Preparation and characterization of blend anion-exchange membrane from quarternized hydroxyethylcellulose/quaternized poly(vinyl alcohol)

阴离子交换膜是碱性直接甲醇燃料电池（ADMFC）的核心。本文将季铵化羟乙基纤维素（QHEC）和季铵化聚乙烯醇（QPVA）共混制备了一系列不同配比的QPVA/QHEC阴离子交换膜并对其进行热交联,对膜进行测试和分析,结果表明：膜表面均匀致密,低于300 ℃膜基本稳定;QPVA/QHEC共混膜的导电率随着QPVA量的增大而增大,在（2.0～7.8）×10－2 s/cm范围内,随着使用温度的升高逐渐升高;QHEC膜对甲醇有很好的阻隔效果,在20 ℃时,甲醇渗透率最低为2.49×10－6 cm2/s;随QPVA量的增加,共混膜的甲醇渗透率会略有增加。     

季铵化聚砜和季膦化聚砜共混阴离子交换膜的制备与表征

以聚砜为基材制备阴离子导电膜材料。将季膦化聚砜铸膜液与已证实成膜性能良好的季铵化聚砜共混,制备QAPSFOH/QPPSFOH共混阴离子交换膜,以改善季膦化聚砜成膜困难问题。通过改变两种成分比例,可以得到不同性能的阴离子交换膜。在QAPSF与QPPSF摩尔比为1∶2时,共混膜电导率达0.030 9 S/cm,拉伸强度达775 MPa,热分解温度达160℃,满足实际情况对阴离子交换膜的需要。     

季铵化壳聚糖-聚乙烯醇阴离子交换膜的制备

利用壳聚糖(CS)制备季铵化壳聚糖(QCS),将其与聚乙烯醇(PVA)共混后制得一系列不同配比的QCS/PVA阴离子交换膜,对膜的吸水率、溶胀度、离子交换率等进行了测试和分析。结果表明:季铵化壳聚糖与聚乙烯醇有较好的相容性;膜的吸水率、溶胀度、离子交换率随季铵化壳聚糖含量增大而增大;共混膜结构均匀,热稳定性良好。     

季铵化聚乙烯醇/聚二甲基二烯丙基氯化铵/正硅酸乙酯杂化阴离子交换膜的制备与性能表征

通过在季铵化聚乙烯醇(QPVA)和聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)混合聚合物水溶液中添加正硅酸乙酯(TEOS)进行溶胶-凝胶反应,制备得到了不同配比的溶胶-凝胶铸膜液,并将各铸膜液在模具中干燥得到杂化膜,随后将杂化膜在戊二醛/丙酮溶液中交联得到尺寸稳定的杂化阴离子交换膜。考察了季铵化聚乙烯醇和聚二甲基二烯丙基氯化铵铸膜液的质量比对杂化膜稳定性的影响。主要分析了4种尺寸稳定阴离子交换膜的外观形貌、红外光谱、微观形貌、热稳定性、含水/甲醇率和膜的离子交换容量。结果表明,QPVA/0.25PDADMAC/0.1TEOS碱性杂化膜在甲醇中尺寸稳定,微观结构致密,在65～140℃时热稳定性优良,离子交换容量可达到1.091 41 mmol/g。具有在中低温型碱性直接甲醇燃料电池中使用的潜力。     

季膦化聚砜和季胺化聚砜共混阴离子交换膜的制备与表征

以聚砜为基材制备阴离子导电膜材料。将季膦化聚砜筑膜液与已证实成膜性能良好的季铵化聚砜共混,制备阴离子交换共混膜QAPSFOH/QPPSFOH,以改善季膦化聚砜成膜困难问题。通过改变两种成分比例,可以得到不同性能的阴离子交换膜。在QAPSF:QPPSF摩尔比为1:2时,共混膜电导率达0.0309 S/cm,拉伸强度达775 MPa,热分解温度达160℃,满足理论对阴离子交换膜的需要。     

