燃料电池用磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备及性能

采用浓硫酸作为磺化剂磺化聚醚醚酮,制备具有不同磺化度的磺化聚醚醚酮质子交换膜.实验结果表明,磺化聚醚醚酮质子交换膜具有理想的质子电导率和机械强度.当磺化度为86%(离子交换当量为2.48 meq/g)时,磺化聚醚醚酮质子交换膜的电导率为5.5×10-3 S/cm;磺化聚醚醚酮质子交换膜的拉伸强度为45.9 MPa.     

用于质子交换膜的三个苯环磺化聚芳醚的合成

合成一种含三个苯环的新型磺化聚芳醚.采用特殊单体结构的设计,在聚合物主链上引入甲基取代基对主链进行保护.用氯磺酸直接磺化方法在聚芳醚高分子侧基上引入磺酸功能基,实现了聚合物磺化结构的可控定位合成,得到了磺酸基在侧链上的磺化聚芳醚.通过核磁共振(1H-NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)和元素分析(EA)等方法,对其结构进行表征.     

交联改性PAMPS质子交换膜的制备与性能

制备了聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（PAMPS）质子交换膜并对其进行交联改性,研究了膜的含水率、溶胀率、拉伸强度、高温保水率、质子电导率等性能.结果表明,PAMPS均质膜的质子导电率很高（0.32 S/cm）,但溶胀率过高、机械强度差.交联改性后,膜保持高的导电率（3% MBA,0.076 S/cm）和高温保水性能,且膜的溶胀率大幅度降低,机械强度显著提高（3% MBA,23.6 MPa）.     

纤维复合磺化SBS质子交换膜的制备和性能

介绍了磺化聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(S-SBS)低温质子交换膜的制备和表征，并以S-SBS为基体，与经过偶联剂处理的玻璃纤维毡复合，制备出复合S-SBS膜。并研究了复合S-SBS膜与S-SBS膜的拉伸强度、质子传导性、吸水率、溶胀率、离子交换当量(IEC)等性能的变化。结果表明，纤维复合可在对膜的传导性能影响很小的情况下，大大提高膜的拉伸强度，并且膜的溶胀率明显减小，尺寸稳定性得到明显提高。     

磺化SEBS质子交换膜的性能与微结构

制备了不同磺化度的磺化聚(苯乙烯／乙烯-丁二烯／苯乙烯)三嵌段共聚物膜(s-SEBS)，对其膜的性能和结构进行了研究。结果表明，FT-IR分析判断磺酸基团接入PS段的苯环对位上；电导率、含水量、溶涨率和水合系数都以磺化度为15％左右为临界点，在此有增长的突变，随后前三者随磺化度的增高而继续增大的趋势减缓，而水合系数在磺化度为20％左右达到最高，再逐渐减小；AFM研究表明磺化后PS相以大小为20～30nm的柱状存在。     

磺化聚醚砜共混质子交换膜的性能研究

将高离子交换容量(IEC)的磺化聚醚砜(IEC=1.83 meq/g)与低IEC的磺化聚醚砜(IEC=1.17 meq/g和IEC=0.92 meq/g)以不同比例共混成膜.用原子力显微镜(AFM)和差示扫描量热仪(DSC)分析表征了共混膜基质之间的相容性.对膜的吸水率、电导率、甲醇渗透率、力学性能和抗氧化性能进行了测试.结果表明,不同IEC的磺化聚醚砜具有良好的相容性,低IEC磺化聚醚砜的加入有效地改善了共混膜的溶胀性和甲醇渗透性能,并维持了较高的电导率,同时膜的力学性能和抗氧化性能也得到了提高.当IEC为1.83 meq/g和IEC为1.17 meq/g的磺化聚醚砜以质量分数55和46共混时,共混膜各方面的性能达到了较好的平衡.     

多孔PTFE膜基体厚度对复合质子交换膜性能的影响

以不同厚度PTFE多孔膜为基体,制备了Nafion/PTFE复合质子交换膜.SEM表明采用Nafion树脂充分填充到PTFE多孔膜中为基体,通过拉伸和溶涨实验比较了不同厚度PTFE多孔膜基体制备的复合膜的物理性能差异.电化学和单电池测试表明,PTFE多孔膜厚度为15μm时,制备的复合膜性能最好,在600 mA/cm2时输出电压为0.664 V,优于同条件下的美国杜邦的Nafion111膜.     

