原位聚合法制备Nafion(R)/PANI复合膜及其在DMFC中的应用

用0.1 mol/L (NH4)2S2O8/1 mol/L盐酸溶液作引发剂,采用原位化学聚合的方法将苯胺单体聚合在Nafion(R) 112膜基体中.扫描电镜(SEM)和能谱(EDX)测试结果表明,复合膜的表面和Nafion(R) 112膜相比有明显变化,苯胺主要聚合在膜的两侧.复合膜的红外光谱中出现明显聚苯胺(PAN...     

聚苯胺/银复合薄膜的制备及其耐蚀性能

为了研究聚苯胺(PANI)/银复合薄膜对不锈钢的防腐蚀性能,采用循环伏安法在不锈钢表面沉积一层Ag后,再通过对苯胺的电化学聚合制备了PANI膜。利用阳极极化法和交流阻抗法研究了PANI/Ag复合膜的耐蚀性及其影响因素。结果表明:在0.1 mol/L NaC l溶液中,不锈钢覆盖复合膜后的自腐蚀电位比无膜时有所提高,其耐蚀性能得到增强;电化学聚合溶液浓度、扫描速率及扫描上限等因素对复合膜耐蚀性的影响情况为:电解液中苯胺和硫酸浓度过高或过低都会影响膜的致密度,从而影响复合膜的耐蚀性;电化学参数的变化会影响复合膜的聚合速率,使复合膜的抗腐蚀能力不同;当苯胺单体浓度为0.2 mol/L、硫酸浓度为1 mol/L、扫描电位上限为1 V、扫描次数为50次、扫描速率为50 mV/s时,采用循环伏安法聚合苯胺,可形成沉积致密度高、耐蚀性好的复合膜。     

磺化聚醚醚酮/蒙脱土复合型质子交换膜制备与性能

以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为基体,以有机改性的蒙脱土(OMMT)为无机相,采用溶液插层法成功制备出了可望应用于直接甲醇燃料电池的SPEEK/OMMT复合型质子交换膜.通过X射线衍射(XRD)表征了复合膜的微观结构,并采用交流阻抗和隔膜扩散方法分别考察了复合膜的质子传导性能和阻醇性能.结果表明,蒙脱土的片层间距超过4.4 nm,SPEEK高分子链已插层到蒙脱土片层之间.与纯SPEEK膜相比,SPEEK/OMMT复合膜的质子传导率有所降低,但在90℃也达到了1.2×10-2S/cm的水平,而且蒙脱土的加入明显地降低了SPEEK膜的甲醇渗透率.     

Nafion-SiO_2-PWA复合膜甲醇扩散系数

将无机物制备成溶胶,再与Nation膜液混合制备复合膜,利用自制的扩散池对膜的甲醇扩散系数进行了测定.实验发现,选用不同浓度的甲醇溶液进行扩散时,Nafion-115 膜的扩散系数基本不变;向Nation膜液中加入少量无机物SiO2(3%)和SiO2-PWA(4.5%)后,膜的甲醇扩散系数显著降低,分别从2.29×10-6cm2/s降至1.76×10-6cm2/s和1.82X10-6cm2/s,即甲醇扩散系数分别降低了23%和21%.     

直接甲醇燃料电池用质子交换膜SPEEK/SGO/SPEEK的研究

采用无水对氨基苯磺酸(SA)对氧化石墨烯(GO)进行了磺化,并得到磺化氧化石墨烯(SGO),将磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜包裹在SGO纸的两侧,制备了SPEEK/SGO/SPEEK膜作质子交换膜(PEM).通过膜性能表征可知,与SPEEK和SPEEK/GO/SPEEK膜相比,SPEEK/SGO/SPEEK膜的离子交换容量(IEC)提高,质子传导活化能(Ea)明显降低,甚至与Nafion*112膜相近,而其甲醇渗透率远低于Nafion*112膜.将膜组装成直接甲醇燃料电池(DMFC),经测试电池性能得到SPEEK/SGO/SPEEK组装的DMFC的最高能量密度在80℃和1mol/L甲醇浓度时可达42.1mW/cm~2,比商业Nafion*112膜组装的电池的最高能量密度高35.4%,明显优于SPEEK和SPEEK/GO/SPEEK膜,且电池稳定性良好,证明SPEEK/SGO/SPEEK膜在PEM的应用方面具有很大的潜力.     

