CZ303585B6 - Polymerní alifatické iontovýmenné materiály a zpusoby jejich použití - Google Patents
Polymerní alifatické iontovýmenné materiály a zpusoby jejich použití Download PDFInfo
- Publication number
- CZ303585B6 CZ303585B6 CZ20080809A CZ2008809A CZ303585B6 CZ 303585 B6 CZ303585 B6 CZ 303585B6 CZ 20080809 A CZ20080809 A CZ 20080809A CZ 2008809 A CZ2008809 A CZ 2008809A CZ 303585 B6 CZ303585 B6 CZ 303585B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- polymer
- ion exchange
- mol
- exchange materials
- polymeric
- Prior art date
Links
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 12
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 21
- -1 vinyl halides Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims abstract description 7
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims abstract 2
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 claims abstract 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 18
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims description 11
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 150000003009 phosphonic acids Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 7
- ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N Phosphorous acid Chemical compound OP(O)=O ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical class [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical class [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 claims 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 46
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 13
- 239000000178 monomer Substances 0.000 abstract description 6
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 abstract 2
- 125000005395 methacrylic acid group Chemical class 0.000 abstract 2
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 72
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 72
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 20
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 16
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 12
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 12
- ZTWTYVWXUKTLCP-UHFFFAOYSA-N vinylphosphonic acid Chemical compound OP(O)(=O)C=C ZTWTYVWXUKTLCP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 11
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 8
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- LRDFRRGEGBBSRN-UHFFFAOYSA-N isobutyronitrile Chemical compound CC(C)C#N LRDFRRGEGBBSRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 4
- QYZFTMMPKCOTAN-UHFFFAOYSA-N n-[2-(2-hydroxyethylamino)ethyl]-2-[[1-[2-(2-hydroxyethylamino)ethylamino]-2-methyl-1-oxopropan-2-yl]diazenyl]-2-methylpropanamide Chemical compound OCCNCCNC(=O)C(C)(C)N=NC(C)(C)C(=O)NCCNCCO QYZFTMMPKCOTAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 2-(2-cyanopropan-2-yldiazenyl)-2-methylpropanenitrile Chemical compound N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GYCMBHHDWRMZGG-UHFFFAOYSA-N Methylacrylonitrile Chemical compound CC(=C)C#N GYCMBHHDWRMZGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 3
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 3
- 238000012673 precipitation polymerization Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- LHHMNJZNWUJFOC-UHFFFAOYSA-N 1-chloro-2-[2-chloroethoxy(ethenyl)phosphoryl]oxyethane Chemical compound ClCCOP(=O)(C=C)OCCCl LHHMNJZNWUJFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCTWTZJPVLRJOU-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-1H-imidazole Chemical compound CN1C=CN=C1 MCTWTZJPVLRJOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 238000003490 calendering Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000000825 pharmaceutical preparation Substances 0.000 description 2
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 2
- 238000010094 polymer processing Methods 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L sodium persulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 2
- LGXVIGDEPROXKC-UHFFFAOYSA-N 1,1-dichloroethene Chemical compound ClC(Cl)=C LGXVIGDEPROXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LDMOEFOXLIZJOW-UHFFFAOYSA-N 1-dodecanesulfonic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCS(O)(=O)=O LDMOEFOXLIZJOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VDGFDTXXOJHDPC-UHFFFAOYSA-N C=C(OP(O)=O)OP(O)=O Chemical compound C=C(OP(O)=O)OP(O)=O VDGFDTXXOJHDPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 229920002367 Polyisobutene Polymers 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 238000007720 emulsion polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 description 1
- TVFJAZCVMOXQRK-UHFFFAOYSA-N ethenyl 7,7-dimethyloctanoate Chemical compound CC(C)(C)CCCCCC(=O)OC=C TVFJAZCVMOXQRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000010528 free radical solution polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 229920000578 graft copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 229920000092 linear low density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004707 linear low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 150000002734 metacrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000011987 methylation Effects 0.000 description 1
- 238000007069 methylation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000012454 non-polar solvent Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003008 phosphonic acid esters Chemical class 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N phosphoryl trichloride Chemical compound ClP(Cl)(Cl)=O XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SNWQKAWITMVCQW-UHFFFAOYSA-N phthalylsulfacetamide Chemical compound C1=CC(S(=O)(=O)NC(=O)C)=CC=C1NC(=O)C1=CC=CC=C1C(O)=O SNWQKAWITMVCQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002480 polybenzimidazole Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000003505 polymerization initiator Substances 0.000 description 1
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012966 redox initiator Substances 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- HRZFUMHJMZEROT-UHFFFAOYSA-L sodium disulfite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S(=O)S([O-])(=O)=O HRZFUMHJMZEROT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000010262 sodium metabisulphite Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 229920006301 statistical copolymer Polymers 0.000 description 1
- 150000003440 styrenes Chemical class 0.000 description 1
- 125000000020 sulfo group Chemical group O=S(=O)([*])O[H] 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000010557 suspension polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- HWCKGOZZJDHMNC-UHFFFAOYSA-M tetraethylammonium bromide Chemical compound [Br-].CC[N+](CC)(CC)CC HWCKGOZZJDHMNC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F230/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal
- C08F230/02—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing phosphorus, selenium, tellurium or a metal containing phosphorus
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J39/00—Cation exchange; Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
- B01J39/08—Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
- B01J39/16—Organic material
- B01J39/18—Macromolecular compounds
- B01J39/20—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J47/00—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
- B01J47/12—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor characterised by the use of ion-exchange material in the form of ribbons, filaments, fibres or sheets, e.g. membranes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
- C08J5/2206—Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
- C08J5/2218—Synthetic macromolecular compounds
- C08J5/2231—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/1023—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having only carbon, e.g. polyarylenes, polystyrenes or polybutadiene-styrenes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/1041—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
- H01M8/1046—Mixtures of at least one polymer and at least one additive
- H01M8/1048—Ion-conducting additives, e.g. ion-conducting particles, heteropolyacids, metal phosphate or polybenzimidazole with phosphoric acid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2343/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing boron, silicon, phosphorus, selenium, tellurium or a metal; Derivatives of such polymers
- C08J2343/02—Homopolymers or copolymers of monomers containing phosphorus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2433/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
- C08J2433/18—Homopolymers or copolymers of nitriles
- C08J2433/20—Homopolymers or copolymers of acrylonitrile
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Abstract
Rešení se týká polymerních neroubovaných alifatických iontovýmenných materiálu na bázi alitatických kopolymeru fosfonových kyselin odvozených od vzorce I s nenasycenou polymerizovatelnou vazbou C=C nebo jejich alifatických derivátu obsahujících nenasycenou polymerizovatelnou vazbu C=C a alifatických monomeru s jednou polymerizovatelnou vazbou C=C, vybraných ze skupiny vinylhalogenu, vinylidenhalogenu, vinylesteru, vinyllaktamu, kyseliny akrylové a methakrylové, jejich halogenderivátu, esteru a nitrilu kyseliny akrylové a methakrylové a jejich halogenderivátu. Materiály podle predloženého rešení jsou urceny pro prípravu homogenních a heterogenních membrán pro použití v membránových palivových cláncích a jiných zarízeních a procesech využívajících iontovýmenné materiály.
