新型[BTMG]OH离子液体的合成及其在阴离子交换膜中的应用

以溴代正丁烷、N,N,N′,N′-四甲基胍(TMG)为原料,通过两步法合成新型氢氧型N,N,N′,N′-四甲基-N″-丁基胍离子液体([BTMG]OH).以聚乙烯醇为制膜原料、戊二醛为交联剂、离子液体[BTMG]OH为掺杂物,通过流延法制备了PVA/[BTMG]OH复合膜.实验过程中,通过红外光谱、热重分析对所制备的复合膜的结构、热稳定性进行表征.同时考察了离子液体含量对PVA/[BTMG]OH复合膜的含水率、溶胀性能、离子交换容量、机械性能及电导率的影响.其中,当离子液体质量分数为38.07%时,复合膜具有良好的综合性能,此时膜的含水率和拉伸强度分别为139.6%和19.6MPa;60℃时,该膜的电导率为2.33×10-2 S/cm.另外,该膜经过60℃、400h、KOH(6mol/L)的耐碱性测试,60℃时的电导率为2.25×10-2S/cm,降幅仅为3.3%,且外观形貌无明显变化,表现出优异的耐碱稳定性.     

离子液体在质子交换膜中的应用研究进展

质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心元件之一,以Nafion为代表的全氟磺酸膜的电导率强烈依赖于水含量,而以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为代表的磺化芳香族聚合物膜电导率依然有需要改善的空间,这些限制了PEMFC进一步的发展.离子液体具有较高的电导率,优异的热稳定性、电化学稳定性,且不挥发,因此可以替代水在高温下作为质子传递介质,应用于传统质子交换膜性能提升的改性,提高膜的质子电导率和使用温度.文章对近年来离子液体在SPEEK、PS、PBI、PI、PVDF、Nafion等树脂中的应用及质子传递机理进行了综述,阐述了应用中存在的问题及对策,并对研究前景进行了展望.     

聚离子液体的合成及其在吸附分离领域中的应用 研究进展

聚离子液体(PILs)能结合离子液体与聚合物的优点,兼具优异的机械稳定性、加工性、离子导电性和化学相容性等,近年来受到学术界的广泛关注.介绍了聚离子液体的分类及合成方法,综述了聚离子液体在吸附分离领域的应用,并对聚离子液体的发展进行了展望.未来有关聚离子液体的研究中,化学结构与性能之间的构效关系、新型聚离子液体的合成及其应用将是聚离子液体的重要发展方向.     

离子液体在高分子合成中的应用

离子液体作为一种"绿色溶剂",具有很多独特的物理化学性能,可以应用于自由基聚合、阳离子聚合、配位聚合、电化学聚合等反应体系。本文阐述了离子液体的特点及合成方法,介绍了离子液体在高分子合成中的应用。     

含咪唑聚离子液体的星型POSS嵌段共聚物基阴离子交换膜的制备与性能

以聚甲基丙烯酸甲酯嵌段聚乙烯基咪唑为臂,低聚倍半硅氧烷(POSS)为核的星型嵌段共聚物POSS-(PMMA-bPVIm)8为基膜材料,通过季铵化反应和离子交换过程对其进行改性,制备2种咪唑聚离子液体嵌段不同的阴离子交换膜,分别记作PMV-1、PMV-2,研究其吸水率、溶胀度、离子交换容量、力学性能、电导率及耐碱性。结果表明,膜在90℃时仍保持适当的吸水强度,2种膜的吸水率分别为18.09%和25.81%,厚度方向溶胀度分别为25.31%,35.45%;30℃时PMV-1、PMV-2的离子交换容量分别为2.38 meq/g,3.12 meq/g,力学性能良好;2种膜室温下均已具有良好的离子传输性能,90℃时电导率分别达44.02 m S/cm和255.0 m S/cm;耐碱性测试表明,含聚离子液体嵌段较短的膜PMV-1稳定性较好,60℃强碱溶液中浸泡120 h后电导率下降不超过30%。     

阴离子交换膜离子传导率与耐碱稳定性研究进展

碱性膜电解水制氢和燃料电池技术是氢能产业链上的重要产氢和用氢技术。作为碱性膜电解槽及燃料电池的核心部件,阴离子交换膜承担着传递氢氧根离子、阻隔气体渗透、分隔正负两极的重要作用,决定着电化学过程效率和性能.现有阴离子交换膜的氢氧根传导率偏低和耐碱稳定性不高的问题严重制约着产氢和氢能转化效率.本文综述了近年来面向碱性膜电解水制氢和燃料电池应用的阴离子交换膜的发展动态,特别是在强化离子传导率、提高耐碱稳定性方面的方法和进展,以及膜材料化学组成和结构对膜性能的影响.     

