SPEEK/钛酸钡复合质子交换膜的制备与性能研究

发布时间：2022-08-12 16:17

　　磺化聚醚醚酮（SPEEK）由于其耐热性能好,阻醇性能优良,质子传导性能好,制备工艺相对简单等优点而受到广泛关注。纯SPEEK质子交换膜存在稳定性差、电导率与甲醇渗透率难以均衡等缺点。本文采用掺杂无机粒子的方法,以“质子导体”——钛酸钡（BT）为掺杂主体,探究BT对SPEEK/BT复合质子交换膜性能的影响,包括尺寸稳定性、吸水率、质子电导率、甲醇渗透率等。首先,以BT作为掺杂物,制备SPEEK/BT复合质子交换膜。实验结果表明,BT的掺杂明显提高复合膜的质子电导率。当BT掺杂量为0.5 wt%时,SPEEK/BT-0.5膜的电导率最高。而后随BT掺杂量的增加,复合膜的电导率由于BT团聚而降低。其次,为了改良BT与SPEEK基体间的相容性,本文以三种表面活性剂对BT进行表面改性,制备KH550-BT、PDA-BT、KH570-BT三种无机材料。将三种无机粒子掺杂到SPEEK基体中,分别得到SPEEK/KH550-BT、SPEEK/PDA-BT、SPEEK/KH570-BT复合质子交换膜。从各方面表征质子交换膜的性能得到,SPEEK/KH570-BT膜的电导率性能最好,并且KH570能够改善... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及目的
    1.2 PEMFC的工作原理及性能要求
    1.3 SPEEK质子交换膜
        1.3.1 SPEEK质子交换膜的质子传导机理
        1.3.2 有机/无机掺杂复合质子交换膜的研究
    1.4 钛酸钡及钛酸钡掺杂复合质子交换膜的研究
        1.4.1 钛酸钡简介
        1.4.2 钛酸钡在质子交换膜中的应用
        1.4.3 钛酸钡的表面改性
        1.4.4 静电纺丝法制备钛酸钡纳米纤维
        1.4.5 钛酸钡纳米纤维负载磷钨酸
    1.5 本课题研究内容
第2章 实验部分
    2.1 实验原料
    2.2 实验设备及仪器
    2.3 样品的制备
        2.3.1 SPEEK的制备
        2.3.2 KH550-BT的制备
        2.3.3 PDA-BT的制备
        2.3.4 KH570-BT的制备
        2.3.5 纯SPEEK质子交换膜的制备
    2.4 质子交换膜的性能表征方法
        2.4.1 离子交换容量(IEC)和磺化度(DS)的测定
        2.4.2 吸水率和溶胀率的测定
        2.4.3 质子电导率和活化能的测定
        2.4.4 甲醇渗透率的测定
        2.4.5 红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)测试
        2.4.6 热重分析
        2.4.7 微观形貌分析
第3章 SPEEK/表面改性-BT复合质子交换膜的表征
    3.1 前言
    3.2 实验内容
        3.2.1 SPEEK/BT复合质子交换膜的制备
        3.2.2 SPEEK/KH550-BT复合质子交换膜的制备
        3.2.3 SPEEK/PDA-BT复合质子交换膜的制备
        3.2.4 SPEEK/KH570-BT复合质子交换膜的制备
    3.3 SPEEK/BT复合质子交换膜的性能
        3.3.1 钛酸钡的结构表征
        3.3.2 SPEEK/BT复合质子交换膜的性能表征
    3.4 SPEEK/KH550-BT复合质子交换膜的性能
        3.4.1 KH550-BT的结构表征
        3.4.2 SPEEK/KH550-BT复合质子交换膜的性能表征
    3.5 SPEEK/PDA-BT复合质子交换膜的性能
        3.5.1 PDA-BT的结构表征
        3.5.2 SPEEK/PDA-BT复合质子交换膜的性能表征
    3.6 SPEEK/KH570-BT复合质子交换膜的性能
        3.6.1 KH570-BT的结构表征
        3.6.2 SPEEK/KH570-BT复合质子交换膜的性能表征
    3.7 本章小结
第4章 SPEEK/HFBT复合质子交换膜的制备与性能研究
    4.1 前言
    4.2 实验内容
        4.2.1 钛酸钡中空纤维的制备方法
        4.2.2 HPW-HFBT的制备方法
        4.2.3 SPEEK/HFBT复合质子交换膜的制备方法
        4.2.4 SPEEK/HPW-HFBT复合质子交换膜的制备方法
    4.3 纺丝条件对对钛酸钡中空纤维的影响
        4.3.1 不同电压下钛酸钡纤维的制备与表征
        4.3.2 不同纺丝湿度下钛酸钡纤维的制备与表征
        4.3.3 不同煅烧温度下钛酸钡纤维的制备与表征
    4.4 SPEEK/HFBT复合质子交换膜的性能表征
    4.5 SPEEK/HPW-HFBT复合质子交换膜的性能
    4.6 本章小结
第5章 结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]磺化聚醚醚酮复合质子交换膜材料的制备与研究[D]. 徐丹.吉林大学 2010
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硕士论文
[1]改性蒙脱土的制备及其催化低温低浓度乙醇脱水制乙烯的研究[D]. 李宝茹.太原理工大学 2017



本文编号：3676198