季铵化改性PSA的结构与性能研究

通过氯甲基化反应,制得了氯甲基化聚芳砜酰胺(CMPSA),并研究了聚芳砜酰胺(PSA)氯甲基化反应的影响因素。用流延法制成CMPSA膜,将CMPSA膜通过季铵化反应、离子交换制得了季铵化聚芳砜酰胺(QAPSA)阴离子交换膜。利用FT-IR和1H-NMR对其进行结构表征。并测定了QAPSA膜的离子交换容量(IEC)、离子电导率、吸水率和溶胀度。结果表明,QAPSA阴离子交换膜在室温下离子电导率为1.025×10-2S/cm,且具有良好的尺寸稳定性。     

戊二醛含量对季铵化壳聚糖耐碱性能影响的研究

以壳聚糖(CS)和环氧丙基三甲基氯化铵为原料制备季铵化壳聚糖(QCS),并以戊二醛(GA)为交联剂,制备一系列交联剂含量不同的阴离子交换膜。将其在常温下浸泡于2 mol/L Na OH溶液中24 h,考察其含水率、溶胀度、机械性能、电导率以及离子交换量的变化情况。结果表明,交联剂的加入可以提高阴离子交换膜的耐碱性能,并随着交联剂含量增加其耐碱性能随之增强。戊二醛质量分数为1.25%的膜,于2 mol/L Na OH溶液中浸泡24 h后,损失离子交换量为4.67%,在70℃条件下损失的电导率仅为7.5%。表明交联有助于提高阴离子交换膜的耐碱性。     

戊二醛含量对季铵化壳聚糖耐碱性能影响的研究

以壳聚糖(CS)和环氧丙基三甲基氯化铵为原料制备季铵化壳聚糖(QCS),并以戊二醛(GA)为交联剂,制备一系列交联剂含量不同的阴离子交换膜。将其在常温下浸泡于2 mol/L Na OH溶液中24 h,考察其含水率、溶胀度、机械性能、电导率以及离子交换量的变化情况。结果表明,交联剂的加入可以提高阴离子交换膜的耐碱性能,并随着交联剂含量增加其耐碱性能随之增强。戊二醛质量分数为1.25%的膜,于2 mol/L Na OH溶液中浸泡24 h后,损失离子交换量为4.67%,在70℃条件下损失的电导率仅为7.5%。表明交联有助于提高阴离子交换膜的耐碱性。     

季铵化聚醚砜氢氧根离子交换膜的制备及研究

以氯甲基辛基醚(CMOE)为氯甲基化试剂,成功制备了不同取代度的氯甲基化聚醚砜(CMPES),使用三甲胺水溶液将CMPES膜季铵化,制备出季铵化聚醚砜氢氧根离子(QAPESOH)交换膜。对膜的离子交换容量、吸水率、溶胀度以及离子传导率进行测试,结果表明,当QAPESOH膜的氯甲基化程度(DC)在23%～51%时,即使温度升高到60℃,膜都具有良好的吸水率和适当的溶胀度。特别是DC为51%的膜,其氢氧根传导率在20℃时可以达到15.6mS/cm,并且具有良好的机械稳定性,说明QAPESOH膜在氢氧根离子交换膜燃料电池方面有很好的应用前景。     

正交实验法优化氯甲基化聚砜／聚砜共混膜的季铵化条件

将氯甲基化聚砜(CMPSF)/聚砜(PSF)共混膜浸于三甲胺溶液中制得季铵化聚砜(QMPSF)/聚砜(PSF)膜.采用正交实验考察了季铵化反应条件如季铵化温度、季铵化时间、三甲胺浓度等对QMPSF/PSF膜性能的影响,优化了季铵化条件,制得了性能较佳的季铵化QMPSF/PSF膜.研究结果表明,在0.2MPa压力下.制备的季铵化QMPSF/PSF膜的水通量为31.35 L/(m2·h),对相对分子质量为31 000～50 000的聚乙烯醇溶液的截留率为89.6%.     

