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。     

微结构对环铵型酚酞聚芳醚砜阴离子交换膜性能的影响

制备了一系列结构微小差异的环铵型酚酞聚芳醚砜阴离子交换膜材料(PES-PPH-R-OH),并通过核磁共振氢谱对其结构进行了表征,详细评价了膜的热性能、力学性能、微相分离结构、离子交换容量(IEC)、吸水率、溶胀率及离子传导率等性能,重点研究并揭示了功能基团微小化学结构差异对相应膜性能的影响规律.研究结果表明,功能环铵基团的微小结构差异(单个元素的差别)对膜的微相分离结构、吸水率、电导率等性能有显著影响.其中,PES-PPH-Pip-OH膜具有最高的电导率,80℃时,其电导率高达83.53 mS/cm,有望成为新型阴离子交换膜并在燃料电池中得到应用.     

聚丙烯基强碱性阴离子交换纤维的结构表征及性能研究

采用共辐射引发接枝共聚法在聚丙烯纤维上接枝苯乙烯-二乙烯苯,通过氯甲基化反应和胺化反应制备强碱性阴离子交换纤维.利用分析仪器对制备产品的结构进行表征,并对其溶胀性、机械强度、吸附交换性能等物理和化学性能进行了测定.结果表明,制备的强碱性阴离子交换纤维具有较高的交换容量、快的吸附速度、较好的机械性能和稳定的化学性能,是一种性能优良的离子交换材料.     

全钒液流电池用新型全氟磺酸离子交换膜制备及性能研究

通过溶液流延成膜法制备了具有不同离子交换容量(IEC)的全氟磺酸(PFSA)离子交换膜,并测试了其吸水率、电导率、钒离子(Ⅴ(Ⅳ))透过率和选择性系数。研究发现,具有高IEC值的PFSA离子交换膜具有相对较低的Ⅴ(Ⅳ)离子透过率和较高的质子电导率。其中IEC值为1.10mmol/g的PFSA离子交换膜对Ⅴ(Ⅳ)离子具有最高的选择性,其选择性系数为Nafion 117膜的2.97倍。     

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%。     

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。     

磺化聚苯乙烯/聚乙烯醇交联膜的制备与性能

以磺化度为75%的磺化聚苯乙烯(SPS)和聚乙烯醇(PVA)为原料,按一定的配比共混后浇铸成膜,在程序升温的过程中进行热交联,通过控制不同交联时间得到不同交联密度的交联膜.考察了交联膜的离子交换容量(IEC)、吸水率、溶胀性和尺寸稳定性;利用原子力显微镜和交流阻抗仪对交联膜的表面形貌及电导率进行了表征.结果表明:交联膜的IEC值略有降低;吸水率和溶胀度得到了很好的控制,具有较好的尺寸稳定性;膜表面出现了明显的亲水相和憎水相相分离,且亲水相微区的聚集尺寸和连续性随交联时间的长短而变化;随交联时间的延长,交联膜的电导率值略有下降,但交联后膜的室温电导率仍高于0.01 S/cm.     

改性SiO2／磺化聚醚醚酮复合质子交换膜的形貌与性能研究

用球磨法对SiO2进行了改性并制备改性SiO2/磺化聚醚醚酮(SPEEK)复合膜,用扫描电镜分析了膜的形貌,并测定了其热稳定性、拉伸强度、电导率等性能.SEM分析结果表明,当SiO2含量为10%时,KH560改性SiO2(简记为:SiO2-KH560)在复合膜中的分布更均匀,并基本呈纳米尺度分布;膜的性能测定结果表明,复合膜的热稳定性都较均质膜有较大的提高;当SPEEK离子交换容量相同时,与均质膜相比,复合膜的电导率以及抗拉强度有增大趋势.     

磺化含侧苯基杂萘联苯聚芳醚砜膜材料的制备与性能

以含侧苯基杂萘联苯聚芳醚砜(PPES-Os)为原料,通过非均相法制备磺化含侧苯基杂萘联苯聚芳醚砜(SPPES-Os).通过核磁共振与红外光谱表征了SPPES-Os的结构,测试了SPPES-Os的离子交换容量(IEC)、溶解性,采用热失重分析法对SPPES-Os的热稳定性进行了分析.采用溶液浇铸法将SPPES-Os制成均质膜,考察了IEC对均质膜的吸水率、溶胀率、接触角、水蒸气吸附性以及水蒸气渗透性能的影响.结果表明,随着IEC增加,膜的吸水率、水蒸气吸附量和水蒸气渗透速率增加,而接触角降低;SPPES-Os膜在25℃时吸水率在9%以上,48℃时水蒸气渗透速率高于7.53×10~(-3) g/(cm~2·h).     