质子交换膜燃料电池冷启动及性能衰减研究

通过单电池在不同低温操作条件下进行自启动试验,以考察电池在低温环境下的自启动能力。电池的操作条件模拟了发动机启动时空气被压缩引起的温升对启动的影响。通过极化曲线、SEM等考察了电池性能衰减的状况及衰减机理。结果表明:仅仅通过空压机压缩空气对电池进行预热在较低温度下启动发动机难以成功;操作条件对电池自启动有较大影响,加大进气流量、降低启动负载电流密度可以提高电池启动能力;电池在-5℃对负载的变化适应性较强,而在-7℃对负载的变化变得非常敏感;多次冷启动后,催化层表面发生了龟裂;碳纸表面PTFE颗粒发生了脱离,构成空隙骨架的碳纤维变得光洁,碳纤维在冰的冻涨应力的作用下被折断,扩散层的排水、导气能力降低,使得电池性能衰减。     

质子交换膜燃料电池膜电极研究进展

膜电极(Membrane Electrode Assembly, MEA)作为质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)最核心的部件,为PEMFC提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所,直接决定了PEMFC的性能、寿命和成本.为了实现PEMFC大规模商业化发展,制备高功率密度、低Pt载量、长寿命、低成本的MEA尤为关键. MEA经历了从第一代到第二代的发展,目前已进入新一代有序化型的发展阶段,其性能、寿命得到大幅度提升,成本也不断下降.本文分析了三代类型MEA的优缺点,对开发高性能、长寿命和低成本MEA具有指导意义.     

高温燃料电池质子交换膜的制备及性能

通过实验制备出能在高温状态下工作的、非水的质子交换膜,从而避免水的损失,介绍了实验过程.实验结果表明,Nafion和磷酸锆盐复合膜在高温下显示出良好的性能.最后对合成的膜进行了热力学和动力特征分析.     

交联低密度聚乙烯的导电性能

报道了用过氧化二异丙苯交联的乙炔炭黑／低密度聚乙稀（ＬＤＰＥ）材料的性能。探讨了交联助剂，交联剂和乙炔炭黑含量对ＬＤＰＥ性能的影响；比较了两种弹性体对导电交联聚乙烯的改性作用。结果表明：金属氧化物和硫黄可以明显改善过氧化物交联聚乙烯的力学性能；交联和弹性体是改性乙炔炭黑／ＬＤＰＥ体系的较好方法，是提高材料性价比的有效途径。     

超高频交联聚乙烯的工艺和性能的研究

本文研究了用超高频(oHF)处理低密度聚乙烯(LDPE)工艺和性能,通过实验证明聚乙烯(PE)交联程度与材料的初始温度、活性助剂和交联剂填加量的关系,以及随交联时间增加,过氧化物含量越来越少.处理后材料的力学性能和热性能均有提高.这一工艺研究成功对聚乙烯改性开僻了新的途径,扩大了聚乙烯的应用领域.     

紫外吸收光谱研究胜利渣油胶质、沥青质结构特性

以紫外吸收光谱理论为基础,通过剖析胜利渣油中胶质、沥青质的紫外吸收光谱及其二阶导数光谱,并与模型化合物的紫外吸收特征相比较,研究胶质和沥青质的化学结构。实验结果表明,芳香单片为胜利渣油中胶质、沥青质组分结构的最基本单位。胶质、沥青质的芳香单元结构--基本吸收生色团具有相似性,单元芳香片中芳香环数以3～4个环为主,共轭芳香环的排列形式主要为“线性排列”,即渺位缩合。但胶质和沥青质的结构也存在着差异,即胶质中基本不含有多于5个环的共轭芳香片,而沥青质中含有少量多于5个环的共轭芳香片,并且这些共轭芳香片有部分“面性排列”,即迫位缩合,同时沥青质中的芳香结构所占比例较大。由此得出了胶质和沥青质可能的近似结构模型。     

P、V共掺杂纳米TiO_2的制备和性能研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-gol)制备了P、V共掺杂的纳米TiO2光催化材料,借助XRD、紫外-可见光谱仪对制备的光催化材料进行表征,并通过晶粒尺寸、晶相结构和吸收光谱等分析,研究了P、V共掺杂对TiO2性能的影响。研究结果表明:P、V共掺杂抑制了TiO2由锐钛矿向金红石的转变,明显延缓了TiO2相的转移;P、V双掺杂可明显减小晶粒尺寸,增大催化剂的比表面积,无论掺杂与否,随着煅烧温度的升高,TiO2晶粒的尺寸变大,比表面积减小。从紫外-可见光谱图上发现,P/V共掺杂TiO2样品与其余样品相比,红移效果最明显,对可见光吸收能力最强。     

