全氟磺酸树脂的性能和应用

介绍了全氟磺酸树脂的应用发展概况,讨论了膜的结构、性能以及它们在质子交换膜燃料电池中的应用：     

全氟磺酸树脂/SiO_2催化合成三醋酸甘油酯

研究了醋酸和甘油在SiO2负载的全氟磺酸树脂催化作用下制备三醋酸甘油酯(TA)的工艺。考察了催化剂用量、催化剂负载量、催化剂目数、反应时间、搅拌速度对反应的影响,并对反应中生成水和催化剂寿命作了分析。在常压下最佳工艺条件为:催化剂负载量为23.4%,用量为甘油质量的5%,醇酸物质的量比9:1,在110℃、300RPM下采水反应4h,可使三醋酸甘油酯含量达到98%以上。     

氟表面活性剂和氟聚合物(IX)——全氟磺酸树脂和全氟磺酸离子交换膜

全氟磺酸树脂(PFAR)及其前体全氟磺酰氟树脂(PFSR),以及由其为基材制备的全氟磺酸离子交换膜(PFSIEM)是重要的氟化工产品,在氯碱工业、燃料电池、化工生产和国防安全等领域有重要应用。介绍了PFSR,PFAR和PFSIEM的发展历程、产品种类、制备方式、加工方法、表征方法和产品应用,并对其研究热点及我国在该领域的发展进行了展望。     

全氟磺酸树脂的流变特性

制备了一系列离子交换容量不同的全氟磺酸树脂（PFSR）,采用熔融流延工艺将其制备成膜。通过对不同的PF-SR进行红外光谱表征发现在1147,984cm^-1处谱峰相对强度的差异反映了聚合物离子交换容量的不同。采用毛细管流变仪测试了PFSR的表观黏度、非牛顿指数、黏流活化能等流变参数,讨论了剪切速率、温度、离子交换容量对PFSR熔体的表观黏度及非牛顿指数的影响和黏流活化能随剪切速率的变化规律。结果表明,PFSR熔体的表现黏度随剪切速率、温度、离子交换容量的升高而降低;在试验温度范围内,熔体的非牛顿指数小于1,属于假塑性流体;黏流活化能随剪切速率及离子交换容量的增大而明显减小。     

全氟磺酸离子交换纤维的制备及性能

利用熔融纺丝技术制备全氟磺酸离子交换纤维(PSAIF)。研究了PSAIF的热性能、化学稳定性及对Cu2+的离子交换性能;考察了PSAIF对Cu2+交换性能中动态、静态离子交换情况及其再生性能。结果表明:PSAIF适宜的纺丝温度为225℃,具有较好的热稳定性和化学稳定性;对Cu2+的交换属于吸热过程,离子交换的最佳pH值为4~5,动态交换结果显示PSAIF对Cu2+有较强的动态吸附能力,吸附与解吸速率较快,再生性能良好,其吸附行为符合Langmu ir和Freumd lich方程。     

全氟磺酸树脂催化玉米芯水解条件的优化

通过实验选用全氟磺酸树脂来催化玉米芯水解,并用DNS法测定了水解生成的木糖的含量。探讨了全氟磺酸树脂在不同条件下的催化效果及对木糖含量的影响。在单因素实验基础上,选取催化剂用量、玉米芯目数、反应温度为考察因素,采用响应面分析法确定了最优水解工艺条件为:催化剂用量0.05g、玉米芯目数120目(0.125 mm)、水解温度110℃。在此条件下木糖产率为17.06%。     

废弃离子交换膜与全氟磺酸树脂固体超强酸催化剂

从废弃的离子交换膜中提取出的全氟磺酸树脂可用作固体超强酸催化剂，介绍了用全氟磺酸树脂作固体超强酸催化剂的进展情况和实用实例。     

SiO_2负载全氟磺酸树脂催化合成苯甲醛乙二醇缩醛

将回收全氟磺酸离子交换膜制成全氟磺酸树脂溶液,用溶胶-凝胶法得到全氟磺酸树脂/二氧化硅复合催化剂,并用FTIR、DSC-TGA、BET对其进行表征。将该催化剂用于合成苯甲醛乙二醇缩醛,考察了物料量比、反应时间、催化剂用量对苯甲醛与乙二醇反应的影响规律,最佳反应条件为n(苯甲醛)∶n(乙二醇)=1∶1.8、催化剂用量为反应物总质量的6%、环己烷为带水剂、反应时间1.0 h时,苯甲醛乙二醇缩醛的收率达82.41%。     

全氟磺酸树脂的流变性能和挤出过程中的流动不稳定性研究

为研究PFSA熔体的黏弹性和稳定流动区,通过旋转流变和毛细管流变仪分别研究了PFSA的动态流变性能和高速挤出过程的不稳定流动行为。结果表明:PFSA表现假塑性流体行为,复数黏度随着剪切速率的升高而下降,损耗因子(tanδ)随温度的升高而增加。在高速挤出过程中PFSA熔体在测试的速率范围内呈现稳定区、鲨鱼皮区,黏滑区和严重熔体破裂四个流动阶段。温度升高出现熔体破裂的临界剪切速率升高,且熔体的交换容量越低,出现熔体破裂的临界剪切速率和临界剪切应力越低。     

