CN109777078A - 一种聚苯醚石墨烯质子膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚苯醚石墨烯质子膜，它是由下述重量份的原料组成的：溴己烷2‑4、聚苯醚100‑120、苯并三氮唑改性石墨烯10‑13、2‑巯基苯并咪唑0.6‑1、乙酸异丁酸蔗糖酯0.1‑0.2、硼化钼1‑2、二月桂酸二丁基锡0.5‑1、分散剂1‑2、蓖麻油酸3‑4，本发明实现了石墨烯与聚苯醚间的分散相容性，从而提高了成品的力学稳定性，而通过苯并三氮唑改性可以提高质子膜的质子电导率，提高成品的品质。
Description
技术领域
本发明属于质子膜领域，具体涉及一种聚苯醚石墨烯质子膜及其制备方法。
背景技术
聚苯醚（PPO）是一种广泛应用的热塑性材料，具有良好的机械性能和耐水性，收缩率低，无毒，密度小，特别是PPO结构中无强极性基团，电性能稳定，可在广泛的温度、湿度及频率范围内保持良好的电性能，且PPO分子结构简单，可以针对不同的要求进行各种改性，磺化聚苯醚（SPPO）具有优异的电化学性能，过去被用在离子交换膜和荷电压滤膜上，而且SPPO具有良好的热稳定性，因此SPPO被认为是一种较好的质子导电材料，可应用在燃料电池中。但是磺化聚苯醚的导电率，相比全氟磺酸Nafion膜来说，有比较大的差距。而通过离子导电增强改性是解决这一问题的好方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种聚苯醚石墨烯质子膜及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种聚苯醚石墨烯质子膜，它是由下述重量份的原料组成的：
溴己烷2-4、聚苯醚100-120、苯并三氮唑改性石墨烯10-13、2-巯基苯并咪唑0.6-1、乙酸异丁酸蔗糖酯0.1-0.2、硼化钼1-2、二月桂酸二丁基锡0.5-1、分散剂1-2、蓖麻油酸3-4。
所述的分散剂为聚山梨酯80。
所述的苯并三氮唑改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
取氧化石墨烯，加入到其重量6-8倍的异丙醇中，升高温度为60-70℃，加入三乙胺，保温搅拌10-13小时，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得胺化石墨烯；
取胺化石墨烯，加入到其重量16-20倍的二甲基甲酰胺中，超声分散1-2小时，送入到55-60℃的恒温水浴中，加入苯并三氮唑，保温搅拌16-20小时，出料，过滤，将沉淀水洗，送入烘箱中，在85-90℃下干燥完全，即得所述苯并三氮唑改性石墨烯。
所述的氧化石墨烯、三乙胺、苯并三氮唑的重量比为35-40：3-4：0.1-0.2。
一种聚苯醚石墨烯质子膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）取溴己烷，加入到其重量3-5倍的二甲基甲酰胺中，超声10-14分钟；
（2）取2-巯基苯并咪唑，加入到其重量2-4倍的异丙醇中，在60-65℃下保温搅拌10-20分钟，得醇溶液；
（3）取聚苯醚，加入到其重量4-7倍的二甲基甲酰胺中，超声10-20分钟，与上述溴己烷的二甲基甲酰胺溶液混合，送入到70-75℃的恒温水浴中，加入上述醇溶液、聚山梨酯80，保温搅拌10-15小时，出料，抽滤，将滤饼水洗，送入烘箱中，80-85℃下干燥完全，得溴化改性聚苯醚；
（4）取上述溴化改性聚苯醚，加入到其重量30-40倍的二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，得聚苯醚酰胺溶液；
（5）取硼化钼、蓖麻油酸混合，在55-60℃下保温搅拌1-2小时，加入到混合料重量10-15倍的二甲基甲酰胺中，超声10-20分钟，与上述苯并三氮唑改性石墨烯混合，超声20-30分钟，得改性石墨烯分散液；
（6）取上述聚苯醚酰胺溶液、改性石墨烯分散液混合，加入乙酸异丁酸蔗糖酯、二月桂酸二丁基锡，在40-50℃下超声1-2小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱在70-85℃下真空干燥20-30小时，待膜成型后，放入95-105℃的恒温干燥箱处理1-2小时，揭膜，鼓风干燥，即得所述聚苯醚石墨烯质子膜。
本发明的优点：
