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.     

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。     

三聚氰胺协同戊二醛联合交联QCS构筑燃料电池用阴离子交换膜

以三聚氰胺为中间改性物,借助戊二醛作为交联剂改性季铵化壳聚糖制备阴离子交换膜。通过改变三聚氰胺含量,探讨其作为交联中间体对阴离子交换膜力学性能、导电性能以及耐碱稳定性等相关性能的影响,并对其进行扫描电镜观测微观结构。扫描电镜结果表明,三聚氰胺与季铵化壳聚糖交联过程中,膜表面呈现褶皱状,形成致密连续的膜结构。三聚氰胺引入后,膜的力学性能、导电性能及耐碱稳定性均得到改善,当三聚氰胺含量达到4%时,膜样品拉伸强度可达到33.79 MPa,在70℃时其导电率达4.83×10~(-2)S/cm,将膜浸渍于6 mol/L KOH(60℃)中120 h,电导率仅损失2.81%,表现出优异的耐碱稳定性。     

三聚氰胺协同戊二醛联合交联QCS构筑燃料电池用阴离子交换膜EI北大核心CSCD

以三聚氰胺为中间改性物,借助戊二醛作为交联剂改性季铵化壳聚糖制备阴离子交换膜。通过改变三聚氰胺含量,探讨其作为交联中间体对阴离子交换膜力学性能、导电性能以及耐碱稳定性等相关性能的影响,并对其进行扫描电镜观测微观结构。扫描电镜结果表明,三聚氰胺与季铵化壳聚糖交联过程中,膜表面呈现褶皱状,形成致密连续的膜结构。三聚氰胺引入后,膜的力学性能、导电性能及耐碱稳定性均得到改善,当三聚氰胺含量达到4%时,膜样品拉伸强度可达到33.79 MPa,在70℃时其导电率达4.83×10^(-2)S/cm,将膜浸渍于6 mol/L KOH(60℃)中120 h,电导率仅损失2.81%,表现出优异的耐碱稳定性。     

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。     

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...     

BPPO中空纤维荷电镶嵌膜制备及其蛋白质吸附性能

以季铵化BPPO中空纤维膜为原料,通过sol-gel反应填充巯丙基三乙氧基硅烷(KH580),然后进行氧化,得到同时含有季铵和磺酸基团的杂化荷电镶嵌膜,阴离子交换容量(AEC)和阳离子交换容量(CEC)分别为1.57~1.76mmol/g和1.07~1.24mmol/g.对该膜进行了结构和物化性能的表征,然后进行蛋白质吸附和脱附.结果表明,与基膜相比,荷电镶嵌膜在溶胀度方面有所改进.pH=4、7和8时荷电镶嵌膜对牛血清蛋白(BSA)的吸附量较高,可达到20mg/g以上.在碱性条件下(pH=8),脱附率明显高于基膜,可以达到约95%.由此说明基于BPPO的荷电镶嵌中空纤维膜可以用作吸附材料.     

全钒液流电池用致密皮层非对称AEM结构优化

采用双凝胶浴相转化方法制备了厚度可控的具有致密皮层的季铵化聚砜非对称阴离子交换膜(AEM),应用于全钒液流电池.超薄无缺陷皮层保证了膜的阻钒能力.同时,与致密季铵化聚砜AEM相比,致密皮层季铵化聚砜非对称AEM的面电阻(AR)大幅度降低.通过改变初生态膜浸入正戊醇的时间,可以调节膜的形貌和性质,从而平衡膜的阻钒能力和AR.当浸入正戊醇的时间为20 s时,制备的致密皮层季铵化聚砜非对称AEM DC40%-20s的等效厚度大约为3.87μm,实现膜阻钒能力和AR的最好平衡,并获得了良好的电池性能(在60 mA/cm~2下,库伦效率为98.2%,电压效率为82.5%,能量效率为81.0%)和适中的放电容量衰减速率(在50 mA/cm~2下,0.57%/圈).     

