均相阴离子交换膜的原位聚合法制备、表征及应用基础研究

本项目拟通过原位聚合的方法，在无溶剂条件下进行阴离子交换膜制备、表征和应用的基础研究。通过系统分析研究聚合原理及高分子添加剂自带基团的阻聚及诱导链转移、链终止等反应的可能性，建立高分子添加剂/单体体系的筛选方法；通过系统研究原位聚合形成的网络结构的完善程度和分布形式对离子膜的离子交换容量、离子选择性、分离因子等性能的影响规律，阐明膜结构与性能的关联模式，实现对以性能为导向的离子膜在微观、介观和宏观多尺度范围内的结构调控，制备出具有高机械强度，优异电学性能的离子交换膜。通过本课题的研究，将会建立无溶剂条件下的阴离子交换膜的新颖制备方法，为膜工业面临的溶剂二次污染这一个关键技术难题提供一个有效的解决途径，为开发自主知识产权的均相阴离子交换膜的制备技术提供理论支撑。

项目执行期间，围绕任务书，积极开展原位聚合制备阴离子膜工艺开发及膜材料结构、膜微观形貌和膜离子传导性能关联研究，完成任务书指标，获得如下成果：. 1. 成功开发出利用液态单体溶解高分子聚电解质，在无溶剂条件下原位自由基聚合制备阴离子交换膜的方法，如利用对氯甲基苯乙烯（VBC）和二乙烯基苯（DVB）溶解酚酞侧基聚醚酮（PEK-C），80oC下原位聚合获得阴离子交换膜,进一步通过添加液态交联单体改善共聚物和聚电解质间相容性，提高阴膜的物化稳定性。与传统方法相比，该方法不需要溶剂，聚合反应的同时成膜，减少制膜工序，具有良好的应用前景。. 2. 在阴离子交换膜制备方法研究的基础上，为进一步提高阴膜耐碱性、电导率等性能，课题组从功能基团种类、膜材料化学结构两个方面入手，研究其对膜微观形貌乃至离子传导性能的影响，如在高分子主链上引入强碱性、高稳定性的咪唑碱、季磷碱基团提高膜耐碱性和电导率。同时，利用原子转移自由基聚合制备出侧长链结构的阴离子交换膜，其憎水的聚合物主链与亲水的脂肪族侧链由于极性的不同，在成膜过程中有利于发生相分离，形成OH-传导通道。通过介观模拟可以证明该膜可以形成双连续的微观结构，贯穿的憎水区域有利于提高膜的尺寸稳定性。同时，由于较低的接枝密度，可以减少氢氧根对主链的进攻，提高膜的化学稳定性,在2 M氢氧化钠溶液60 oC浸泡600 h离子交换通量仅下降20%。. 总之，项目执行至今，在新型离子膜的制备、表征、应用等共发表或接收SCI收录论文13篇，受邀在国内外学术会议做口头报告4次。