Description
Polymerní alifatické iontovýměnné materiály a způsoby jejich použití
Oblast techniky
Vynález se týká polymemích alifatických iontovýměnných a iontově vodivých materiálů a způsobů jejich použití.
Dosavadní stav techniky
Iontovýměnné membrány v dnešní době nacházejí uplatnění v laboratorním i průmyslovém měřítku. K. nej významnějším aplikacím patří především elektrochemické odsolování mořských a brakických vod, dělení elektrolytů od neelektrolytů, čištění farmaceutických preparátů, jako tuhé elektrolyty a využití vjiných procesech. Iontovýměnné membrány se v současné době vyrábějí jednak jako homogenní membrány, které jsou jednofázovým iontovýměnným systémem nebo jako heterogenní membrány, které se skládají z disperze iontovýměnných částic v hydrofobním polymemím pojivu (J. Membr. Sci. 250 (2005) 151), Většina dosavadních katiogenních (katexových) membrán se připravuje z polymerů nesoucích sulfoskupiny, fosfoskupiny, karboxyskupiny nebo jiné vodou disociovatelné kyselé skupiny v postranních řetězcích (J. Membr. Sci. 259, (2005) 10). Tyto membrány jsou iontově vodivé v hydratovaném stavu, tj. po disociaci kyselé funkční skupiny. V dnešní době se nejčastěji jako membránové polymerní elektrolyty v palivových článcích pracujících pod bodem varu vody používají perfluorované homogenní membrány (US 6 692 569). Ty se vyznačují velkou iontovou vodivostí, vhodnou sorpcí vody (nasákavostí), dobrými mechanickými vlastnostmi a mimořádnou odolností vůči oxidaci při provozu v palivovém článku. Oxidace vede ke zkřehnutí membránového elektrolytu a možnosti prasknutí membrány a také ke snížení výkonu palivového článku (J. Membr. Sci. 243, (2004) 327). Jako alternativa k těmto perfluorovaným materiálům se používají a vyvíjejí částečně fluorované iontovýměnné materiály (US 5 422 411) a nefluorované polymerní iontovýměnné materiály. Z nich nejvýznamnější jsou sulfonované aromatické polymery na bázi sulfonovaných poly(ether keton)ů (DE 4 219 077) sulfonovaných poly(sulfon)ů (J, Membr. Sci. 83, (1993) 211) sulfonovaných poly(fenylen sulfid)ů (Patent DE 19 527 435). Tyto materiály se vyznačují dosti často velmi nízkou odolností vůči oxidaci při provozu v palivovém článku (oxidační stabilitou) a vysokou propustností methanolu při použití v přímých methanolových palivových článcích (Chem. Mater. 8, (1996) 610). Výhodou polymemích iontovýměnných a iontově vodivých materiálů na bázi alifatických kopolymerů fosfonových a kyselin strukturního vzorce (I) a jejich derivátů obsahujících polymerizovatelnou vazbu C=C podle vynálezu proti aromatickým sulfonovaným polymerům je jejich zvýšená odolnost proti oxidaci, jejich dobré mechanické vlastnosti a výborná odolnost proti tepelné degradaci. Nevýhodou nízkoteplotních palivových článků (pracujících pod teplotou varu vody) je, že blízko teploty varu vody membrána vyschne a ztrácí iontovou vodivost. Polymerní membránové palivové články pracující nad teplotu varu vody, 100 °C až 200 °C (středně teplotní palivové články) používají jako elektrolyty bazické polymery dopované minerálními kyselinami. Především se jedná o poly(benzimidazol) ajeho deriváty dopované kyselinou fosforečnou, které iontově vedou při teplotách nad 100 °C (dokument WO 096/13 872). Výhodou středně teplotních palivových článků je jejich vyšší tolerance vůči možným katalytickým jedům v palivu, (J. Appl. Elchem. 31 (2001) 773) především oxidu uhelnatému, zisk vysokopotenciálového tepla a vyšší výkon článku. Nepotřebují zvlhčovat palivo a oxidant. Jejich nevýhodou je však vymývání kyseliny fosforečné z membrány vodou vznikající reakcí v palivovém článku, především při startu a vypínání palivového článku. Pro zvýšení iontové vodivosti jsou do membrán běžně přidávána iontově vodivá plniva. Jedná se například o sulfáty, fosfáty, zeolity a heteropolykyseliny (J. Membr. Sci. 226, (2003) 169). Dosavadní poznatky vědy a techniky uvádějí přípravu iontovýměnných polymemích materiálů na bázi vinyl obsahující fosfonovou kyselinou, přípravou dvourozměrné struktury (membrány) na nosiči a následnou polymerací vinyl obsahující fosfonové kyseliny (dokument US 2005147859) nebo plasmově polymerovanou vinylfosfonovou kyselinu na PTFE nosiči, kdy se získá roubovaný kopolymer (Chemical Engineering Communications
- 1 CZ 303585 B6