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。     

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EI北大核心CSCD

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。     

含萘磺化聚芳醚酮(酮)质子交换膜的制备及性能EI北大核心CSCD

通过直接缩聚法合成了含萘的磺化聚芳醚酮(sPEK)和磺化聚芳醚酮酮(sPEKK)2种系列的聚合物,并采用红外光谱、凝胶渗透色谱及热重分析分别表征和测试了聚合物的分子结构、相对分子质量及热性能。以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,用溶液浇铸法制备质子交换膜,并对膜的离子交换容量(IEC)、吸水率、溶胀率、质子电导率及耐氧化稳定性分别进行了测试表征。结果表明,2种系列聚合物膜中磺化度较高者性能较好。但IEC相近的sPEK和sPEKK膜相比,前者的综合性能优于后者。如sPEK-50在80℃的吸水率为46.7%,溶胀率为21.3%,质子电导率为0.048S/cm,与Nafion117膜的溶胀率和电导率相近。另外,sPEK-50膜在Fenton’s试剂中浸泡1h后无质量损耗,耐氧化稳定性优于同类型芳香族聚芳醚酮膜,显示出较好的综合性能。     

含萘磺化聚芳醚酮(酮)质子交换膜的制备及性能

通过直接缩聚法合成了含萘的磺化聚芳醚酮(sPEK)和磺化聚芳醚酮酮(sPEKK)2种系列的聚合物,并采用红外光谱、凝胶渗透色谱及热重分析分别表征和测试了聚合物的分子结构、相对分子质量及热性能。以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,用溶液浇铸法制备质子交换膜,并对膜的离子交换容量(IEC)、吸水率、溶胀率、质子电导率及耐氧化稳定性分别进行了测试表征。结果表明,2种系列聚合物膜中磺化度较高者性能较好。但IEC相近的sPEK和sPEKK膜相比,前者的综合性能优于后者。如sPEK-50在80℃的吸水率为46.7%,溶胀率为21.3%,质子电导率为0.048S/cm,与Nafion117膜的溶胀率和电导率相近。另外,sPEK-50膜在Fenton’s试剂中浸泡1h后无质量损耗,耐氧化稳定性优于同类型芳香族聚芳醚酮膜,显示出较好的综合性能。     

强碱性离子交换纤维的结构与性能

聚丙烯基强碱性离子交换纤维是由聚丙烯(polypropylene,简称PP)纤维与苯乙烯-二乙烯苯经60Coγ射线共辐照接枝后再经氯甲基化和胺化反应后制得的.为了研究自制的离子交换纤维的物理化学结构特点、活性功能基、微观形貌等特征.本文运用IR、DSC、SEM等现代测试表征技术结合元素分析、滴定曲线、交换容量、吸附动力学性能、机械强度和化学稳定性的测定等方法对离子交换纤维进行了较系统的分析.结果表明:自制的离子交换纤维具有强碱性离子交换纤维的结构特征和一定的化学稳定性.     

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.     

弱酸离子交换纤维的结构表征与性能研究

采用预辐射接枝法,引发聚丙烯(PP)纤维接枝丙烯酸(AA),制备出接枝率为235%～298%,平均交换容量为9.65mmol/g,物理机械性能良好的弱酸离子交换纤维(PP-g-AA).利用分析仪器对PP-g-AA纤维的结构进行表征,并对其机械强度、热稳定性、交换容量、接枝率、化学稳定性等物理与化学性能进行了测试.结果表明,利用预辐射接枝法制备的PP-g-AA纤维具有较高的交换容量、快的吸附速度、较好的机械性能和稳定的化学性能,是一种性能优良的功能材料.     

三乙烯二胺交联季铵化聚芳醚砜电解质膜的制备与性能

采用聚芳醚砜为原料,经付克氯甲基化反应,以三乙烯二胺为交联剂,通过非均相和均相2种季铵化方式制备了2类燃料电池用交联型阴离子交换膜CQPAES。所制备CQPAES膜的离子交换容量为1. 15～1. 25 mmol/g。与非交联膜相比,交联膜的耐溶剂性、尺寸稳定性均得到了提高,在高温高压水中的水解稳定性、强碱条件下的化学稳定性显著增强。季铵化方式对交联膜性能影响的研究表明,均相季铵化膜与非均相季铵化膜相比,可更好地控制交联膜的溶胀,相应交联膜的离子电导率更高。交联剂加入量为0. 1～0. 2时,交联膜的综合性能最佳。     

SPPO/SiO2/PWA复合质子交换膜的制备及性能

利用溶胶-凝胶法制备出了SPPO/SiO2/PWA复合质子交换膜,对膜的离子交换容量(IEC)、平均当量重量(EW)、磺化度(SD)、吸水性、溶胀率、质子电导率、Tg进行了表征,此外,还对膜的结构进行了FT-IR、SEM表征,结果表明,所制得的掺杂2%～5%SiO2和3%PWA的SPPO复合膜在100℃、100%相对湿度时的质子电导率与Nafion-117?膜相近,有望作为质子交换膜使用。     

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%。     

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.