(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210976489.0 (22)申请日 2022.08.15 (71)申请人 湖北工程学院 地址 432099 湖北省孝感市交通大道 272号 (72)发明人 龚春丽　聂时君　刘海　文胜　 屈婷　倪静　胡富强　汪杰　 (74)专利代理 机构 武汉宇晨专利事务所(普通 合伙) 42001 专利代理师 陈玲玲 (51)Int.Cl. C08J 5/22(2006.01) C08L 71/12(2006.01) C08L 29/04(2006.01) C08K 3/22(2006.01) C08K 9/10(2006.01)C08K 3/26(2006.01) C08K 5/07(2006.01) H01M 8/103(2016.01) H01M 8/1044(2016.01) H01M 8/1067(2016.01) H01M 8/1069(2016.01) (54)发明名称 一种磁场诱导的有机-无机复合交联阴离子 交换膜的制备方法 (57)摘要 本发明涉及燃料电池技术领域， 具体公开了 一种磁场诱导的有机 ‑无机复合交联阴离子交换 膜的制备方法， 该方法包括以下步骤： (1)碱性条 件下制备水滑石包覆四氧化三铁(Fe3O4@LDH)纳 米颗粒； (2)将水滑石包覆四氧化三铁通过超声 分散得到分散液， 同时溶解季铵化聚合物得到季 铵化聚合物溶液； (3)将无机物分散液及聚乙烯 醇溶液加入季铵化聚合物溶液并充分混合即得 到铸膜液； (4)将铸膜液浇铸在玻璃板上后整体 放入磁场环境中， 进行交联反应并蒸干溶剂， 即 得。 本发明以季铵化聚苯醚为阴离子交换膜基 质， 且将水滑石负载在Fe3O4上， 可以有效避免水 滑石的团聚问题， 经掺杂无机磁性粒子后， 其可 以在膜中构建出长程有序的离子通道， 提高离子 电导率。 权利要求书2页 说明书10页 附图3页 CN 115353657 A 2022.11.18 CN 115353657 A 1.一种磁场诱导的有机 ‑无机复合交联阴离子交换膜的制备方法， 其特征在于， 所述制 备方法包括以下步骤： (1) 制备水滑石包覆四氧化三铁纳米颗粒： 将三水合乙酸钠和六水合三氯化铁的乙二 醇溶液移到水热反应釜中， 在150~220 ℃下水热反应6 ‑12 h， 待反应釜冷却至室温后， 用磁 铁分离出磁泥， 用去离子水及无水乙醇将磁泥清洗干净后， 干燥并研磨后得到纳米四氧化 三铁颗粒； 接着将纳米四氧化三铁颗粒通过超声分散在体积比为1:  1~1: 5的甲醇与水的 混合溶剂中， 形成浓度为0.1  wt.%~0.5 wt.%的分散液， 先向分散液中滴加混合碱溶液， 直 至分散液pH为10~11， 接着一起滴加混合碱溶液与镁盐 ‑铝盐混合溶液， 滴加 速度为三秒一 滴溶液， 滴加期间维持溶液pH为10~11， 滴加完成后， 在30  ~60 ℃下反应12 ‑36 h， 冷却后， 通过磁分离出磁性不溶物， 用去离子水及无水乙醇将之清洗干净后， 干燥并研磨后得到水 滑石包覆纳米四氧化 三铁颗粒； (2) 将步骤 （1） 所得的水滑石包覆纳米四氧化三铁颗粒分散在 溶剂中制成浓度为1  g/  10 mL~1 g/ 25 mL的水滑石包覆四氧化 三铁分散液； (3) 将季铵化聚苯醚溶解于溶剂中， 形成浓度 为5~30 wt.%的季铵化聚苯醚溶液， 所述 季铵化聚苯醚的季铵化取代度为20%~60%； (4) 将戊二醛加入到浓度 为3.5 wt.%的聚乙烯醇的二甲基亚砜溶液中， 形成聚乙烯醇 混合溶液， 其中戊二醛与聚乙烯醇的质量比为1:  5~1: 20； 然后将聚乙烯醇混合溶液加入 步骤(3)所得的季铵化聚苯醚溶液中， 混合均匀后得季铵化聚合物混合溶液， 其中聚乙烯醇 与季铵化聚苯醚的质量比为1:  10~1: 100； (5) 将步骤(2)制备的水滑石包覆四氧化三铁分散液加入到步骤(4)所制备的季铵化 聚合物混合溶液中， 加入的水滑石包覆四氧化三铁与季铵化聚苯醚的质量比为1:  20~1:  100， 通过盐酸调整pH为 4并充分混合超声分散后得到均匀的铸膜分散液； (6) 将步骤(5)所得的铸膜分散液均匀地倒在玻璃板上， 对其施加垂直于基板的磁场 强度为0.1~0.5 T的磁场， 室温自然干燥6~12 h， 然后移除磁场， 将玻璃板放置于80  ℃烘箱 中继续干燥6~12 h， 冷却至室温后揭膜， 经KOH溶液进行阴离子交换得一种磁场诱导的有 机‑无机复合交联 阴离子交换膜。 2.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(1)含有CH3COO‑、 Fe3+的乙二醇溶 液中Fe3+的摩尔浓度为0.003~0.007 mol/L， Fe3+与CH3COO‑的摩尔比为1:  3~1: 8； 混合碱 溶 液及镁盐 ‑铝盐混合溶液所用溶剂与四氧化三铁分散液中溶剂相同， 混合碱溶液含有NaOH 与Na2CO3， OH‑摩尔浓度为0.2~0.3mol/L， OH‑与CO32‑的摩尔比为1:  1~1: 4； 镁盐‑铝盐混合 溶液中Mg2+的摩尔浓度为0.1~0.3 mol/L， Al3+与Mg2+的摩尔比为1:  1~1: 3， Fe3O4与Mg2+的 摩尔比为1:  6， Mg2+与OH‑的摩尔比为1:  4。 3.根据权利 要求1或2所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(2)  和(3)中所述溶剂各自独 立选自N,N ‑二甲基甲酰胺、 N,N ‑二甲基乙酰胺、 N ‑甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的任一种。 4.根据权利要求3所述的制备 方法， 其特 征在于， 步骤(2)  和(3)中所述溶剂相同。 5.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述季铵化聚苯醚的季铵化取代度为 35‑55%。 6.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述季铵化聚苯醚的季铵化取代度为 40‑45%。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115353657 A 27.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述步骤(6)中， 阴离子交换步骤为： 将膜浸泡在1  mol /L KOH 溶液中1‑24 h进行阴离子交换。 8.权利要求1~7任一所述制备方法制得的有机 ‑无机复合交联阴离子交换膜在制备碱 性聚电解质燃料电池中的应用。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115353657 A 3