190, (2003) 1085). Takto připravené materiály jsou heterogenní na makro nebo na mikroúrovni. Jedná se o interpolymemí sítě nebo roubované kopolymery. Dosavadní poznatky vědy a techniky uvádějí také přípravu iontový měn ných polymemích materiálů na bázi vinyl obsahující fosfonové kyseliny míšením poly(vinylfosfonové kyseliny) s dusíkatými heterocyklickými sloučeninami, např. imidazolem (Polymer 45, (2005) 2986). Tento systém je však vodorozpustný a tudíž nevhodný pro nízkoteplotní palivové články. Pri kopolymeraci vinyl obsahující fosfonové kyseliny s vodorozpustnými monomery se získá vodorozpustný kopolymer (Solid State Ionics 164, (2003) p. 169). Toto řešení má nevýhodu v rozpustnosti tohoto systému ve vodě, tudíž je nevhodné pro nízkoteplotní palivové články. Dosavadní poznatky vědy a techniky uvádějí přípravu statistických kopolymerů vinylfosfonové kyseliny ajejich esterů se styrenem, jež mají však špatné mechanické vlastnosti a jsou po hydrolýze téměř iontově nevodivé (J. Appl. Polym. Sci. 74 (1999) 83). V literatuře je popsána příprava kopolymerů alifatických fosfonových kyselin polymeranalogickou reakcí, tzv. Michalelis-Arbuzovo reakcí (Advances in Fuel cells 1 (2007) 120), avšak za podmínek této reakce je doprovázena u alifatických polymerů vedlejšími reakcemi. Dosavadní poznatky vědy a techniky neuvádějí přípravu iontově vodivých polymerů na základě neroubovaných, alifatických kopolymerů, připravených polymerizací fosfonových kyselin s polymerizovatelnou vazbou C=C, které by byly vodonerozpustné, nesesíťované, filmotvomé z polymemího roztoku, byly vysoce iontově vodivé, měly dobré mechanické vlastnosti měly vysokou oxidační stabilitu vůči radikálům a byly využitelné v aplikacích pro iontovýměnné materiály, především jako elektrolyty v palivových článcích.
Podstata vynálezu
Předmětem předloženého vynálezu jsou polymemí iontovýměnné materiály na bázi alifatických kopolymerů fosfonových kyselin strukturního vzorce I ajejich derivátů obsahujících polymerizovatelnou vazbu C=C, které jsou vodivé pro ionty, a to buď přímo, nebo po chemické úpravě, která obvykle zahrnuje reesterifíkaci a následnou hydrolýzu, nebo přímou hydrolýzu esteru nebo amidu fosfonové kyseliny. Materiály podle předloženého vynálezu jsou určeny pro přípravu homogenních a heterogenních membrán a pro použití v membránových palivových článcích a jiných procesech využívajících iontovýměnné materiály. Jejich podstata spočívá v tom, že se sestávají z polymerů nesoucích fosfoskupiny jako substituenty na hlavním řetězci nebo v postranním řetězci. Příprava materiálu podle předloženého vynálezu se sestává z roztokové, emulzní, suspenzní nebo blokové polymerace alifatického monomeru obsahujícího fosfonovou kyselinu nebo její deriváty obsahující po lymerizo vatě lnou vazbu typu C=C, obecného vzorce I, R1 R3 I I c—c
I I ^2 Ρθ3^4^5 (i).
kde R, je substítuent vybraný ze skupiny —H, —F,
R? je substítuent vybraný ze skupiny -H, -F,
R3 je substítuent vybraný ze skupiny -H, -F, -Cl, -Br, -I, -COOR8, -COC1, CON R8R8,
PO3R4Rs
R4 je substítuent vybraný ze skupiny -H, -chlorem substituovaný alkyl C?,
- 2 CZ 303585 B6
R5 je substituent vybraný ze skupiny -H, -chlorem substituovaný alkyl C2,
R8 je-H.
Pro přípravu materiálu podle předloženého vynálezu může být použit jako derivát fosfonové kyseliny I obsahujících polymerizovatelnou vazbu typu C=C, také jakákoliv jejich anorganická nebo organická sůl případně chlorid nebo fluorid fosfonové kyseliny odvozené od obecného vzorce I. Jako komonomery mohou být použity akryláty, methakryláty, rozvětvené vinylestery, akrylonitril, methakrylonitril, vinylhalogenidy, vinylidenhalogenidy aniž se na tuto skupinu komonomerů omezuje. Jako zvláště výhodné je použití akrylonitrilu a methakrylonitrilu. Polymeraci lze provádět ve formě tenkého filmu, kdy se v jednom kroku provede příprava materiálu i jeho zpracování do formy membrány. Jako iniciátory polymerace mohou být použity chemické radikálové iniciátory, UV záření, fotoiniciátory, elektronový paprsek, elektrochemická iniciace, a jiné běžné způsoby iniciace polymerace. Jako rozpouštědla mohou být použita polární i nepolární rozpouštědla, například dimethylsulfoxid (DMSO), dimethylformamid (DMF), d i methy láce tam i d (DMAc), N-methylpyrrolidon (NMP), N-methyl imidazol (NMI), kyselina fosforečná (H3PO4) a jiná rozpouštědla. Jako zvláště výhodné je použití netoxického DMSO a H3PO4. Použity též mohou být směsi rozpouštědlo srážedlo. Jako výhodné je použití směsi polární rozpouštědlo voda, s obsahem vody do 10%. Jako zvláště výhodné je použití vody v obsahu 3 až 7 %, neboť se v takovéto směsi rozpouští některé soli fosfonových kyselin. Jako rozpouštědlo pro srážecí polymerací mohou být použity polární substituované uhlovodíky, například alifatické nižší alkoholy, nebo ketony a jiná rozpouštědla, v nichž se výsledný polymer nerozpouští. Jako zvláště výhodné je použití vody v množství více jak I5násobném vůči akrylonitrilu, neboť je v takovémto množství vody akrylonitril rozpustný. Izolace polymeru z roztoku může být provedena odpařením rozpouštědla, nebo vysrážením polymeru do srážedla v případě roztokové polymerace. V případě srážecí polymerace je polymer získán filtrací nebo odpařením rozpouštědla (srážedla). Způsob přípravy polymemích membrán, spočívá v