阴离子交换膜的制备方法

      AEM 通常由带正电荷的聚电解质制备，并且被设计成传导离子，同时对中性分子或阳离子是不可渗透的。

　　AEM 的主要关注点在于阴离子传导性，化学稳定性和尺寸稳定性。与质子交换膜类似，阴离子交换膜的种类非常繁杂，也存在着主链 AEM、嵌段 AEM、侧链型 AEM、梳型 AEM 和致密官能化 AEM。

　　增强 AEM 的阴离子电导率的主要方法也是在膜基质中构建相互连接的阴离子导电通道。因此，合适的制备方法显得尤为重要，以确保所得 IEM 的质量。获得 IEM 的典型方法包括将上述材料溶解在强极性溶剂中，将 IEM溶液浇铸到平衡板上，最后蒸发溶剂。

　　到目前为止，该方法仍然广泛用于获取 IEM。与此同时，出现了用于改进 IEM 的结构和性质的新的制备方法。离子交换膜的制备方法有聚合物共混、原位聚合、孔填充和静电纺丝。

　　1)聚合物共混

　　聚合物共混是制备 AEM 的非常有吸引力的方法，因为它可以结合每种组分的突出特性，同时克服单一组分的不足特征。该方法不仅提高了 AEM 的稳定性，选择性和离子传导性，而且降低了成本和溶胀。

　　其中，PVDF，PS 及其共聚物，PTFE，PPO，PES，PVA，PEEK，PBI 和聚苯胺(PAN)近年来已经被广泛研究。聚合物共混提供了调节 AEM 的性质的各种可能性。

　　通过控制 2 种或更多种聚合物的组成，许多性能如离子电导率，水溶胀和化学稳定性可能显然被改进，然而，不同组分的相容性仍然具有挑战性，这可能使得混合 AEM 由于过多的界面而表现出较差的机械性能。

　　徐铜文课题组 [35] 利用聚合物共混法以制造基于 PPO 的膜。用 PPO 氯乙酰化(CPPO)直接制备的 AEM 通常具有极低的亲水性，从而离子电导较低，将 BPPO与 CPPO 共混后增强了季铵化后的亲水性，该膜显示出了高的氢氧化物传导率(0.022~0.032 S·cm-1，25℃)和低的甲醇渗透性。

　　聚合物共混可广泛用于改善 AEM 的性能，以合适的比例混合两种或更多种聚合物是其在 IEM 领域中的成功应用的关键，其可以在所得 AEM 中实现协同效应。

　　2)原位聚合

　　AEM 的传统制备通常使用原始聚合物的改性或官能化单体的直接聚合。 在这些方法中，在反应和膜形成过程期间使用的大量有机溶剂将对环境带来毒性风险。因此，为了实现工业规模的制造，重要的是开发用于制备 IEM 的简单，快速和环境友好的方法。

　　最近，有报道了使用无溶剂的原位聚合策略以克服在溶剂聚合中遇到的障碍。该策略不同于上述后改性和直接聚合技术，因为有机溶剂被完全结合到所得膜中的液体单体代替。

　　Lin 等将聚醚酮(PEK)作为必要的聚合物增强剂溶解在乙烯基苄基氯(VBC)和二乙烯基苯(DVB)单体的混合物中，在没有任何有机溶剂的情况下来形成新的浇铸溶液，再加入四亚乙基五胺(TEPA)作为 VBC 和 PKE-C 之间的交联剂，连续进行聚合和季铵化以获得交联的 AEM，所得 AEM 的电荷密度、离子导电性和碱性稳定性都较好，且有效抑制了溶胀比。

　　原位聚合作为一种多功能，可行和环境友好的方法来制备 IEM，应该得到更多的研究关注。

　　3)孔填充

　　孔填充是一种制备具有低溶胀和高选择性的 AEM 的新方法。为了使用孔填充法制备 AEM，最重要的先决条件是寻找合适的多孔基材。多孔基材需要是化学惰性的和机械稳定的，因此软聚合物电解质在孔中的膨胀可以被硬基质限制。

　　对于 AEM，多孔 PAN、高密度聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PES 和 PI 可作为基材，孔通过跟踪或相转化方法构建。除了聚合物基底，无机材料例如多孔氧化铝也可以用于获得孔填充 AEM。

　　孔填充 AEM 通常通过将聚合物电解质引入多孔基材中来制备。实现该方法的最简单的方法是将选择的离聚物倒在膜的表面上，电解质流入惰性孔中，并且当挥发溶剂完全蒸发时可形成 AEM。为了确保成功制备，具有足够黏度的相对浓缩的溶液有利于将聚合物保留在侧孔中。

　　另外一种将多孔基材浸入离子化聚合物中是制备这种类型的膜的另一种有效方式，并且被称为孔浸泡技术。孔浸泡技术的基本原理类似于孔填充技术的基本原理。

　　4)静电纺丝

　　电纺丝的方法提供了生产具有纳米级直径的电纺纳米纤维的独特优点，其具有吸引人的特征，包括三维网络，完全互连的孔，高孔隙率和大比表面积，而且电纺纳米纤维与块体相比显示出更高的拉伸模量。目前电纺丝方法已经吸引了广泛关注，且在几个应用中改善 AEM 的性能。

　　Pan 等认为通过静电纤维丝的大量堆积，能制备出有众多纤维组成的纤维毡(静电纤维膜)。相对于传统的膜的制备方法，通过静电纺丝制备的电纺纤维膜不仅具有相对均一的孔结构及孔径分布，相互贯通的内部孔通道，而且具有显著而较高的孔隙率。

　　电纺纤维膜的优点之一，便是可以对膜本身根据某些特殊的需求，利用各种各样的改性技术进行有目的的改性。尽管它有优势，电纺丝方法仍然只适用于实验室规模。目前急需，从各种聚合物结构和功能组深入探索并制备 AEM。

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