原位合成法制备磷钨酸掺杂的聚乙烯醇/聚偏氟乙烯质子交换膜及其在直接甲醇燃料电池中的应用

将磷酸和钨酸钠溶于聚乙烯醇(PVA)和聚偏氟乙烯(PVDF)的二甲基亚砜极性有机溶液中,利用原位合成法制备了膜中分布均匀的磷钨酸掺杂的聚乙烯醇/聚偏氟乙烯质子交换膜(PWA-d-PVA/PVDF)。应用多功能材料实验机表征了膜的力学强度,使用交流阻抗谱和气相色谱仪研究了PVDF含量对PWA-d-PVA/PVDF膜的质子导电、溶胀和阻醇等性能的影响。同时通过热重和电镜扫描等方法对膜的热稳定性和形貌进行了表征。结果表明,膜中PVDF含量增大,膜的溶胀度降低,热稳定性提高,强度增大。与Nafion膜的性能相比,PVDF质量分数为20%的PWA-d-PVA/PVDF膜的溶胀度降低了23.8%,甲醇渗透率降低了1个数量级。PWA-d-PVA/PVDF(20%)膜在甲醇浓度为2mol/L时的直接甲醇燃料电池(DMFC)中测得最大功率密度为15.08mW/cm2。     

测试介质对纳米CeO_2改性SPEEK膜质子电导率的影响

采用纳米氧化铈(CeO2)改性磺化度48.3%的磺化聚醚醚酮(SPEEK),通过溶液浇铸法制备用于直接甲醇燃料电池的质子交换膜.在两种介质中测试改性膜的电导率均随温度的升高而增大,与未改性膜相比却大小正好相反:在1 mol/L以盐酸溶液为电解液的测试介质中,改性膜的电导率是未改性膜的15倍,在水蒸气测试介质中,却仅为40%.红外光谱分析表明,CeO2中的铈原子与—SO3H基团中的氧原子发生配位作用.X射线衍射仪(XRD)分析可见,当复合膜浸入1 mol/L盐酸4 h前后,纳米CeO2的晶体结构未见明显变化,表明所发生的配位作用仅处于CeO2和SPEEK两个固相界面上.扫描电子显微镜(SEM)观察改性膜和未改性膜均无网络结构和微相分离,质子在膜内通过—SO3H基团之间的跃迁传导,酸溶液介质远比水蒸气有利于质子在纳米CeO2改性SPEEK膜内磺酸基团之间的跃迁.     

PAMPS/PVA复合质子交换膜的电导率及阻醇性能

制备了聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(PAM PS)/聚乙烯醇(PVA)复合质子交换膜,并研究了膜的组成、甲醇水溶液浓度等对膜力学强度、电导率和甲醇渗透率的影响。实验发现,当PAM PS含量为50%时,此复合膜拉伸强度可达21.8 M Pa,电导率σ可达1.5×1-0 2S/cm,并且甲醇透过率P仅为9.8×1-0 8cm2/S。     

聚苯胺-金复合材料的成膜动力学

采用原位聚合方法,以氯金酸(HAuCl4)为氧化剂,苯胺(ANI)为还原剂,制备聚苯胺-金复合材料膜。用扫描电镜(SEM)表征了复合膜的形貌;并用石英晶体微天平(QCM)实时监测该复合材料的成膜过程,研究了其成膜动力学。结果表明,金粒子的平均粒径为400nm,较均匀地分布在复合膜中;复合膜的增长速率随氯金酸浓度、苯胺浓度和反应温度的升高而增大,得到成膜反应对氧化剂为0.5级,对苯胺为1.5级,并由增长速率与温度的关系计算出成膜过程的活化能为(40.32±0.15)kJ/mol。     

