咪唑季铵化聚醚砜阴离子交换膜的制备与性能表征

以1-甲基咪唑为季铵化试剂,通过氯甲基化、季铵化、碱化等步骤,成功制备了不同氯甲基化取代度咪唑季铵化聚醚砜(PES-ImOH)阴离子交换膜。并对膜的离子交换容量(IEC)、吸水率、溶胀度和氢氧根传导率等性能进行表征。实验结果表明,当PES-ImOH膜的氯甲基化取代度(DC)为40%~61%,60℃时膜具有适宜的吸水率(24%~80%),较低的溶胀度(15%~44%)。DC为73%时,膜的IEC达到1.85 mmol/g,20℃时的离子传导率达到34 mS/cm,初始分解温度达到190℃。说明PES-ImOH膜在碱性阴离子交换膜燃料电池方面有很好的应用前景。     

季铵化聚醚醚酮阴离子交换膜的制备及性能研究

以四甲基联苯二酚和二氟二苯甲酮为单体通过缩聚反应、溴化、季铵化、碱化制备了不同季铵化的聚醚醚酮阴离子交换膜。利用核磁共振氢谱(1 H-NMR)、红外光谱(FT-IR)对聚醚醚酮的结构进行了表征,并测试了膜的各项性能。结果表明,溴代率为65%的QPAE-b膜性能最好,离子交换容量(IEC)为1.24mmol/g,80℃吸水率(WU)为120%、溶胀率(SR)为34%、电导率为27.9ms/cm,说明QPAE-b膜在碱性阴离子交换膜燃料电池方面有很好的应用前景。     

季铵化壳聚糖-聚乙烯醇阴离子交换膜的性能

碱性直接甲醇燃料电池(ADMFC)具有电极反应速率高,甲醇渗透率低的优点,阴离子交换膜是ADMFC的核心之一.以壳聚糖(CS)和环氧丙基三甲基氯化铵为原料合成季铵化壳聚糖,将其与聚乙烯醇(PVA)共混后制得一系列不同配比的季铵化壳聚糖(QCS)/聚乙烯醇阴离子交换膜,对膜的导电率和甲醇渗透系数进行了测试和分析.结果表明:季铵化壳聚糖与聚乙烯醇有较好的相容性,所制季铵化壳聚糖(QCS)/聚乙烯醇共混膜结构致密均匀,膜的吸水率和溶胀度随季铵化壳聚糖含量增大而减小,离子导电率随季铵化壳聚糖含量增大而提高,80℃时季铵化壳聚糖含量为60%的共混膜导电率最高可达2.5×10-2 S/cm.膜的甲醇渗透系数低于Nafion膜.     

季铵化聚砜/改性蒙脱土阴离子交换膜的制备与表征

以聚乙烯亚胺(PEI)和二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物(PAADDA)为改性剂,对蒙脱土K10纳米片进行了包覆。将改性K10添加于氯甲基化聚砜的N,N-二甲基乙酰胺溶液中制备复合膜,经季铵化和碱化处理得到复合的阴离子交换膜。采用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射仪、热重分析仪对改性蒙脱土和阴离子交换膜进行了表征,并测试了阴离子交换膜的吸水率、力学性能和离子传导率。结果表明,PEI和PAADDA成功包覆于K10纳米片表面,复合的阴离子交换膜吸水率、热稳定性和力学性能与季铵化聚砜膜相比都有明显改善,PAADDA改性K10含量为5%的阴离子交换膜具有最高的离子传导率,60℃时超过3.0×10-2S/cm。     

季铵化壳聚糖/[Nbmm]OH碱性复合阴离子膜的制备及性能

以季铵化壳聚糖(QCS)为制膜原料,[Nbmm]OH碱性离子液体为掺杂物,通过溶液浇铸法制备了一系列掺杂碱性离子液体([Nbmm]OH)的交联复合膜(QCS/[Nbmm]OH)。采用红外光谱、热重分析及扫描电镜对复合膜的结构、热稳定性和微观形貌进行分析。同时考察离子液体掺杂量对QCS/[Nbmm]OH复合膜的含水率、力学强度及导电性能等指标的影响。结果表明,随着[Nbmm]OH离子液体掺杂量的增加,复合膜的含水率、离子交换量以及电导率均增加,但是拉伸强度和断裂伸长率略有下降。其中,当离子液体掺杂量为15%(质量分数)时,复合膜在70℃的电导率为0.0115S/cm,拉伸强度为19 MPa,离子交换量为1.25 mmol/g,含水率和溶胀度分别为143%和87%。     

季铵化聚芳吲哚阴离子膜的制备

通过吲哚-2,3-二酮和联苯在超强酸催化下反应,合成了不含芳基醚键的聚芳吲哚聚合物,而后通过酰胺与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵反应,成功制备了一种新的季铵化聚芳吲哚阴离子交换膜.由于不含芳基醚键,有效减弱了OH~-对膜主链骨架的攻击,提高了膜的耐碱性.膜浸泡在80℃的1 mol/L KOH水溶液中672 h后,其离子电导率和离子交换容量分别达到测试前的84%和89%,证明其具有良好的耐碱性.将该膜制备成膜电极,在80℃下测试单电池性能,开路电压为0.97 V,在电流密度为150 mA/cm~2时最大功率密度达到68 mW/cm~2.     