rozpuštění alifatického polymeru podle vynálezu nesoucím fosfoskupiny jako substituenty na hlavním řetězci nebo v postranním řetězci, nalitím roztoku ve formě filmu na inertní podložku, odpařením rozpouštědla a sejmutím membrány z inertní podložky. Další způsob přípravy polymemích membrán spočívá v rozpuštění alifatického homopolymeru nebo kopolymerů nesoucího fosfoskupiny a připraveného podle vynálezu v rozpouštědle pro daný polymer a ve smísením s iontově nevodivým polymerem rozpuštěným ve stejném rozpouštědle v jakém se rozpouští i iontově vodivý polymer, smíšením roztoků a v odlití výsledného roztoku ve formě filmu na inertní podložku, v odpaření rozpouštědla a sejmutí výsledné membrány z inertní podložky. Další způsob přípravy polymemích membrán z polymeru podle vynálezu spočívá v dispergaci namletých iontově vodivých částic alifatického polymeru podle vynálezu o velikosti 1 až 100 pm, s výhodou 20 až 80 pm, do iontově nevodivého polymeru nad teplotou tání iontově nevodivého polymeru a následným lisováním, vstřikováním, kalandrováním, či jinou běžnou technologií zpracování polymerů. Výhodné je, aby se obsah polymeru podle vynálezu v membráně pohyboval mezi 40 až 75 % hmotn. Další způsob přípravy polymerních membrán z polymeru podle vynálezu na homogenní membrány může být, vstřikování, kalandrování, či jiná běžná technologie zpracování polymerů. Zpracování materiálu se neomezuje pouze na zpracování do podoby membrán. Další možný příklad je zpracování do podoby sférických částic o velikosti mikrometrů až milimetrů pro použití jako iontovýměnné pryskyřice. Následuje výčet příkladů přípravy materiálu ajeho zpracování dle vynálezu, aniž se na tyto příklady omezuje.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Byla připravena polymerační směs sestávající se z 12,04 g vinylfosfonové kyseliny o čistotě 84,9% (0,095 mol), 18,07 g (0,34 mol) akrylonitrilu 0,2015 g (0,001227 mol), iniciátoru 2,2'-3CZ 303585 B6 azobis(2-methylpropionitril)u a 70,00 g (0,90 mol) dimethylsulfoxidu (DMSO). Směs byla zbavena kyslíku probubláním 10 min. inertním plynem, vzduchotěsně uzavřena a polymerována pri teplotě 70 °C po dobu 5 hodin. Následně byla směs naředěna 50 g DMSO a za míchání polymer vysrážen do 2 1 ethanolu. Polymer byl odfiltrován a promyt 4 x 0,5 litru ethanolu po dobu 4 x 0,5 hodiny za stálého míchání. Polymer byl vysušen pri teplotě 25 °C za atmosférického tlaku do konstantní váhy. Pro elementární analýzu byla připravena membrána z DMF, která byla vysušena za atmosférického tlaku při teplotě 70 °C a dosušena za atmosférického tlaku pri teplotě 160 °C po dobu 0,5 hodiny. Výsledky elementární analýzy polymeru v H+ fázi: C, 55,53 % hmotn., H: 6,10 % hmotn., N: 18,61 % hmotn., P: 5,04 % hmotn.. Iontovýměnná kapacita polymeru podle obsahu fosforuje 3,25 meq/g.
Příklad 2
Byla připravena polymerační směs sestávající se z 15,00 g (0,064 mol) bis(2-chloroethyl)vinylfosfonátu 15,00 g (0,15 mol) methylmethakrylátu, 0,1078 g (0,0006565 mol) iniciátoru 2,2-azobis(2-methylpropionitril)u a 60,00 g (0,82 mol) dimethy lformamidu (DMF). Směs byla zbavena kyslíku probubláním 10 min. inertním plynem, vzduchotěsně uzavřena a polymerována pri teplotě 70 °C po dobu 13 hodin. Polymer byl vysrážen do 2 litrů demineralizované vody. Polymer byl zfiltrován a promyt 4 x 0,5 litru demineralizované vody po dobu 4 x 0,5 hodiny za stálého míchání. Polymer byl vysušen při teplotě 25 °C za atmosférického tlaku do konstantní váhy. Pro elementární analýzu byla připravena membrána z DMF, která byla vysušena za atmosférického tlaku při teplotě 70 °C a dosušena za atmosférického tlaku pri teplotě 160 °C po dobu 0,5 hodiny. Výsledky elementární analýzy polymeru: C, 51,45% hmotn., H: 7,22 % hmotn., P: 3,82% hmotn., Cl: 7,79 % hmotn.
Příklad 3
Byla připravena polymerační směs sestávající se z 3,08 g vinylfosfonové kyseliny o čistotě 84,9 % (0,024 mol), 3,05 g methylmethakrylátu (0,030 mol), 0,0507 g (0,0003088 mol) iniciátoru 2,2'-azobis(2-methylpropionitril)u a 100,00 g 85% kyseliny fosforečné o čistotě p.a. (0,87 mol). Směs byla zbavena kyslíku probubláním 10 min. inertním plynem, vzduchotěsně uzavřena a polymerována pri teplotě 80 °C po dobu 16 hodin. Polymer byl vysrážen do 2 litrů demineralizované vody. Polymer byl odfiltrován a promyt 4 x 0,5 litru ethanolu po dobu 4 x 0,5 hodiny za stálého míchání. Polymer byl vysušen při teplotě 25 °C za atmosférického tlaku do konstantní váhy. Pro elementární analýzu byla připravena membrána z DMF, která byla vysušena za atmosférického tlaku při teplotě 70 °C a dosušena za atmosférického tlaku pri teplotě 160 °C po dobu 0,5 hodiny. Výsledky elementární analýzy polymeru v Ff fázi: C, 58,28 % hmotn., H: 7,94 % hmotn., P: 0,78 % hmotn.. Iontovýměnná kapacita polymeru podle obsahu fosforuje 0,50 meq/g.