高耐碱性交联型聚苯醚阴离子交换膜的制备

以溴化聚苯醚(BPPO)为主链,N,N-二甲基己胺(DMHA),N,N-二异丙基乙胺(DIEA)和三乙胺(TEA)为季铵化试剂,N,N,N′,N′-四甲基-1,6-己二胺为交联剂制备了一系列交联型阴离子交换膜(AEMs),并对交联膜物理和电化学性能进行了表征与测试.结果表明,膜具有明显的微相分离结构、高的离子电导率、优异的尺寸稳定性和化学稳定性.其中接枝N,N-二异丙基乙胺的膜(c-PPO-DIEA)离子电导率在80℃下可达到72.3 mS/cm;在1 mol/L NaOH中经480 h的耐碱性测试发现,膜c-PPO-DIEA的离子电导率能够保留80%以上,表现出良好的耐碱性;将该膜组装成单电池测试,开路电压为0.983 V,在80℃下电流密度200 mA/cm~2时其功率密度达到89 mW/cm~2.     

聚醚砜荷正电超滤膜的制备及对染料的分离研究

采用非溶剂相转化法制备了氯甲基聚醚砜/聚醚砜(CMPES/PES)共混膜,并在其表面进行季铵化改性,制得季铵化聚醚砜荷正电超滤膜。经过元素分析,季铵基团成功地接枝在膜的表面。实验对膜的亲水性能、抗污染性能及对染料的分离性能进行了研究。结果表明:季铵化改性膜的亲水性能和水通量显著提高,通量由原来的177L/m2·h增加到233L/m2·h;且改性膜的总污染指数(Rt)和水通量恢复率(FRR)均显著增大,这说明改性后的膜大大降低了不可逆污染。季铵化膜对碱性染料具有较好的分离效果,其中阿利新蓝(AB)的截留率大于90%。     

全氟阳离子聚合物的合成及膜结构与性能研究

高碱稳定性、高离子电导率的阴离子交换膜的设计与制备是近年来燃料电池领域研究的前沿和热点.从分子设计出发,以在聚合物主链上引入稳定性优异的氟原子为基础,在侧基上进行功能性基团的嫁接,合成了吗啉、直链季铵、咪唑型的全氟阳离子聚合物,并将这些聚合物制成相应的阴离子交换膜.结果显示,所得3种阴离子交换膜在80℃水中的离子电导率为60.4～80.6mS/cm.其中,直链季铵型阴离子交换膜在80℃下的电导率达到80.6mS/cm.此外,在80℃,8 mol/L KOH水溶液中浸泡10d后,离子膜的IEC和电导率分别保留了92.7%和93.2%,表现出优异的耐碱性能.     

基于聚乙烯醇/支化聚乙烯亚胺离子交换膜不同烃基对其性能的影响EI北大核心CSCD

以聚乙烯醇/支化聚乙烯亚胺(PVA/BPEI)为基体,分别选用多种卤代烃为季铵化试剂制备阴离子交换膜(AEMs),并采用多种测试方法对膜的关键性能进行表征,以及基于分子结构对结果进行分析讨论。结果表明,以3-氯-1-丙醇为季铵化试剂制备所得的AEM于80℃电导率可达79. 03 m S/cm,IEC值为3. 1 meq/g,且该膜由于羟基在膜内形成的氢键作用使其具有优异的热力学性能、尺寸稳定性和化学稳定性;膜内季铵基团随其疏水链长度及结构的不同对AEMs性能的影响也有所差异,引入含有羟基的柔性侧链可在膜内构成氢键网络形成亲疏水结构,是提高膜综合性能的有效途径。     