PPO/SiO_2碱性阴离子交换膜的制备与表征

本研究是基于聚(2,6-二甲基-1,4-苯撑氧)(PPO)所进行的系列改性工作.PPO进行溴化,得到两种溴化度的溴化PPO(BPPO),再进行羟基化和季铵化反应,随后与小分子烷氧基硅烷进行sol-gel反应,热处理后将膜浸泡在碱液中转化为OH-型,得到两种系列的碱性阴离子交换膜.膜具有平整均一的外观形貌和良好的机械性能(4.5~12 MPa,36%~58%),膜的厚度范围为0.09~0.12 mm.水含量(WROH)范围为62%~145%,离子交换容量为1.6~2.2 mmol/g.膜具有良好的抗碱能力,在2 mol/L NaOH中浸泡192 h后,其IEC仍能保持在原有的82%以上.低溴化度BPPO制备的膜具有更高的抗溶胀能力,在60℃水中浸泡44 h后,溶胀度范围为117%~297%,高溴化度BPPO制备的膜有高的电导率(室温条件下为0.036~0.041 S/cm),说明所制备的碱性阴离子交换膜有潜力应用于碱性膜燃料电池领域.     

基于乌尔曼偶联反应制备的密集季铵化型全钒液流电池阴离子交换膜

离子传导率和选择性是全钒液流电池隔膜的两项核心性能指标.本文基于乌尔曼偶联反应设计合成含八苯甲基的双酚单体,然后依次将其聚合、溴甲基化、季铵化制得一系列密集季铵化型阴离子交换膜(QA-OMPFEKs).产物QA-OMPFEK-20 (离子交换容量IEC=1.66 mmolg^-1)的室温SO42-传导率为9.62 mS...     

壳聚糖/季氨化聚乙烯醇燃料电池阴离子交换膜的制备与表征

采用氯化铝水溶液为壳聚糖(CS)的溶剂,通过季氨化改性得到季氨化的聚乙烯醇(PVA)(QPVA),并通过溶液复合制得QPVA/CS复合薄膜,并研究了QPVA/CS复合薄膜作为碱性燃料电池隔膜的性能。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射分析和力学性能测试,研究添加氯化铝和甘油对QPVA/CS复合薄膜性能的影响。通过吸水率研究了QPVA/CS复合薄膜的吸水性能,并对复合薄膜的离子传导率进行了测定。研究结果表明,同时添加氯化铝和甘油条件下,制得的QPVA/CS复合薄膜的性能较好,断裂伸长率为235%,离子传导率为2.028×10-2S/cm。     

碱性甲醇燃料电池用季铵化PPEK膜的研究

聚合物碱性甲醇燃料电池是一种正在兴起的移动电源,氢氧根离子交换膜是碱性甲醇燃料电池的关键材料题之一.从聚二氮杂萘酮醚酮(PPEK)出发,依次采用氯甲基化、溶液法流延成型、三甲胺季铵化和KOH溶液处理等方法,制备了季铵碱型的聚二氮杂萘酮醚酮(QPPEK-OH)电解质膜,测定了膜的电导率和甲醇渗透性.研究发现,每个重复链节中平均含有1.3个季铵碱离子的聚二氮杂萘酮醚酮膜,导电率和甲醇的渗透系数分别为1.14×10-2S/cm和6.57×10-7cm2/s.     

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。     

碱性燃料电池用咪唑类阴离子交换膜研究进展

近年来,阴离子交换膜燃料电池的发展受到了广泛关注。开发具有碱稳定性能优异,电导率高的阴离子交换膜材料成为了研究的热点。阴离子交换膜(AEMs)主要由聚合物骨架和阳离子基团组成,这两者是影响膜碱稳定性和电导率的重要因素。综述了用于阴离子交换膜的咪唑功能化聚合物的制备,咪唑类阴离子交换膜和聚苯并咪唑类阴离子交换膜的碱稳定性、电导率等性能;同时,对于含有咪唑阳离子交换基团的阴离子交换膜的结构设计进行了分析和展望。     

季铵化树状聚酰胺-胺的合成及表征

以乙二胺和丙烯酸甲酯为原料,通过Michael加成反应和酰胺化反应合成了0.5代～1.0代树状聚酰胺-胺(0.5G～1.0G PAMAM).再利用缩水甘油三甲基氯化铵(EPTAC)对1.0G PAMAM进行接枝改性制备了1.0代树状聚酰胺-胺的季铵盐(1.0G PAMAM-TAC).通过单因素试验筛选出了1.0G PA...     