室温离子液体在材料合成中的应用

室温离子液体的物理和化学性质相对稳定,具有结构可调的特性.作为一种新功能材料广泛用于材料合成领域.根据离子液体在材料合成中的不同作用,本文从离子液体作为反应溶剂、模板剂、电解液、以及同时作为溶剂和模板剂这4个方面介绍了其在材料合成中的应用研究进展.     

胍盐离子液体的合成及其对钢/钢摩擦副的摩擦性能研究

采用先溴化再置换的方法合成了两种胍盐离子液体,利用热重分析仪评价了离子液体的热稳定性。研究了这两种胍盐离子液体的摩擦学性能,在扫描电子显微镜下观察了磨斑表面形貌,并与膦嗪以及全氟聚醚和烷基咪唑离子液体进行对比。用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了润滑机理。结果表明:与膦嗪、全氟聚醚以及烷基咪唑离子液体相比,胍盐离子液体对钢/钢摩擦副具有非常好的润滑作用,其承载能力最强,摩擦系数最小,磨痕最浅,并且增长链长可以有效地提高其减摩抗磨效果。     

Guanidine分子在燃料电池用阴离子交换膜中的应用

以壳聚糖(CS)和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)为原料,制备季铵化壳聚糖(QCS),将其与小分子游离胍(Guanidine)共混,借助戊二醛(GA)的化学交联作用,将季铵化壳聚糖中的氨基以及胍中的氨基交联,形成网状结构,由此制得含有不同含量Guanidine分子的交联QCS-G阴离子交换膜。实验过程中,对该膜的含水率、溶胀度、力学强度、电导率及耐碱稳定性等进行了详细的考察。结果表明,游离胍的引入可有效地提高膜的电导率和耐碱稳定性,同时降低了膜的溶胀度及含水率。其中小分子游离胍质量分数为2.5%的膜(QCS-G2.5%)在70℃时的电导率可达到6.58×10~(-2)S/cm;在10 mol/L NaOH溶液中浸渍72 h后该膜70℃测得的电导率损失仅为3.8%,离子交换量损失仅为3.82%,表明该膜的耐碱性能较好。     

阴离子在阴离子交换膜内扩散的分子动力学模拟

电渗析技术已广泛应用于高盐废水浓缩处理中,结合分子动力学(MD)模拟与实验研究了阴离子在阴离子交换膜内的扩散过程.分子动力学模拟研究结果表明,阴离子在水溶液和膜中的扩散系数大小顺序有一定差异,分别为D(I~-)D(Br~-)D(Cl~-)D(SO_4~(2-))和D(Cl~-)D(Br~-)D(I~-)D(SO_4~(2-));通过径向分布函数分析得到r_(ion)~(2-)-Nr_(ion)~--Nr_(O-N),表明阴离子先与水缔和,再与季胺基团发生相互作用.其次,通过电化学交流阻抗(EIS)实验得到阴离子在膜中的自扩散系数大小顺序为D(Cl~-)D(Br~-)D(I~-)D(SO_4~(2-)),与分子动力学模拟结果一致,离子在膜内扩散速率大小受离子水合半径和离子与膜的作用能共同影响,其中离子与膜的相互作用能起主导作用.     

哌啶交联型聚亚芳基阴离子交换膜的制备

通过聚羟烷基化反应和Menshutkin反应合成了一系列哌啶/传统季铵交联的无醚含氟聚联苯哌啶阴离子膜.在交联和氟化共同作用下,QBPBP/TFAP-X及QAPBP/TFAP-30%膜的溶胀率(4.3%和8.3%, 80℃)均较低.微相分离最明显的QBPBP/TFAP-45%(1.52 meq/g)在80℃下电导率为124.0 mS/cm.哌啶交联的QBPBP/TFAP-X系列膜耐碱性更出色,其中QBPBP/TFAP-45%在80℃的2 mol/L NaOH溶液中处理1 000 h后,电导保留率为94.07%,表明哌啶阳离子的耐碱性优于季铵盐.在521.3 mA/cm²的电流密度下,QBPBP/TFAP-45%膜组装的单电池最大功率密度为266.8 mW/cm².     