Příklad 4
Byla připravena polymerační směs sestávající se z 4,10 g (0,015 mol) tetranatrium - (ethen-1,1diyl)bisfosfonátu, 6,00 g (0,11 mol) akrylonitrílu, 0,2068 g (0,001259 mol) iniciátoru 2,2'azobis(2-methylpropionitril)u a 30,00 g 85% kyseliny fosforečné (0,26 mol). Směs byla zbavena kyslíku probubláním 10 min. inertním plynem, vzduchotěsně uzavřena a polymerována při teplotě 70 °C po dobu 3 hodin. Polymer byl vysrážen do 2 litrů demineralizované vody. Polymer byl odfiltrován a promyt 4 x 0,5 litru ethanolu po dobu 4 x 0,5 hodiny za stálého míchání. Polymer byl vysušen při teplotě 25 °C za atmosférického tlaku do konstantní váhy. Pro elementární analýzu byla připravena membrána z DMF, která byla vysušena za atmosférického tlaku při teplotě 70 °C a dosušena za atmosférického tlaku při teplotě 160 °C po dobu 0,5 hodiny. Výsledky elementární analýzy polymeru v H+ fázi: C, 59,64 % hmotn., H: 5,6 % hmotn., N: 21,49 % hmotn., P: 3,31 % hmotn.. Iontovýměnná kapacita polymeru podle obsahu fosforuje 2,13 meq/g.
-4CZ 303585 B6
Příklad 5
Byla připravena polymerační směs sestávající se z 9,04 g (0,071 mol) vinylfosfonové kyseliny o čistotě 8,49 %, 6,01 g (0,090 mol) methakrylonitrilu, 0,2041 g (0,001243 mol) iniciátoru 2,2'azobis(2-methylpropionitril)u a 30,00 g (0,41 mol) dimethylformamidu (DMF). Směs byla zbavena kyslíku probublaním 10 min. inertním plynem, vzduchotěsně uzavřena a polymerována při teplotě 70 °C po dobu 6 hodin. Polymer byl vysrážen do 2 litrů směsi butan-1-ol/diethylether 1:1. Polymer byl zfíltrován a promyt 4 x 0,25 litru směsi butan-l-ol/diethylether 1: l po dobu 4 x 0,5 hodiny za stálého míchání. Polymer byl vysušen při teplotě 25 °C za atmosférického tlaku do konstantní váhy. Pro elementární analýzu byla připravena membrána z DMF, která byla vysušena za atmosférického tlaku při teplotě 70 °C a dosušena za atmosférického tlaku při teplotě 160 °C po dobu 0,5 hodiny. Výsledky elementární analýzy polymeru v H+ fázi: C, 59,19 % hmotn., H: 7,25 % hmotn., N: 15,75 % hmotn., P: 6,19 % hmotn.. lontovýměnná kapacita polymeru podle obsahu fosforuje 4,00 meq/g.
Příklad 6
Byla připravena polymerační směs sestávající se z 10,23 g (0,080 mol) vinylfosfonové kyseliny o čistotě 84,9%, 10,02 vinylidenechloridu (0,10 mol), 0,2022 g (0,001231 mol) 2,2'-azobis(2methylpropionitrilju a 20,00 g (0,27 mol) dimethylformamidu (DMF). Směs byla zbavena kyslíku probubláním 10 min. inertním plynem, vzduchotěsně uzavřena a polymerována při teplotě 70 °C po dobu 4 hodin. Polymer byl vysrážen do 2 litrů vody. Polymer byl zfíltrován a promyt 4 x 0,5 litru ethanolu po dobu 4 x 0,5 hodiny za stálého míchání. Polymer byl vysušen při teplotě 25 °C za atmosférického tlaku do konstantní váhy. Pro elementární analýzu byla připravena membrána z DMF, která byla vysušena za vakua při teplotě 70 °C do konstantní váhy. Výsledky elementární analýzy polymeru v H+ fázi: C, 26,97 % hmotn., H: 2,84 % hmotn., Cl: 53,49 % hmotn., P: 5,82 % hmotn.. lontovýměnná kapacita polymeru podle obsahu fosforuje 3,75 meq/g.
Příklad 7
Byla připravena polymerační směs sestávající se z 7,50 g (0,059 mol) vinylfosfonové kyseliny o čistotě 84,9%, 7,55 g vinylneodekanoátu (0,038 mol), 0,2006 g (0,001221 mol) 2,2'-azobis(2methylpropionitril)u a 30,00 g (0,41 mol) dimethylformamidu (DMF). Směs byla zbavena kyslíku probubláním 10 min. inertním plynem, vzduchotěsně uzavřena a polymerována při teplotě 70 °C po dobu 4 hodin. Polymer byl vysrážen do 2 litrů směsi aceton itri 1/diethy lether 9:1. Polymer byl zfíltrován a promyt 4 x 0,25 litru směsi acetonitril/diethylether 9:1 po dobu 4 x 0,5 hodiny za stálého míchání. Polymer byl vysušen při teplotě 25 °C za atmosférického tlaku do konstantní váhy. Pro elementární analýzu byla připravena membrána z DMF, která byla vysušena za vakua pri teplotě 70 °C a dosušena za atmosférického tlaku při teplotě 160 °C po dobu 10 minut. Výsledky elementární analýzy polymeru v H+ fázi: C, 41,11 % hmotn., H: 4,66 % hmotn., N: 10,71 % hmotn., P: 6,19 % hmotn.. lontovýměnná kapacita polymeru podle obsahu fosforuje 4,00 meq/g.