钒流电池用磺化聚芴醚酮-聚苯胺原位表面复合质子交换膜的制备

质子交换膜是液流电池的核心部件之一。文中以磺化聚芴醚酮(SPFEK)膜为基膜,采用稀溶液化学氧化聚合法在SPFEK膜表面原位复合一层聚苯胺,通过调整苯胺(An)单体的浓度,制得SPFEK/PANI复合膜。采用扫描电镜与红外光谱表征了复合膜的结构,表明聚苯胺已经成功地在SPFEK膜表面复合。通过钒流单电池的性能测试,结果表明,当苯胺单体的浓度为0.05 mol/L时,所制备的复合质子交换膜具有最高的H+传导选择性,所组装的钒流电池具有最好的自放电性能,在充放电流为50 m A/cm~2时,电池的库仑效率、电压效率、能量效率分别达到95%,83%,75%。     

聚苯胺/醋酸丁酸纤维素导电复合膜制备研究

以机械活化固相法制备的醋酸丁酸纤维素(CAB)为基底,充分溶解后与苯胺均匀混合,以过硫酸铵为氧化剂,盐酸为掺杂剂,采用原位聚合法制得聚苯胺(PANI)/CAB(PANI/CAB)导电复合膜。探讨苯胺加入量、过硫酸铵与苯胺摩尔配合比、盐酸浓度以及反应时间对导电复合膜导电性能的影响,研究结果表明:CAB用量0.5g,苯胺单体加入量1.25g,过硫酸铵与苯胺摩尔配合比为1∶1,盐酸浓度1.5mol/L,反应时间11h条件下,制得的PANI/CAB导电复合膜的导电性最好,电导率达到0.255S/cm。     

低成本超薄复合膜用于不同溶液体系钒电池的性能研究

采用廉价的聚烯烃微孔膜作为支撑体,全氟磺酸离子交换树脂作为复合相,设计并制备了成本低、机械强度高、性能优异的超薄液流电池复合膜.研究了在H_2SO_4和HCl不同体系下复合膜的氢离子传导、钒离子渗透、电池性能.结果表明,25μm复合膜具有较高的机械强度和较低的溶胀率;在混酸钒溶液体系(1.5 mol/L VOSO_4+1.5 mol/LH_2SO_4+2.5 mol/L HCl)的电池性能优异,100 mA/cm~2下能量效率(EE)为80%.同时,复合膜成本较低(40～60元/m~2),具有应用前景.     

用于直接甲醇燃料电池的磺化聚芳醚酮砜/聚偏氟乙烯复合膜的制备与性能

通过共混的方法制备了磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)与聚偏氟乙烯(PVDF)复合型质子交换膜。红外光谱(FT-IR)表明复合膜中存在C-F和O=S=O收缩振动峰。X射线衍射(XRD)结果表明,随着PVDF含量的增加,PVDF的结晶峰明显增强。扫描电镜照片显示,当PVDF含量低于20%时,有细小的晶体颗粒均匀分布在膜的表面,而当PVDF含量高于20%时,复合膜的表面和断面都有微孔存在。热重分析(TGA)证实PVDF的引入提高了膜的热稳定性。PVDF质量分数为15%的复合膜在25℃时的质子传导率保持在0.055 S/cm,而甲醇渗透系数降低到2.28×10-7cm2/s,能够满足直接甲醇燃料电池的需要。     

SPEEK/P4VP酸碱复合质子交换膜的制备与性能

利用4-乙烯吡啶(4-VP)碱性单体与磺化聚醚醚酮(SPEEK)共混,通过热聚合方法制备了SPEEK/P4VP酸碱复合质子交换膜,并考察了引发剂种类、用量和P4VP添加量对复合膜制备和性能的影响。质量分数为0.2%的偶氮二异丁腈较适宜作为引发剂制备复合膜;P4VP的添加使得复合膜的质子传导率和离子交换容量IEC(IEC=mmol SO3H/g drymembrane)略有下降,但复合膜的吸水率降低,抑制溶胀能力增强,且温度越高,抑制能力越为明显,此外复合膜的阻醇性能和拉伸屈服应力也有所提高,当4-VP的含量在50%(质量分数,下同)时,复合膜的甲醇渗透率与SPEEK和Nafion膜相比分别下降了70%和99%。     

动态紫外光界面聚合技术制备玻纤/PVDF中空纤维复合膜

通过动态紫外光接枝界面聚合技术和湿法共挤出纺丝工艺制备了玻纤增强PVDF中空纤维复合膜,并将其与商业化的PVDF内支撑膜进行了对比分析.当单体质量分数为1%和2%时,玻纤与PVDF基材之间的剥离强度相比于未经接枝的原PVDF复合膜分别提高了37.27%和168.51%;当单体质量分数为2%时,玻纤与PVDF膜材之间的结合强度达到了186.85 N/m,比商业PVDF膜(146.23 N/m)高出27.78%.在处理量为100 L/d稳定运行的A~2/O-MBR中为期30 d的对比实验发现,动态接枝膜具有良好的运行稳定性和抗污染性能,其运行通量性能与商业膜基本相同.     