交联改性提高水性含氟丙烯酸树脂力学性能

丙烯酸树脂成本低、耐候性好、成膜性优异,被广泛应用于建筑、皮革化工等领域。但其表面能高,力学性能较差,使应用受到限制。为改善这一不足,以丙烯酸酯为主要单体,甲基丙烯酸十二氟庚酯为功能单体,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)为交联剂,采用核壳乳液聚合法合成了水性含氟丙烯酸酯树脂。对反应条件进行了考察,并对乳液的稳定性、粒径以及乳液膜的拉伸强度、硬度、疏水角、化学结构、热稳定性能进行了表征。结果表明,TMPTA的加入可以有效提高乳液膜的拉伸强度、硬度和热稳定性。TMPTA质量分数为2%时,乳液的平均粒径为157.2 nm,转化率为97.7%,乳液膜的综合性能最好。此时吸水率为12.3%,失重率50%时的分解温度为394 ℃,疏水角为98.9°,拉伸强度为3.5 MPa,硬度为71.2 HA,与含氟丙烯酸树脂相比拉伸强度提高了159.2%,热稳定性能提高了34.6 ℃。     

壳聚糖成膜条件与膜物性关系的研究

本文研究了壳聚糖溶液成膜时溶液浓度和干燥温度等对壳聚糖膜物性的影响。重点分析了膜的抗弯刚度、断裂强度、断裂伸长、等温吸湿性、透湿性等的变化情况。研究结果表明：壳聚糖溶液浓度越大，膜柔性越差，吸湿性增强。其断裂强力、伸长均随壳聚糖溶液浓度、干燥温度增高而上升。     

Synthesis of Organic Modified SiC_w/PVDF Composite Membrane and Its Dielectric Properties under Low Temperature

Cetyltrimethylammonium bromide(CTAB) was incorporated into silicon carbide whiskers(SiC_w) to improve their hydrophobicity. The solution casting method was employed to develop composite membranes of polyvinylidene fluoride(CTAB-SiC_w/PVDF) with different feed ratios. FT-IR spectroscopic studies proved that CTAB was successfully incorporated into the SiC_w. SiC_w phase structure was maintained after modification by CTAB according to XRD results. SEM studies indicated that the surface became smoother with CTAB dispersal in the PVDF membrane. The dielectric properties of the composite membranes containing various amounts of CTAB-SiC_w were measured at low temperature. It was found that the dielectric constant of the composite membranes with 13.0 wt% whiskers reached a maximum value of 25 at low frequency, and decreased to nine at high frequency(from 500 Hz to 1 MHz) at 0 ℃. The dielectric loss of each composite membrane increased with increasing temperature and reached a maximum value. The value shifted with corresponding frequency increases. In addition, the dielectric loss reached a maximum value of 0.2 when 16.7 wt% of CTAB-SiC_w was fed at each frequency(from-30 ℃ to 10 ℃). At room temperature, the dielectric constant could be maintained at 42 and the loss factor decreased to 0.8 at 100 Hz when 13.0 wt% of CTABSiC_w was incorporated. Additionally, TGA experiments indicated that the decomposition temperature of a PVDF membrane was increased by 10 ℃ and its heat resistance was improved by adding 13.0 wt% of CTAB-SiC_w. This PVDF composite membrane has potential for use as an insulator and capacitor.     

深部调驱用弱凝胶有机铬交联剂的合成与性能

根据络合剂的络合常数，以单糖化合物为配位体合成出一种用于深部调驱用弱凝胶有机铬交联剂。研究结果表明，该交联体系施工方便，易于注入，性能优良，可有效解决原油层垂直和平面矛盾，提高采收率。     

聚合物压裂液的一种多功能交联剂性能研究

针对聚合物压裂液所用金属化合物交联剂易引起地层二次伤害及与其他添加剂配伍性较差的问题,用工业原料研制了一种具有粘土防膨功能的有机交联剂（YJ）,考察了YJ与某聚合物增稠剂（A-1）所形成冻胶的交联、耐温、破胶及防膨等性能,并用扫描电镜分析了冻胶的微结构。结果表明,YJ和A-1在质量浓度比1：1、pH值7时可形成最高粘度的冻胶,并于25℃、2h内可用常规破胶剂完全破胶;1％YJ的防膨率在2h接近70％、16h为54％;冻胶在30℃附近出现粘度最大、之后粘度随温度升高而减小;冻胶体系具有层状空间网络结构的特征。     

NaA分子筛膜的合成及其表征

分别采用原位水热二次合成法、微波密闭合成法,在管状-αAl2O3陶瓷管的外表面上合成出了一系列的NaA型分子筛膜,考察了四种原料配比、四种涂晶方法对合成分子筛膜的影响,对合成条件进行了优化.分别采用XRD、SEM、及乙醇水溶液的渗透汽化实验(用氮气吹扫渗透侧作渗透推动力)对合成的膜进行了表征.结果表明当原料配比为Na2O∶Al2O3∶SiO2∶H2O=1∶1∶3.6∶100,清液涂晶种,微波密闭合成出的分子筛膜对水和乙醇的选择性较好,分离因子远远大于空白管的分离因子,95%(wt)的乙醇水溶液通过膜渗透后,渗透侧乙醇的含量则降至21%(wt),水的含量升高到79%(wt),分离因子可达63.8.