Příklad 8
Byla připravena polymerační směs sestávající se z 5,02 g (0,039 mol) vinylfosfonové kyseliny o čistotě 84,9%, 5,03 g akrylonitrilu (0,094 mol), 0,0100 g (0,0006090 mol) 2,2'-azobis(2methylpropionitril)u a 50,00 g (1,09 mol) ethanolu. Směs byla zbavena kyslíku probubláním lOmin. inertním plynem, vzduchotěsně uzavřena a polymerována při teplotě 70°C po dobu 24 hodin. Polymer byl zfíltrován a promyt 4 x 0,25 litru ethanolu po dobu 4 x 0,5 hodiny za stálého míchání. Polymer byl vysušen při teplotě 25 °C za atmosférického tlaku do konstantní váhy.
-5CZ 303585 B6
Pro elementární analýzu byla připravena membrána z DMF, která byla vysušena za atmosférického tlaku při teplotě 70 °C a dosušena za atmosférického tlaku při teplotě 160 °C po dobu 10 minut. Výsledky elementární analýzy polymeru v H+ fázi: C, 55,67% hmotn., H: 5,94 % hmotn., N: 17,93 % hmotn., P: 5,46 % hmotn.. Iontovýměnná kapacita polymeru podle obsahu fosforuje 3,52 meq/g.
Příklad 9
Byla připravena polymerační směs sestávající se z 5,03 g (0,039 mol) vinylfosfonové kyseliny o čistotě 84,9 %, 5,02 g akrylonitrilu (0,095 mol), 0,0103 g (0,0006276 mol) 2,2'-azobis(2methylpropionitril)u a 50,00 g (0,86 mol) acetonu. Směs byla zbavena kyslíku probubláním 10 min. inertním plynem, vzduchotěsně uzavřena a polymerována při teplotě 70 °C po dobu 24 hodin. Polymer byl zfiltrován a promyt 4 x 0,25 litru ethanolu po dobu 4 x 0,5 hodiny za stálého míchání. Polymer byl vysušen při teplotě 25 °C za atmosférického tlaku do konstantní váhy. Pro elementární analýzu byla připravena membrána z DMF, která byla vysušena za atmosférického tlaku při teplotě 70 °C a dosušena za atmosférického tlaku při teplotě 160 °C po dobu 10 minut. Výsledky elementární analýzy polymeru v H+ fázi: C, 43,49% hmotn., H: 5,66 % hmotn., N: 12,42 % hmotn., P: 12,93 % hmotn.. Iontovýměnná kapacita polymeru podle obsahu fosforuje 8,34 meq/g.
Příklad 10
Suspenzní polymerace byla provedena v polymerační směsi sestávající se z 5,04 g (0,022 mol) bis(2-chlorethyl)vinylfosfonátu, 5,03 g methylmethakrylátu (0,050 mol), 0,3020 g (0,001323 mol) peroxodisíranu amonného a 10,23 g (0,57 mol) vody. Směs byla zbavena kyslíku probubláním 10 min. inertním plynem, vzduchotěsně uzavřena a polymerována při teplotě 70 °C po dobu 8 hodin za stálého míchání mechanickým míchadlem při otáčkách 700 ot./min. Polymer byl vysušen při teplotě 120 °C za atmosférického tlaku do konstantní váhy. Takto připravený polymer byl analyzován na obsah elementárních prvků. Výsledky elementární analýzy polymeru v H+ fázi: C, 45,50 % hmotn., H: 6,38 % hmotn., P: 5,50 % hmotn, Cl: 14,06 % hmotn.
Příklad 11
Srážecí polymerace využívající redox iniciace byla provedena v polymerační směsi sestávající se z 5,02 g (0,039 mol) vinylfosfonové kyseliny o čistotě 84,9 %, 5,07 g akrylonitrilu (0,096 mol), 0,2400 g peroxodisíranu sodného (0,001052 mol), 0,2200 g pyrosiřičitanu sodného (0,001157 mol) a 15,00 g (8,33 mol) vody. Směs byla zbavena kyslíku probubláním 10 min. inertním plynem, vzduchotěsně uzavřena a polymerována při teplotě 70 °C po dobu 24 hodin. Polymer byl zfiltrován a promyt 2 x 0,5 litru demineralizované vody po dobu 2 x 0,5 hodiny za stálého míchání. Polymer byl vysušen při teplotě 120 °C za atmosférického tlaku do konstantní váhy. Takto připravený polymer byl analyzován na obsah elementárních prvků. Výsledky elementární analýzy polymeru v H+ fázi: C, 50,07 % hmotn., H: 5,84 % hmotn., N: 21,54 % hmotn., P: 2,87 % hmotn.. Iontovýměnná kapacita polymeru podle obsahu fosforuje 1,85 meq/g.
Příklad 12
Emulzní polymerace byla provedena v reakční směsi sestávající se z 10,08 g (0,085 mol) vinylfosfonové kyseliny o čistotě 84,9 %, 90,1 g (0,90 mol) methyl methakrylátu, 8,41 g 24 % roztoku dodecylsulfonátu jako emulgátoru, 1,00 g (0,0044mol) iniciátoru peroxodisíranu amonného a 230 g (12,76 mol) vody. Směs byla zbavena kyslíku probubláním inertním plynem. Syntéza se prováděla v reakčním kotlíku o objemu cca 400 ml. Z celkové navážky vody se vložilo 20 % do
-6CZ 303585 B6 reakčního kotlíku temperovaného na 80 °C a udržovaného pod inertní atmosférou žargonu. Zbylé množství vody se intenzivně smíchalo s monomery emulgátorem a 0,4 g peroxodisíranu amonného za vzniku emulze monomerů. 0,1 g peroxodisíranu amonného se přidal těsně před nadávkováním emulze monomerů do reakčního kotlíku. Dávkování emulze bylo provedeno ve dvou krocích, 1. nadávkování 10 % emulze do reakčního kotlíku k vytvoření seedu. Po 1 hodině se dávkoval 2. krok, a to postupným příkapem emulze po dobu třech hodin. Po dokončení příkapu emulze se do reakčního kotlíku vložil zbytek iniciátoru peroxodisíranu amonného, a byla zvýšena reakční teplota na 90 °C, tato fáze trvala 2 h. Vzniklá emulze byla koagulována. Polymer byl vysušen za pokojové teploty. Pro elementární analýzu byla připravena membrána z DMF, která io byla vysušena za atmosférického tlaku při teplotě 70 °C a dosušena za atmosférického tlaku při teplotě 160 °C po dobu 10 minut. Výsledky elementární analýzy polymeru v Ff fázi: C, 61,83 % hmotn., H: 8,52 % hmotn., P: 0,36 % hmotn.. Iontovýměnná kapacita polymeru podle obsahu fosforuje 0,21 meq/g.