可控型季铵化降冰片烯衍生物阴离子交换膜的制备

为了提高阴离子交换膜的离子传导率,本文以降冰片烯二酸酐为原材料,单体中引入两个官能团提高单位体积内离子交换容量制备了阴离子交换膜。通过Materials Studio(MS)软件计算反应能垒,分析判断双季铵化单体形成与否的可行性。模拟计算与实验结果表明:分子结构设计合理,实验方法可行。当单体与降冰片烯比例为1:2.5时,最高离子传导率σ达到65.21 mS·cm^-1,离子交换容量为2.56 mequiv·g^-1,吸水率为22.6%。     

γ-氯丙基三甲氧基硅烷季铵化反应中的溶剂效应研究

研究了不同类型的溶剂对γ-氯丙基三甲氧基硅烷与十八烷基二甲基叔胺季铵化反应的影响.实验发现:在不同类型的溶剂中季铵化反应速率有显著差别,相同温度下在DMSO(二甲基亚砜)中的反应速率高于在其它类型溶剂中的反应速率;在大多数溶剂中该季铵化反应符合二级反应速率方程,作者通过线性拟合得到了不同溶剂中季铵化反应速率常数,并以80℃下季铵化反应速率常数对溶剂的介电常数和偶极矩作图,发现反应速率随着溶剂极性的增加而增大,但是苄醇显著偏离此规律.实验发现:季铵化反应速率随着温度的升高而增大,其中醇类溶剂中的反应速率对温度的依赖性远大于其它类型的溶剂,120℃下在丙二醇单甲醚溶剂中反应速率是80℃下的113倍,这表明高温破坏了叔胺和醇类溶剂形成的氢键,造成了反应速率显著升高.作者根据过渡态理论计算了季铵化反应中的热力学参数,表明随着反应速率的增加,季铵化反应的过渡态Gibbs自由能降低,熵值增加、焓值降低.     

季铵阳离子淀粉/PVA共混膜的性能研究

将季铵阳离子淀粉(QS)与聚乙烯醇(PVA)分别煮浆,之后按所需比例进行混合来制备共混膜,利用红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对共混膜进行表征并测试了其力学性能。结果表明,QS变性程度、PVA聚合度与醇解度、共混比对共混膜的性能都存在很大关系。增加QS取代度,共混膜的断裂强度与断裂伸长率提高、磨耗降低;增大PVA的聚合度与醇解度,有助于提高共混膜断裂强度和断裂伸长率;随着QS含量的增多,共混膜的断裂强度增大,断裂伸长率减小。     

季铵阳离子淀粉/PVA共混膜的性能研究

将季铵阳离子淀粉(QS)与聚乙烯醇(PVA)分别煮浆,之后按所需比例进行混合来制备共混膜,利用红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对共混膜进行表征并测试了其力学性能。结果表明,QS变性程度、PVA聚合度与醇解度、共混比对共混膜的性能都存在很大关系。增加QS取代度,共混膜的断裂强度与断裂伸长率提高、磨耗降低;增大PVA的聚合度与醇解度,有助于提高共混膜断裂强度和断裂伸长率;随着QS含量的增多,共混膜的断裂强度增大,断裂伸长率减小。     

季铵型木质素/PVA复合树脂的制备

利用木质素为原料,经酚化、胺化改性后,以戊二醛为交联剂,聚乙烯醇(PVA)为载体,合成了季铵型木质素/PVA复合阴离子交换树脂。通过傅里叶红外光谱和扫描电镜对其进行了表征,由正交实验确定了胺化改性的优化条件,并且初步探讨了其改性机理。结果表明:NaOH浓度4mol/L、反应温度70℃、季铵盐单体体积用量20%、反应时间2h为木质素胺化改性的最佳条件。在优化条件下制得该树脂的阴离子交换容量为0.89mmol/g。     