全氟磺酸离子交换树脂挤出流延薄膜加工性能研究

选取3种不同的离子交换容量(IEC)的氟型全氟磺酸离子交换树脂(PFSR),采用熔融流延挤出方法来制备不同IEC值的离子交换薄膜.分别利用热失重分析(TGA)、熔体流动速率仪、毛细管流变仪、哈克扭矩流变仪、X射线衍射(XRD)对3种树脂的熔融加工稳定性、熔体流变性能及挤出树脂的结晶性能进行了全面的分析研究.结果表明,在380℃以下,3种树脂的静态稳定性都很好,但当温度升高,静态稳定性随树脂IEC的升高而下降.低剪切速率下,PFSR熔融温度随IEC的升高而明显降低.PFSR树脂为剪切变稀型非牛顿流体,其表观黏度对加工剪切速率敏感;PFSR树脂在高剪切速率下的动态热稳定性能明显下降,当达到240℃以上,树脂中会出现微小气泡,其加工和动态热稳定温度随IEC值的降低而增加.另外,PFSR树脂为一种低结晶型聚合物,其结晶能力主要受其IEC值影响,并随其增加而下降.     

低温制备纳米晶TiO2薄膜及其光催化性能

以无机盐TiOSO4、氨水、H2O2为原料,通过沉淀、胶溶、络合、回流等步骤制备了含有锐钛矿晶粒的回流溶胶(refluxed sol,RS).以RS为前驱体在玻璃基片上用红外灯100 ℃干燥,在低温下制备了纳米TiO2薄膜,采用X射线衍射、热重、扫描电镜、紫外可见光吸收光谱等测试手段对TiO2薄膜进行了表征.结果表明:低温制备的TiO2薄膜呈透明状,在可见光下透光率超过80 %,附着力良好,薄膜表面均匀分布着球形锐钛矿晶粒,晶粒粒径随回流时间延长而增加.以10 mg/L甲基橙为降解对象,考察了TiO2薄膜的光催化性能,由100 ℃回流6 h的RS-6溶胶制备的TiO2薄膜光催化性能最好,120 min内甲基橙脱色率达到99%以上,说明采用RS前驱体制备的TiO2薄膜光催化性能良好.     

非水解溶胶-凝胶法制备TiO2光催化薄膜

以TiCl4为前驱体,无水乙醇为氧供体,聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)为成膜控制剂,通过非水解溶胶-凝胶法制备了TiO2光催化薄膜.应用X射线衍射和热重-差式扫描量热研究了TiO2凝胶在热处理过程中的物相变化.采用场发射扫描电镜和光照甲基橙的降解实验研究了TiCl4浓度和镀膜次数对TiO2薄膜显微结构和光催化活性的影响.结果表明:非水解溶胶-凝胶法制备的TiO2薄膜开始出现金红石相的温度为750 ℃,高于传统水解溶胶-凝胶法制备的薄膜.TiCl4浓度和PEG用量是影响薄膜结构和光催化性能的关键因素.当TiCl4浓度为0.83 mol/L,PEG与TiCl4摩尔比为0.1时,所制备的薄膜是一种晶粒细小且孔隙及孔径分布均匀的多孔膜,这有利于提高薄膜的比表面积,薄膜具有最佳的光催化性能.     

硅藻土负载二氧化钛复合材料的制备与光催化性能

对硅藻土进行提纯处理后,用水解沉淀法制备了硅藻土负载纳米TiO2复合材料.采用扫描电镜和X射线衍射等手段对复合材料进行了表征,并进行了复合材料的光降解脱色实验研究.结果表明:负载在硅藻土表面的TiO2晶型为锐钛型,晶粒平均尺寸为12nm,纳米TiO2在硅藻土表面形成了均匀的包覆.用对罗丹明B溶液的脱色率检验得到样品的光降解性能.结果表明:所制备的硅藻土负载纳米TiO2复合材料具有较强的光降解性,其对罗丹明B的光降解率明显高于德国Degussa公司的纳米TiO2商品P25的降解率.     