本发明首先采用三乙胺处理氧化石墨烯，然后通过苯并三氮唑改性，得到苯并三氮唑改性石墨烯，之后以溴己烷为原料改性聚苯醚，再与苯并三氮唑改性石墨烯的二甲基甲酰胺溶液共混，进行插层改性，从而实现了石墨烯与聚苯醚间的分散相容性，从而提高了成品的力学稳定性，而通过苯并三氮唑改性可以提高质子膜的质子电导率，提高成品的品质。
具体实施方式
实施例1
一种聚苯醚石墨烯质子膜，它是由下述重量份的原料组成的：
溴己烷4、聚苯醚120、苯并三氮唑改性石墨烯13、2-巯基苯并咪唑1、乙酸异丁酸蔗糖酯0.2、硼化钼2、二月桂酸二丁基锡1、分散剂2、蓖麻油酸4。
所述的分散剂为聚山梨酯80。
所述的苯并三氮唑改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
取氧化石墨烯，加入到其重量8倍的异丙醇中，升高温度为670℃，加入三乙胺，保温搅拌13小时，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得胺化石墨烯；
取胺化石墨烯，加入到其重量20倍的二甲基甲酰胺中，超声分散2小时，送入到60℃的恒温水浴中，加入苯并三氮唑，保温搅拌20小时，出料，过滤，将沉淀水洗，送入烘箱中，在90℃下干燥完全，即得所述苯并三氮唑改性石墨烯。
所述的氧化石墨烯、三乙胺、苯并三氮唑的重量比为40：4：0.2。
一种聚苯醚石墨烯质子膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）取溴己烷，加入到其重量5倍的二甲基甲酰胺中，超声14分钟；
（2）取2-巯基苯并咪唑，加入到其重量4倍的异丙醇中，在65℃下保温搅拌10-20分钟，得醇溶液；
（3）取聚苯醚，加入到其重量7倍的二甲基甲酰胺中，超声20分钟，与上述溴己烷的二甲基甲酰胺溶液混合，送入到75℃的恒温水浴中，加入上述醇溶液、聚山梨酯80，保温搅拌15小时，出料，抽滤，将滤饼水洗，送入烘箱中，85℃下干燥完全，得溴化改性聚苯醚；
（4）取上述溴化改性聚苯醚，加入到其重量40倍的二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，得聚苯醚酰胺溶液；
（5）取硼化钼、蓖麻油酸混合，在60℃下保温搅拌2小时，加入到混合料重量15倍的二甲基甲酰胺中，超声20分钟，与上述苯并三氮唑改性石墨烯混合，超声30分钟，得改性石墨烯分散液；
（6）取上述聚苯醚酰胺溶液、改性石墨烯分散液混合，加入乙酸异丁酸蔗糖酯、二月桂酸二丁基锡，在50℃下超声2小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱在85℃下真空干燥30小时，待膜成型后，放入105℃的恒温干燥箱处理2小时，揭膜，鼓风干燥，即得所述聚苯醚石墨烯质子膜。
实施例2
一种聚苯醚石墨烯质子膜，它是由下述重量份的原料组成的：
溴己烷2、聚苯醚100、苯并三氮唑改性石墨烯10、2-巯基苯并咪唑0.6、乙酸异丁酸蔗糖酯0.1、硼化钼1、二月桂酸二丁基锡0.5、分散剂1-2、蓖麻油酸3。
所述的分散剂为聚山梨酯80。
所述的苯并三氮唑改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
取氧化石墨烯，加入到其重量6倍的异丙醇中，升高温度为60℃，加入三乙胺，保温搅拌10小时，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得胺化石墨烯；
取胺化石墨烯，加入到其重量16-20倍的二甲基甲酰胺中，超声分散1小时，送入到55℃的恒温水浴中，加入苯并三氮唑，保温搅拌16小时，出料，过滤，将沉淀水洗，送入烘箱中，在85℃下干燥完全，即得所述苯并三氮唑改性石墨烯。
所述的氧化石墨烯、三乙胺、苯并三氮唑的重量比为35：3：0.1。
一种聚苯醚石墨烯质子膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）取溴己烷，加入到其重量3倍的二甲基甲酰胺中，超声10分钟；
（2）取2-巯基苯并咪唑，加入到其重量2倍的异丙醇中，在60℃下保温搅拌10-20分钟，得醇溶液；
（3）取聚苯醚，加入到其重量4-7倍的二甲基甲酰胺中，超声10分钟，与上述溴己烷的二甲基甲酰胺溶液混合，送入到70℃的恒温水浴中，加入上述醇溶液、聚山梨酯80，保温搅拌10小时，出料，抽滤，将滤饼水洗，送入烘箱中，80℃下干燥完全，得溴化改性聚苯醚；