基于聚乙烯醇/支化聚乙烯亚胺离子交换膜不同烃基对其性能的影响

以聚乙烯醇/支化聚乙烯亚胺(PVA/BPEI)为基体,分别选用多种卤代烃为季铵化试剂制备阴离子交换膜(AEMs),并采用多种测试方法对膜的关键性能进行表征,以及基于分子结构对结果进行分析讨论。结果表明,以3-氯-1-丙醇为季铵化试剂制备所得的AEM于80℃电导率可达79. 03 m S/cm,IEC值为3. 1 meq/g,且该膜由于羟基在膜内形成的氢键作用使其具有优异的热力学性能、尺寸稳定性和化学稳定性;膜内季铵基团随其疏水链长度及结构的不同对AEMs性能的影响也有所差异,引入含有羟基的柔性侧链可在膜内构成氢键网络形成亲疏水结构,是提高膜综合性能的有效途径。     

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。     

强碱性阴离子交换纤维的辐射接枝法制备及对铼(Ⅶ)的吸附

通过电子束预辐照聚丙烯无纺布(PP)接枝2-乙烯基吡啶(2-VP)制备PP-g-VP接枝共聚物,然后接枝共聚物进一步与季铵化试剂溴乙烷反应,制备出一种季铵盐型强碱性阴离子交换纤维。结果表明,单体浓度越大接枝率越高;季铵化时间越长转化率越高。接枝和季铵化后样品通过差示扫描量热仪、红外光谱仪进行表征。随后研究了pH值、吸附时间、吸附温度对铼(Ⅶ)的吸附效果。结果表明,该吸附过程在pH为2.2的弱酸性介质中易于进行,且在30min内迅速达到吸附平衡。该过程为放热反应,其ΔH=-12.55 kJ/mol,降低温度有利于吸附反应的进行。     

强碱性阴离子交换纤维的辐射接枝法制备及对铼(Ⅶ)的吸附EI北大核心CSCD

通过电子束预辐照聚丙烯无纺布(PP)接枝2-乙烯基吡啶(2-VP)制备PP-g-VP接枝共聚物,然后接枝共聚物进一步与季铵化试剂溴乙烷反应,制备出一种季铵盐型强碱性阴离子交换纤维。结果表明,单体浓度越大接枝率越高;季铵化时间越长转化率越高。接枝和季铵化后样品通过差示扫描量热仪、红外光谱仪进行表征。随后研究了pH值、吸附时间、吸附温度对铼(Ⅶ)的吸附效果。结果表明,该吸附过程在pH为2.2的弱酸性介质中易于进行,且在30min内迅速达到吸附平衡。该过程为放热反应,其ΔH=-12.55 kJ/mol,降低温度有利于吸附反应的进行。     

季铵化条件对季铵化聚醚砜酮纳滤膜性能的研究

以氯甲基化聚醚砜酮(CMPPESK)为膜材料,通过相转换法制备了CMPPESK膜,然后将其浸泡在三甲胺溶液中进行季铵化反应,即可得到荷正电的季铵化聚醚砜酮(QAPPESK)纳滤膜.考察了三甲胺浓度,季铵化时间,季铵化温度等季铵化条件对QAPPESK纳滤膜性能的影响,发现三甲胺浓度为5.0mol/L,季铵的化时间5h左右,季铵化温度为30℃时,得到的荷正电QAPPESK纳滤膜对MgCl2、Vitamin B12(VB12)具有较高的纯水通量和截留率.     

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。     

碱性阴离子燃料电池用聚(1-乙烯基咪唑-co-苯乙烯-co-对二乙烯基苯)/PTFE交联复合膜的制备与性能研究

以经过亲水处理的PTFE微孔膜为基体,将1-乙烯基咪唑、苯乙烯和对二乙烯基苯3种单体按照不同摩尔比(1∶1∶0.24和2∶1∶0.24)就地共聚(自由基聚合),然后与苄基溴进行季铵化反应,制得了两种具有不同离子交换容量(IEC=1.72meq·g-1和1.27meq·g-1)的新型交联复合型阴离子交换膜。其中,IEC为1.72meq·g-1的交联复合膜在80℃下的氢氧根电导率达到2.9mS/cm。这种膜在60℃、6mol/L氢氧化钠水溶液中浸泡6d后,其氢氧根电导率损失小于20%,并能够保持良好的机械性能。表明这种膜具有良好的化学稳定性。