TiO_2薄膜光生载流子功效应与光催化性能的关系

主要探讨光生载流子的功效应与光催化性能之间的联系,从光生载流子"功效应"的角度评价TiO2薄膜的光催化活性,为寻找其他的光催化活性评价方法建立相关基础。采用溶胶-凝胶法在普通载玻片上制备了TiO2薄膜,利用X射线衍射、Raman光谱、扫描电子显微镜对TiO2样品进行了表征,并通过对甲基橙降解反应测试了样品的光催化性能。结果表明:TiO2薄膜为锐钛矿结构且结晶良好,颗粒分布均匀,粒径约为80nm。光生载流子功效应通过计算Fermi能级劈裂值发现,Fermi能级劈裂值越大,TiO2薄膜的光催化性能越好,说明Fermi能级劈裂值在光催化活性评价中具有重要作用。     

过氧钛酸溶胶前驱体制备TiO2薄膜及其光催化性能

介绍了一种新型制备二氧化钛光催化薄膜的无机盐溶胶一凝胶法。以TiOSO4、氨水为原料,H2O2为络合剂制备了黄色、透明、稳定的中性过氧钛酸(peroxo titanic acid,PTA)溶胶。以PTA溶胶为前驱体,在玻璃片上经500℃热处理30min制备了透明的锐钛矿相TiO2光催化薄膜。用X射线衍射、扫描电镜、热重一差热分析等对PTA溶胶和TiO2薄膜进行了表征。结果表明：保持pH值呈中性可以制得透明PTA溶胶,该溶胶在200℃就产生了锐钛矿晶相。薄膜表面晶粒呈长条状,长100nm,径向直径40nm,加入聚乙二醇后,薄膜产生了孔径为20nm的多孔结构。以10mg／L甲基橙为降解对象初步考察了TiO2薄膜的光催化性能,在紫外光照120min内,其脱色率达到98．95％。     

Y3+掺杂对TiO2粒子自然光催化降解酸性蓝染料效果的影响

以钛酸乙酯和氯化钇为原料,采用溶胶－凝胶法研究了Y^3 掺杂对TiO2光催化降解酸性蓝染料的影响。通过X射线衍射（XRD）和红外光谱（IR）分析了TiO2复合粒子的结构,结果表明：Y^3 掺杂能够显著提高TiO2粒子的光催化降解能力,当x(TiO2):x(Y^3 )为100：1．5时光催化降解能力达到最大,Y^3 与TiO2形成无序固溶体,当x(Y^3 )为2．0％时,会有Y2O3生成。分析了Y^3 生成。分析了Y^3 掺杂TiO2粒子光催化降解能力提高的原因。     

La3+,Ce3+及Fe3+的共掺杂对TiO2粉末光催化性能的影响

通过溶胶-凝胶法分别制备了La3 -Ce3 共掺杂及Fe3 -Ce3 共掺杂的TiO2纳米粉体。利用透射电镜(TEM)对粒子的形貌和粒径进行了表征,并用分光光度法研究了粉体对甲基橙溶液的降解。通过分析共掺杂离子的掺杂量和样品的煅烧温度对降解率的影响,对所制备粉体的光催化性能进行了研究。结果表明,La3 -Ce3 共掺杂的TiO2粉体其光催化活性有较大提高。     

掺铁二氧化钛纳米晶的制备及其光催化性能

通过溶胶-凝胶法室温制备了掺杂铁二氧化钛纳米晶光催化剂。采用透射电子显微镜、X射线衍射仪、能谱元素分析仪、紫外-可见分光光度计等对所得产物进行表征。以甲基橙为目标降解物,对未掺杂的二氧化钛纳米晶及掺杂铁的二氧化钛纳米晶进行了光催化降解性能研究,并对其降解机理进行了分析。结果表明:适量的铁掺杂有利于提高二氧化钛纳米晶的光催化性能和对甲基橙的降解率。铁的最佳掺杂量为25%[Fe占(Ti+Fe)的摩尔分数]。掺杂铁的二氧化钛纳米晶光催化性能优于纯二氧化钛纳米晶,在光照150min后,甲基橙的降解率达75%以上。     

多孔纳米二氧化钛薄膜的制备及其光催化活性

本文采用溶胶凝胶法在普通玻璃基片上成功制备了多孔纳米二氧化钛薄膜。用扫描电镜对薄膜的表面形貌进行了表征,同时利用XRD谱图对其晶型结构进行分析,结果表明,加水量、升温速度等因素对薄膜的质量都有影响。光催化实验表明：多孔纳米二氧化钛薄膜的催化效果最好,120min内甲基橙降解率可达到98%。     

六亚甲基四胺为氮源制备氮掺杂二氧化钛及其光催化活性

以Ti（SO4）2为前驱物，尿素为沉淀剂，六亚甲基四胺为掺杂剂，采用水热沉淀法制得了锐钛矿型掺氮TiO2纳米粉体。采用XRD对制备的掺氮氧化钛结构进行了表征，探讨了水热合成温度和体系的pH值对水热反应的影响，并对其可见光照射下的光催化性能进行了测试。结果表明，水热反应温度高于220℃时氮可掺进TiO2晶体中，且温度越高，掺氮量越高；水热反应温度为840℃、尿素／硫酸钛摩尔比为4：1时，氮掺杂TiO2粉体可见光催化活性最强，在波长不低于400nm的可见光作用下，对亚甲基蓝的4h降解率达81．03％。