（4）取上述溴化改性聚苯醚，加入到其重量30倍的二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，得聚苯醚酰胺溶液；
（5）取硼化钼、蓖麻油酸混合，在55℃下保温搅拌1小时，加入到混合料重量10倍的二甲基甲酰胺中，超声10分钟，与上述苯并三氮唑改性石墨烯混合，超声20分钟，得改性石墨烯分散液；
（6）取上述聚苯醚酰胺溶液、改性石墨烯分散液混合，加入乙酸异丁酸蔗糖酯、二月桂酸二丁基锡，在40℃下超声1小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱在70℃下真空干燥20小时，待膜成型后，放入95℃的恒温干燥箱处理1小时，揭膜，鼓风干燥，即得所述聚苯醚石墨烯质子膜。
性能测试：
实施例1的聚苯醚石墨烯质子膜的质子导电率为3.07×10-2Scm-1；
机械力学性能37.5Mpa；
实施例2的聚苯醚石墨烯质子膜的质子导电率为3.05×10-2Scm-1；
机械力学性能37.7Mpa。
Claims (5)
1.一种聚苯醚石墨烯质子膜，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：
溴己烷2-4、聚苯醚100-120、苯并三氮唑改性石墨烯10-13、2-巯基苯并咪唑0.6-1、乙酸异丁酸蔗糖酯0.1-0.2、硼化钼1-2、二月桂酸二丁基锡0.5-1、分散剂1-2、蓖麻油酸3-4。
2.根据权利要求1所述的一种聚苯醚石墨烯质子膜，其特征在于，所述的分散剂为聚山梨酯80。
3.根据权利要求1所述的一种聚苯醚石墨烯质子膜，其特征在于，所述的苯并三氮唑改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
取氧化石墨烯，加入到其重量6-8倍的异丙醇中，升高温度为60-70℃，加入三乙胺，保温搅拌10-13小时，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得胺化石墨烯；
取上述胺化石墨烯，加入到其重量16-20倍的二甲基甲酰胺中，超声分散1-2小时，送入到55-60℃的恒温水浴中，加入苯并三氮唑，保温搅拌16-20小时，出料，过滤，将沉淀水洗，送入烘箱中，在85-90℃下干燥完全，即得所述苯并三氮唑改性石墨烯。
4.根据权利要求3所述的一种聚苯醚石墨烯质子膜，其特征在于，所述的氧化石墨烯、三乙胺、苯并三氮唑的重量比为35-40：3-4：0.1-0.2。
5.一种如权利要求1-4中任一所述的聚苯醚石墨烯质子膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取溴己烷，加入到其重量3-5倍的二甲基甲酰胺中，超声10-14分钟；
（2）取2-巯基苯并咪唑，加入到其重量2-4倍的异丙醇中，在60-65℃下保温搅拌10-20分钟，得醇溶液；
（3）取聚苯醚，加入到其重量4-7倍的二甲基甲酰胺中，超声10-20分钟，与上述溴己烷的二甲基甲酰胺溶液混合，送入到70-75℃的恒温水浴中，加入上述醇溶液、聚山梨酯80，保温搅拌10-15小时，出料，抽滤，将滤饼水洗，送入烘箱中，80-85℃下干燥完全，得溴化改性聚苯醚；
（4）取上述溴化改性聚苯醚，加入到其重量30-40倍的二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，得聚苯醚酰胺溶液；
（5）取硼化钼、蓖麻油酸混合，在55-60℃下保温搅拌1-2小时，加入到混合料重量10-15倍的二甲基甲酰胺中，超声10-20分钟，与上述苯并三氮唑改性石墨烯混合，超声20-30分钟，得改性石墨烯分散液；
（6）取上述聚苯醚酰胺溶液、改性石墨烯分散液混合，加入乙酸异丁酸蔗糖酯、二月桂酸二丁基锡，在40-50℃下超声1-2小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱在70-85℃下真空干燥20-30小时，待膜成型后，放入95-105℃的恒温干燥箱处理1-2小时，揭膜，鼓风干燥，即得所述聚苯醚石墨烯质子膜。
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