电渗析用季铵化聚氯乙烯均相阴离子交换膜的制备

以1-甲基咪唑(N-MI)为季铵化试剂一步法对聚氯乙烯(PVC)功能化改性，并制备了均相PVC阴离子交换膜，避免了传统阴离子交换膜制备过程中的氯甲基化步骤。通过对比研究，优化后的PVC-N-MI-5表现出较好的综合性能。离子交换容量和迁移数分别高达2.89 mmol·g^–1和98.4%；吸水率和溶胀率分别为4.24%和0.21%，低于商业JAM-5阴离子交换膜(4.87%和3.33%)；脱盐率、电流效率以及能耗分别为98.38%、55.8%和5.1 kW·h·(kg NaCl)^–1，可与商业JAM-5(93.0%、55.2%和4.6 kW·h·(kg NaCl)^–1)相比较。低廉的原料与简便的制备过程以及相对良好的电渗析应用性能，表明所制备的PVC-N-MI-5具有一定的应用前景。     

离子交换容量可控自交联型阴离子交换膜的制备

以N-溴代丁二酰亚胺(NBS)为溴化试剂,对十氟二唑与四甲基双酚A(TM-BPA)聚合的聚合物主链进行溴化,随后以N-乙烯基咪唑作为双功能化试剂进行功能化,制备了含有双功能化试剂的氟化聚二唑芳醚阴离子交换膜。其中,功能化试剂(作为离子交换的功能基传导离子及作为膜内分子的交联点)改善膜物理性质。制备的阴离子交换膜在80℃下的离子传导率为9.02×10-2 S·cm-1,甲醇渗透率为1.89×10-7 cm2·s-1(20℃),在碱性燃料电池中具有应用潜力。     

吡咯类碱性离子液体的制备及其在阴离子导电膜中的应用

以N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和碘甲烷(CH_3I)为原料合成N-乙烯基-N-甲基碘化吡咯烷酮(CVPnI)离子液体。借助引发剂过硫酸钾(KPS)将带有不饱和双键的苯乙烯(St)单体和CVPnI离子液体在季铵化聚乙烯醇(QPVA)水溶液中原位引发聚合,然后以戊二醛(GA)为交联剂将QPVA中的羟基交联形成网状结构,将上述线性嵌段聚合物"锁定"在QPVA的网络结构中,制备了一系列具有半互穿网络结构(Semi-IPN)的阴离子导电膜。同时,考察了离子液体在膜中所占质量比对该导电膜的含水率、溶胀率、机械性能以及电导率的影响。结果表明,当离子液体的质量占膜总质量的20%、导电膜的含水率和拉伸强度分别为197%和22.7 MPa、70℃时,该膜电导率为1.08×10~(-2)S/cm;热稳定性测试结果表明,该膜具有良好的热稳定性,最低分解温度高于200℃。     

微孔聚丙烯膜表面季铵化及其抗菌性能

为了赋予微孔聚丙烯膜(MPPM)抗菌能力,发展了一种有效的表面季铵化方法。基于紫外光引发丙烯酸的接枝聚合,通过碳二亚胺活化,将聚亚乙基亚胺(PEI)共价固定于MPPM表面,用环氧丙烷对PEI链上的伯胺和仲胺进行叔胺化,最后再和苄氯反应,成功地使MPPM表面季铵化。采用FTIR、XPS、荧光素二钠盐染色和水接触角对膜进行了表征。采用平板活菌计数法考察了季铵化膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。结果显示,季铵化膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有强的抗菌活性;增加膜表面阳离子密度或延长接触时间,均能有效提高膜的抗菌能力。     

O-季铵化壳寡糖席夫碱与鲱鱼精DNA的作用

以香草醛为改性试剂,对壳寡糖的羟基进行季铵化修饰合成了O-季铵化壳寡糖席夫碱,通过紫外-可见吸收光谱法、粘度测定、循环伏安法研究了合成的席夫碱与DNA之间的作用方式。结果表明:加入DNA后,O-季铵化壳寡糖席夫碱在271 nm和233 nm处的吸收峰位置均发生了红移,强度分别发生了增色和减色效应;在DNA中加入O-季铵化壳寡糖席夫碱后,DNA的粘度增大,且增大程度与O-季铵化壳寡糖席夫碱的加入量呈正相关;循环伏安曲线显示O-季铵化壳寡糖席夫碱会使DNA/K_4Fe(CN)_6体系的氧化还原峰电流减小,式量电位发生正移。以上实验结果表明O-季铵化壳寡糖席夫碱与DNA主要是以嵌插方式作用的。