基于季铵化壳聚糖-聚乙烯醇互穿网络型复合碱性聚电解质膜

通过对溶胶-凝胶法所制的纳米SiO_2进行季铵化改性得到季铵化SiO_2(QSiO_2),再将其与季铵化壳聚糖(QCS)和聚乙烯醇(PVA)的共混膜基体进行复合,经戊二醛交联制备了一系列不同QSiO_2添加量的互穿网络型QCS-PVA/QSiO_2复合碱性聚电解质膜。采用红外光谱、扫描电镜、热重分析、交流阻抗等考察了膜的结构、热稳定性和OH-离子电导率等。结果表明,无机粒子的加入使得复合膜的热稳定性提高,离子电导率呈现先上升后下降的趋势,在QSiO_2质量分数为5%时,其室温离子电导率达到最高0.0644 S/cm,是未添加QSiO_2的纯膜电导率(0.022 S/cm)近3倍,有望作为碱性聚电解质膜用于燃料电池中。     

咪唑功能化α-Al_2O_3纳米颗粒掺杂聚砜阴离子交换膜的制备及性能表征

针对碱性阴离子交换膜离子传导率低的问题,采用添加表面富含咪唑的α-Al_2O_3(Al_2O_3-Im)纳米颗粒来改善咪唑功能化聚砜(PSf-Im)膜内的离子传递,制备了高离子传导性的PSf-Im/Al_2O_3-Im复合膜。当纳米颗粒掺杂量为12%时,PSf-Im/Al_2O_3-Im复合膜的氢氧根传导率达到45 m S/cm,比PSf-Im原膜提高了41%,膜的溶胀度与PSf-Im原膜相当,表明添加Al_2O_3-Im纳米颗粒可以在保持膜的尺寸稳定性不变的情况下获得高的氢氧根传导率。同时复合膜也表现出比PSf-Im原膜更加优良的碱稳定性。     

热塑性聚氨酯导电无纺布改性壳聚糖阴离子交换膜的制备及表征

通过流延成膜法制备壳聚糖(CS)阴离子交换膜,并利用热塑性聚氨酯(TPU)导电无纺布进行修饰改性,制备了高性能CS阴离子交换膜。通过万能材料试验机、绝缘电阻测试仪、热重分析仪(TG)和扫描电子显微镜(SEM)对CS阴离子交换膜的性能和结构进行表征。结果表明:改性后,CS膜表面光滑致密,无气泡,TPU导电无纺布与CS间界面结合良好;TPU导电无纺布的引入显著提高了CS阴离子交换膜的拉伸强度、模量和断裂韧性;与CS相比,TPU导电无纺布改性CS膜的热稳定性和导电性能提高,膜电阻降低。     

柔性含醚季鏻侧链聚砜阴离子交换膜研究

燃料电池为氢能高效利用提供了解决方案,阴离子交换膜是燃料电池的核心部件。季鏻碱性功能基团常连接大体积供电基团提升耐碱性,但阻碍OH^-传导。本文提出具有高传导和碱稳定性的柔性含醚季鏻功能侧链,季鏻阳离子与聚砜主链间的含醚脂肪间隔基团增强了侧链柔性,促进季鏻功能基团聚集;醚氧原子比N、C原子电负性更强,可提高亲水性;季鏻连接的三(2,4,6-三甲氧基苯基)大空间位阻通过阻隔OH^-进攻提升膜的碱稳定性。结果表明,柔性含醚季鏻侧链型聚砜阴离子交换膜显示出极低的溶胀率(约10%),较高的氢氧根离子电导率(80℃下为79.6 mS/cm)和优异的耐碱性(80℃、1 mol/L NaOH热碱溶液浸泡168 h后,氢氧根离子电导率保持率超过90%,而拉伸强度仅下降约2%).     

吡啶取代度对聚乙烯醇基碱性阴离子交换膜性能的影响

将具有共轭结构的吡啶盐接枝在聚乙烯醇(PVA)基质上,制备出吡啶基团功能化的PVA-FP阴离子交换膜。N元素分析测得该系列膜最大取代度为10.4%(No.3膜);吡啶基团的引入将膜的初始热降解温度提高了近32℃;吡啶基团的线性分布提高了OH~-离子的迁移效率;70℃时No.3膜表现出最高的OH~-离子电导率(3.02×10~(-2) S/cm),分别将其浸泡在2 mol/L、4 mol/L、6 mol/L的KOH溶液中进行耐碱稳定性测试,未见电导率下降,升高碱液浓度至8 mol/L,其电导率在120 h后稳定在初始值的88%左右,表现出优异的耐碱稳定性能。