磺化聚酰亚胺/SiO2复合膜的制备及其质子交换性能研究

制备了具有不同硅含量的磺化聚酰亚胺/二氧化硅(SPI/SiO2)复合膜,研究了SiO2的引入对复合膜的力学性能、耐热性能、尺寸稳定性以及抗氧化和耐水解稳定性的影响规律,并对其质子传导率和甲醇渗透率进行了评价。结果表明,与商业化的Nafion115膜相比,复合膜表现出更优异的阻醇特性和选择透过性,其中SPI/SiO2-2复合膜具有更突出的高温质子传导特性。     

基于界面聚合法在受限空间内诱导合成反渗透/纳滤复合膜的研究

一种新的概念,受限空间内的界面聚合,用于研究反渗透膜(RO)/纳滤膜(NF)复合膜的合成。实验设计使用受保护的多胺单体通过延迟扩散与均苯三甲酰氯反应,获得了过渡态结构的RO/NF膜。在NF膜水相配方中加入大分子模板剂,诱导界面反应在受限空间内定向发生,将聚合物网络的聚集态由无序转变为有序,同时NF膜对盐的截留性能不变,水通量提高一倍。RO膜有机相配方中加入纳米分子筛,提升水通量超过50%,复合膜表面结构呈现NF膜的特性,同时脱盐性能保持不变。     

纳米氧化物/Nafion复合膜的制备与性能表征

分别以SiO2、TiO2、Al2O3和ZnO等纳米氧化物为改性剂,采用流延法制得纳米氧化物/Nafion复合膜.XRD和ATR/FT-IR分析表明纳米氧化物在复合膜均匀分散,也没有发生团聚现象.对复合膜的质子传导和阻醇性能进行了测定,结果发现,纳米氧化物/Nafion复合膜具有较好的质子传导性能;阻醇性能均有较大幅度的提高,且以SiO2和TiO2改性的Nafion膜最为明显,甲醇透过系数分别从约10降低到约10-7和10-8数量级.这说明纳米氧化物/Nafion复合膜是一类较好的直接甲醇燃料电池用质子交换膜材料.     

聚丙烯腈静电纺丝膜表面界面聚合制备复合纳滤膜

以聚丙烯腈静电纺丝膜为基膜,哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)为单体,采用界面聚合法制备新型的复合纳滤膜,并对其性能进行了表征.实验重点研究了界面聚合中参加反应单体的浓度对界面聚合的影响.并用表面全反射红外光谱(ATR-FTIR)和扫描电镜(SEM)分别对界面聚合前后膜表面化学组成和膜表面、断面的微观结构进行了表征.最后还对复合膜的分离性能进行了测试,在0.3 MPa、25℃条件下,膜的纯水通量为14 L/(m2· h),复合膜对2 000 mg/L NaCl和Na2 SO4以及10 mg/L的固绿和甲基橙小分子的截留率分别为27.92％、95.13％、93.59％和95.81％,达到了纳滤分离级别.     

聚苯胺-金复合材料膜的制备和表征

采用原位聚合方法,以氯金酸(HAuCl4)为氧化剂,苯胺(ANI)为还原剂,在金和玻璃表面上制备出聚苯胺-金复合材料膜.用光学照片、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、紫外光谱(UV-Vis)和四探针电导率测试仪对复合膜的形貌、化学结构和导电性能进行了表征.结果表明,复合材料在芯片上形成一层均匀的复合膜,且更容易沉积在金表面,复合膜中金粒子的平均粒径约400nm,较均匀地分散在膜的表面和内部.当氯金酸浓度小于30mmol/L时,复合膜的电导率随氯金酸浓度的升高而增大.