Příklad 13
Polymer připravený podle příkladu 1 byl rozpuštěn na 10% roztok v dimethylformamidu (DMF) a odlit na sklo ve formě tenkého filmu. Rozpouštědlo bylo odpařeno při teplotě 70 °C a membrá20 na sejmuta ponořením do demineralizované vody. Iontovýměnná kapacita membrány podle obsahu fosforu v polymeruje 3,25 meq/g.
Příklad 14
Polymer připravený podle příkladu 1 byl rozemlet v kulovém mlýně a vyset přes síto s velikostí ok 63 μιη. Frakce částic < 63 μπι byla izolována a 35 g směsi z 66 hmotnostních % polymemích částic s 34 hmotnostními % LLDPE byla hnětena při teplotě 150 °C v zařízení Brabender Plášti Corder PLE 651, při otáčkách 30 min-1 a po dobu 5 minut od doby kdy kroutící moment dosáhl
25 Nm. Následně byla směs lisována na fólie tloušťky 0,2 mm mezi polyesterovými fóliemi, za použití dorazové síly lisu 175 kN, teploty 150 °C, dvouminutového předehřevu a dvouminutového dolisování. Plocha takto připravené membrány byla 315 cm2. Iontovýměnná kapacita membrány podle obsahu fosforu v polymeruje 2,15 meq/g.
Příklad 15
Polymer připravený podle příkladu 1 byl rozemlet v kulovém mlýně a pomocí síta s velikostí ok 63 pm byla izolována frakce < 63 pm. Bylo připraveno 10 gramů 12% roztoku poly(isobutylen)u v toluenu a do něj dispergováno 1,2 g částic < 63 pm polymeru dle vynálezu a směs odlita na sklo. Toluen byl odpařen a membrána sejmuta ponořením do vody. Iontovýměnná kapacita membrány podle obsahu fosforu v polymeruje 1,63 meq/g.
Příklad 16
Polymer připravený podle příkladu 1 byl rozpuštěn na 10% roztok v dimethylformamidu (DMF). 1 gram tohoto roztoku byl smíchán s 1 gramem 10% roztoku polyvinylidenfluoridu v DMF a odlit na sklo ve formě tenkého filmu. Rozpouštědlo bylo odpařeno za atmosférického tlaku při teplotě 90 °C a film dosušen za atmosférického tlaku při teplotě 160 °C po dobu 0,5 hodiny.
Membrána byla sejmuta ponořením do demineralizované vody. Iontovýměnná kapacita membrány podle obsahu fosforu v polymeru je 1,63 meq/g.
-7CZ 303585 B6
Příklad 17
Membrána připravená podle příkladu 15 o váze 1,43 g v suchém stavu byla ponořena na 2 hodiny při teplotě 25 °C do 50% kyseliny fosforečné a poté vyjmuta, otřena buničinou a vysušena při teplotě 110 °C do konstantní hmotnosti. Nasorbované množství kyseliny fosforečné 2,83 gramů.
Průmyslová využitelnost
Iontovýměnné membrány v dnešní době nacházejí uplatnění v laboratorním i průmyslovém měřítku. K nej významnějším aplikacím patří především elektrochemické odsolování mořských a brakických vod, dělení elektrolytů od neelektrolytů, čištění farmaceutických preparátů, jako tuhé elektrolyty a využití v jiných procesech. Materiály podle předloženého vynálezu jsou určeny pro přípravu homogenních a heterogenních membrán a pro použití v membránových palivových článcích a jiných procesech využívajících iontovýměnné materiály.
Claims (5)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Polymemí neroubované alifatické iontovýměnné materiály, vyznačené tím, že jsou vodivé pro ionty a že jsou tvořeny neroubovanými alifatickými kopolymery fosfonových kyselin vzorce I obsahujících polymerizovatelnou vazbu C=C a jedním nebo více komonomery s jednou nebo více polymer i zo vatě Inými vazbami C=C, přičemž fosfonová kyselina vzorce I má strukturu:kde r2 PO3R4R3''4''5 (I),Ri je substituent vybraný ze skupiny -H, -F,R2 je substituent vybraný ze skupiny -H, -F,R3 je substituent vybraný ze skupiny -H, -F, -Cl, -Br, -I, -COORg, -COCI, CON R8R8, PO3R4R5,R4 je substituent vybraný ze skupiny -H, -chlorem substituovaný alkyl C2,R5 je substituent vybraný ze skupiny -H, -chlorem substituovaný alkyl C2,R8 je -H, a tato kyselina může být také ve formě soli, chloridu, fluoridu nebo amidu.-8CZ 303585 B6
- 2. Polymemí neroubované alifatické iontovýměnné materiály podle nároku 1, vyznačené tím, že komonomery s jednou C-C vazbou jsou vybrány ze skupiny vinylhalogenidů, vinylidenhalogenidů, vinylesterů, vinyllaktamů, kyseliny akrylové a methakrylové, jejich halogenderivátů, esterů, amidů a nitrilů kyseliny akrylové a methakrylové a jejich halogenderivátů.
- 3. Polymemí neroubované alifatické iontovýměnné materiály podle nároků 1 a 2, vyznačené t í m , že obsahují 1,2 až 28 % hmotn. fosforu.