质子交换膜中的离子传递

采用分光光度法研究了几种有色离子在质子交换膜内的离子交换,并考虑离子交换膜中两种对离子的伴生扩散,给出了这几种离子的扩散系数。同时,讨论了几种因素对离子交换传递的影响。     

微波辅助离子液体法在聚合物合成中的应用

微波辅助离子液体法作为一种新型的绿色化学合成方法,融合了离子液体与微波加热技术的优点,具有合成快速、操作简便、产率高、绿色环保等特点,在聚合物合成方面体现出明显的优势。简要介绍了微波加热和加速化学反应的原理,综述了以离子液体为反应介质或催化剂的微波辅助技术在聚合反应中的研究成果。     

不同构型的支化型聚芳烃阴离子交换膜的制备

通过超酸催化制备了一系列不同构型的支化型聚芳烃阴离子交换膜(AEMs),考察支化单体结构对AEMs性能的影响.结果表明,在相似的离子交换容量(IEC)下,支化结构的AEMs比直链型AEM的离子电导率和耐碱性更优异,柔性支化聚联苯三苯基甲烷螺环阳离子(PBTMPASU)膜的离子电导率优于刚性支化的聚联苯三苯基苯螺环阳离子(PBTBPASU)和聚联苯三蝶烯螺环阳离子(PBTPASU)膜.在80℃下,柔性支化PBTMPASU膜的OH^-电导率达128.2 mS/cm,在2 mol/L NaOH溶液中进行1 080 h的耐碱性测试后,OH^-电导率保留了94.1%.此外,基于PBTMPASU膜制备的单电池在1 167.0 mA/cm²的电流密度下峰值功率密度高达559.9 mW/cm².     

聚酰亚胺在离子液体中的合成与表征

离子液体由于其溶解能力强、不挥发等特点,使其成为良好的绿色溶剂,由于良好的高温稳定性,适用于缩聚反应体系。以常规的芳香族二酐和芳香族二胺为单体,并分别使用不同结构的离子液体为溶剂,进行缩聚反应得到聚酰亚胺。用红外光谱(FT-IR)和核磁共振(13C-NMR)方法证实了在离子液体中所合成的聚酰亚胺与传统合成路线合成的具有相似的化学结构;采用X射线衍射(WAXD)分析了聚合物的聚集态结构,并探讨了不同的离子液体对聚酰亚胺聚集态结构的影响;经热重法(TGA)测试分析,在以离子液体[BMIM]BF4为反应溶剂时,所得聚酰亚胺具有较好的热稳定性能。     

IM—2型强碱性阴离子交换膜的制备及其在苦咸水脱盐中的应用

本文以甲基丙烯酸环氧丙酯为主要原料,制备了具有强碱性的阴离子交换膜(定名为IM—2),并讨论了该膜在苦咸水脱盐中的应用情况。结果表明IM—2型阴膜具有优良的电化学性能和耐酸、碱性能。该阴膜同阳离子交换配对可使苦咸水脱盐成饮用水。     

双胍化壳聚糖全互穿网络阴离子交换膜的制备及表征

以壳聚糖(CS)和双氰胺为原料,在一定温度下通过亲核加成合成壳聚糖双胍盐酸盐(CGH),并以三聚氰胺(MA)为交联中间体,戊二醛为交联剂制备具有全互穿结构的阴离子交换膜(CGH-MA)。对该系列膜进行了红外、热重分析以及力学性能等测试,并探讨了三聚氰胺含量对阴离子交换膜离子交换能力、导电能力以及耐碱稳定性的影响。实验结果表明,三聚氰胺含量为4%时,该膜的离子交换能力最高可达2.47 mmol/g,70℃电导率达到4.4×10~(-2)S/cm,该膜在60℃2 mol/L KOH溶液中浸泡192 h后,电导率未有明显变化,表现出优异的耐碱稳定性。     

微波辅助离子液体法在无机纳米材料合成中的应用

作为一种新型的绿色化学合成方法,微波辅助离子液体法,融合了离子液体与微波加热法的优点.简要介绍了微波加热和加速化学反应的原理,总结了微波辅助离子液体法合成无机纳米材料的特点,综述了微波辅助离子液体法在无机纳米材料合成中的应用,展望了该方法在无机纳米材料合成方面的应用前景.