑中，堿性條件下加入碘甲烷進行反應，沉淀、洗滌、烘干得到陰離子交換聚合物。
12、進一步的，所述路易斯酸為三氟甲磺酸和三氟乙酸。
13、本專利技術還提供一種具有高離子傳輸性質和耐堿穩定性的陰離子交換膜，采用陰離子交換聚合物制備，所述陰離子交換聚合物的結構式如下：
14、
15、其中，a為芳基基團；x取值為50~99；q取值為0~10。
16、進一步的，所述芳基為聯苯、對三聯苯、間三聯苯、二苯乙烷、9,9-二甲基芴中的一種或幾種；所述x取值為80~99。
17、進一步的，將陰離子交換聚合物在溶劑中溶解，倒入平整玻璃板的凹槽中，進行原位交聯，烘干成膜得到陰離子交換膜。
18、本專利技術提供一種電化學裝置，其中采用上述具有高離子傳輸性質和耐堿穩定性的陰離子交換膜。
19、本專利技術提供一種電解水反應器，采用上述具有高離子傳輸性質和耐堿穩定性的陰離子交換膜。
20、與現有技術相比，本專利技術至少具有以下有益效果：
21、本專利技術提供了一種創新的陰離子交換聚合物，在聚芳基類聚合物結構中巧妙地引入了高耐堿性的陽離子基團以及提升離子電導率的陽離子側鏈，具體來說，該聚合物的結構式中，a代表芳基基團，這些芳基基團的選擇為聚合物提供了穩定的骨架結構。x的取值范圍在50至99之間確保了聚合物中陽離子基團和側鏈的合理分布；q的取值范圍為0至10，進一步調控了聚合物的性能。這一設計不僅顯著增強了聚合物的耐堿穩定性，還大幅提高了其離子傳輸性能。
22、利用上述創新的陰離子交換聚合物，本專利技術成功制備出了一種具有高離子傳輸性質和耐堿穩定性的陰離子交換膜。在制備過程中，首先將陰離子交換聚合物溶解在溶劑中，然后將其倒入平整玻璃板的凹槽中，通過原位交聯技術形成穩定的膜結構。最后，經過烘干處理，即可得到性能優異的陰離子交換膜。該膜的優勢在于其卓越的離子傳導率和耐堿穩定性，能夠在高ph值環境下長時間穩定運行，且不易發生降解或性能下降。這使得它在電解水制氫等電化學過程中具有顯著的優勢，因此本專利技術陰離子交換膜在電解水反應器等電化學裝置中具有廣泛的應用前景。
23、采用本專利技術提供的陰離子交換膜的離子傳導率高，可以顯著提高電化學過程的效率，降低能耗，本專利技術提供的陰離子交換膜的耐堿穩定性強，能夠在惡劣的堿性環境中長時間穩定運行，延長了裝置的使用壽命。此外，本專利技術的制備方法簡單高效，降低了生產成本，使得電化學裝置和電解水反應器的商業化應用更加可行，為新能源產業的發展提供了有力的技術支撐。
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1.一種陰離子交換聚合物，其特征在于，所述陰離子交換聚合物的結構式如下：
2.根據權利要求1所述的一種陰離子交換聚合物，其特征在于，所述芳基為聯苯、對三聯苯、間三聯苯、二苯乙烷、9,9-二甲基芴中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的一種陰離子交換聚合物，其特征在于，所述X取值為80~99。
4.權利要求1~3中任一項所述的一種陰離子交換聚合物的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：
5.根據權利要求4所述的一種陰離子交換聚合物的制備方法，其特征在于，所述路易斯酸為三氟甲磺酸和三氟乙酸。
6.一種具有高離子傳輸性質和耐堿穩定性的陰離子交換膜，其特征在于，采用陰離子交換聚合物制備，所述陰離子交換聚合物的結構式如下：
7.根據權利要求6所述一種具有高離子傳輸性質和耐堿穩定性的陰離子交換膜，其特征在于，所述芳基為聯苯、對三聯苯、間三聯苯、二苯乙烷、9,9-二甲基芴中的一種或幾種；所述X取值為80~99。
8.根據權利要求6所述的一種具有高離子傳輸性質和耐堿穩定性的陰離子交換膜，其特征在于，將陰離子交換聚
9.一種電化學裝置，其特征在于，其中采用權利要求6~8中任一項所述的具有高離子傳輸性質和耐堿穩定性的陰離子交換膜。
10.一種電解水反應器，其特征在于，采用權利要求6~8中任一項所述的具有高離子傳輸性質和耐堿穩定性的陰離子交換膜。
...【技術特征摘要】
1.一種陰離子交換聚合物，其特征在于，所述陰離子交換聚合物的結構式如下：
2.根據權利要求1所述的一種陰離子交換聚合物，其特征在于，所述芳基為聯苯、對三聯苯、間三聯苯、二苯乙烷、9,9-二甲基芴中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的一種陰離子交換聚合物，其特征在于，所述x取值為80~99。
4.權利要求1~3中任一項所述的一種陰離子交換聚合物的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：
5.根據權利要求4所述的一種陰離子交換聚合物的制備方法，其特征在于，所述路易斯酸為三氟甲磺酸和三氟乙酸。
6.一種具有高離子傳輸性質和耐堿穩定性的陰離子交換膜，其特征在于，采用陰離子交換聚合物制備，所述陰離子交換聚合物...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李剛，盧啟辰，楊德明，任志博，袁樹斌，宋明巖，馬靜波，桂原，秦繼偉，孫福海，劉占蒙，劉洋，李峰，董帥，石永利，王曉龍，王金意，閆旭鵬，郭偉琦，胡琳，劉鵬，周天易，胡博，黃茹玲，張珂新，
申請(專利權)人：華能伊敏煤電有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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