- 4. Polymemí neroubované alifatické iontovýměnné materiály podle nároků laž3, vyznalo čené tím, že fyzikálně sorbují kyselinu fosforečnou.
- 5. Použití polymemích neroubovaných alifatických iontovýměnných materiálů podle nároků l až 4 v palivových článcích nebo jiných elektrochemických a iontovýměnných aplikacích.15 6. Použití polymemích neroubovaných alifatických iontovýměnných materiálů podle nároků 1 až 5 v iontovýměnných kolonách, v katalytických systémech nebo elektrochemických aplikacích.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20080809A CZ303585B6 (cs) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Polymerní alifatické iontovýmenné materiály a zpusoby jejich použití |
| PCT/CZ2009/000150 WO2010069277A2 (en) | 2008-12-15 | 2009-12-10 | Polymeric aliphatic ion-exchange materials and their applications |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20080809A CZ303585B6 (cs) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Polymerní alifatické iontovýmenné materiály a zpusoby jejich použití |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2008809A3 CZ2008809A3 (cs) | 2010-06-23 |
| CZ303585B6 true CZ303585B6 (cs) | 2012-12-27 |
Family
ID=42169499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20080809A CZ303585B6 (cs) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Polymerní alifatické iontovýmenné materiály a zpusoby jejich použití |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ303585B6 (cs) |
| WO (1) | WO2010069277A2 (cs) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5110184B2 (ja) * | 2010-10-19 | 2012-12-26 | トヨタ自動車株式会社 | ホスホン酸ポリマー、その製造方法及び燃料電池用電解質膜 |
| WO2019177966A1 (en) | 2018-03-15 | 2019-09-19 | Entegris, Inc. | Fluorinated filter membrane, filters, and methods |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5539003A (en) * | 1991-12-20 | 1996-07-23 | University Of Tennessee Research Corporation | Phosphonic acid based ion exchange resins |
| WO2007125038A2 (de) * | 2006-04-26 | 2007-11-08 | Basf Se | Verfahren zum aufbringen korrosionsschutzschichten auf metallische oberflächen |
-
2008
- 2008-12-15 CZ CZ20080809A patent/CZ303585B6/cs not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-12-10 WO PCT/CZ2009/000150 patent/WO2010069277A2/en not_active Ceased
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5539003A (en) * | 1991-12-20 | 1996-07-23 | University Of Tennessee Research Corporation | Phosphonic acid based ion exchange resins |
| WO2007125038A2 (de) * | 2006-04-26 | 2007-11-08 | Basf Se | Verfahren zum aufbringen korrosionsschutzschichten auf metallische oberflächen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010069277A2 (en) | 2010-06-24 |
| CZ2008809A3 (cs) | 2010-06-23 |
| WO2010069277A3 (en) | 2011-01-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2264420C2 (ru) | Фторполимеры, содержащие ионные или ионизируемые группы, и продукты, содержащие указанные фторполимеры | |
| US5643968A (en) | Process for producing ion exchange membranes, and the ion exchange membranes produced thereby | |
| JP5337481B2 (ja) | イオン性(コ)ポリマー樹脂とマトリックス(コ)ポリマーとのブレンド | |
| TWI343143B (en) | Non-perfluorinated resins containing ionic or ionizable groups and products containing the same | |
| CN109690695B (zh) | 固体高分子电解质膜及其制造方法 | |
| CN105085847A (zh) | 一种磺酰胺化芳香族聚合物、其制备方法及应用 | |
| WO2008143303A1 (en) | Polymer electrolyte composite film, membrane-electrode assembly and fuel cell | |
| CN107913600A (zh) | 具有质子交换功能的复合正渗透膜及其制备方法与用途 | |
| JP2005521771A (ja) | ポリマーグラフト化支持体ポリマー | |
| CZ303585B6 (cs) | Polymerní alifatické iontovýmenné materiály a zpusoby jejich použití | |
| US7972734B2 (en) | Process for producing polymer electrolyte emulsion | |
| JP2003522224A (ja) | グラフトポリマー膜およびグラフトポリマー膜から形成されるイオン交換膜 | |
| CN101512676B (zh) | 高分子电解质乳液及其用途 | |
| KR100796989B1 (ko) | 수소이온 전도성 가교형 불소계 공중합체 전해질막 | |
| JP7599705B2 (ja) | 組成物、硬化物、硬化物の製造方法、固体電解質膜、燃料電池、水電解装置、レドックスフロー電池、及び、アクチュエータ | |
| WO2010135167A1 (en) | Copolyelectrolyte monomers bearing multiple acid groups | |
| KR102040158B1 (ko) | 술폰화된 고분자 및 이의 제조 방법 | |
| CN114573934A (zh) | 磺化聚合物/改性聚苯乙烯复合物及离子交换膜 | |
| KR20100072967A (ko) | 가지형 공중합체 전해질 막 및 이의 제조방법 | |
| Biery et al. | Synthesis and Characterization of Copolymers from Diallyldimethylammonium Hexafluorophosphate and Methyl Methacrylate | |
| JP7751001B2 (ja) | スルホン化アリールポリマーからの新たなホスホン化非フッ素化および部分的フッ素化アリールポリマー、ならびにペルフルオロスルホン酸からの新たな高分子ペルフルオロホスホン酸、それらの調製方法ならびに電気膜用途における使用 | |
| CZ201456A3 (cs) | Způsob přípravy rozpustného blokového kopolymeru styrenu a olefinů a jeho použití | |
| RU2041892C1 (ru) | Способ получения слабоосновной анионообменной мембраны | |
| CA2674114A1 (en) | Aqueous formulations comprising polyaromatic compounds bearing acid groups and/or salts of acid groups, process for producing them, further formulations produced using the aqueousformulations and use of the further formulations in fuel cells | |
| EP1676333A1 (de) | Protonenleitende polymermembran umfassend mindestens ein poröses träger-material und deren anwendung in brennstoffzellen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20191215 |