DMFC用磺化蒙脱土/壳聚糖复合膜的制备及性能
发布时间：2021-12-17 19:02
在当代能源问题日益突出的背景下,直接甲醇燃料电池（DMFC）因其能量密度高和无污染等诸多优势,在能量转化电池领域独树一帜,而其核心部件质子交换膜是保证其性能的关键所在。传统的甲醇燃料电池质子交换膜为杜邦公司的Nafion膜,具有优异的质子导电性,但其甲醇渗透性较高,易于产生阴极的催化剂中毒现象,从而降低电池效率。同时,由于其独特的全氟化结构,其生产成本较高,且生产工艺过程不环保。本课题针对Nafion膜的这些缺点,采用新型的生物高分子壳聚糖作为其质子交换膜的原材料,制备了一种新型的质子交换膜,并对其进行了进一步改性处理,开展实验研究。针对壳聚糖膜质子导电性较低的问题,提出了一种磺化改性的方案。在应用磺化剂丙磺酸內酯对壳聚糖进行磺化后,将磺化壳聚糖和壳聚糖按照不同的质量比共混成膜,并主要考察其质子导电性和甲醇渗透性。根据其综合性能的评估结果,磺化壳聚糖质量百分比为40%的磺化壳聚糖膜SCS40具有最佳的性能,但其质子导电性提升仍然有限,需要对其进行进一步的强化。由于壳聚糖的磺化对于提升其质子导电性方面不明显,在此基础上进行了改性蒙脱土的掺杂处理。实验制备了三种磺化改性蒙脱土。按照掺杂浓度...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
直接甲醇燃料电池的结构示意图
哈尔滨工业大学硕士学位论文；第二，由于甲醇从阳极穿越到阴极会极大的降低剂中毒现象，高性能的质子交换膜同样需要较好地与渗透，防止催化剂中毒的现象；第三，具有良好提升膜的使用寿命；第四，较低的成本，较高价格和使用。为广泛的为全氟磺酸类质子交换膜。其中，Nafion，其结构如图 1-2 所示，由于氟原子的高度极化作性。同时，侧链上的磺酸基团使得 Nafion 具有一定游离的质子。由于以上几点，Nafion 膜具有很高的高质子导电性亦收到其吸水率的影响。水通过影响
哈尔滨工业大学硕士学位论文壳聚糖的分子量从几千到几十万不等，其脱乙酰化程度通常大于 50%。其中，脱乙酰化程度是影响壳聚糖性能的一个重要指标，市场上最高脱乙酰化程度可达95%。常规的高脱乙酰化程度一般为 85-90%。壳聚糖不溶于水和常规有机溶剂，可溶于常规的一元酸，如盐酸、甲酸、乙酸等，其溶解性主要受到分子量和脱乙酰化程度的影响，分子量小，脱乙酰化程度高的壳聚糖高分子易于溶解。如图 1-3所示，壳聚糖分子中含有羟基和氨基，尤其是氨基的存在，为其化学改性提供了可能性。常用的壳聚糖高分子改性方法有：磺化、磷酸化、质子化和化学交联等[11]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Preparation and evaluation of crosslinked sulfonated polyphosphazene with poly（aryloxy cyclotriphosphazene） for proton exchange membrane[J]. Yan Dong,Hulin Xu,Fengyan Fu,Changjin Zhu. Journal of Energy Chemistry. 2016(03)
[2]直接甲醇燃料电池关键材料与技术[J]. 王新东,谢晓峰,王萌,刘桂成,苗睿瑛,王一拓,阎群. 化学进展. 2011(Z1)
[3]壳聚糖和壳寡糖的磷酸化研究[J]. 田金花,杨华,迟光伟,王立升. 化学研究与应用. 2010(05)
[4]直接甲醇燃料电池膜电极的研究与进展[J]. 索春光,刘晓为,张宇峰,张博,张鹏,王路文. 化学进展. 2009(Z2)
[5]硫酸交联壳聚糖膜质子传导行为的研究[J]. 崔铮,相艳,张涛. 化学学报. 2007(17)
硕士论文
[1]Nafion/NH4-X沸石复合质子交换膜的制备与表征[D]. 崔彦辉.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3540745
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
直接甲醇燃料电池的结构示意图
哈尔滨工业大学硕士学位论文；第二，由于甲醇从阳极穿越到阴极会极大的降低剂中毒现象，高性能的质子交换膜同样需要较好地与渗透，防止催化剂中毒的现象；第三，具有良好提升膜的使用寿命；第四，较低的成本，较高价格和使用。为广泛的为全氟磺酸类质子交换膜。其中，Nafion，其结构如图 1-2 所示，由于氟原子的高度极化作性。同时，侧链上的磺酸基团使得 Nafion 具有一定游离的质子。由于以上几点，Nafion 膜具有很高的高质子导电性亦收到其吸水率的影响。水通过影响
哈尔滨工业大学硕士学位论文壳聚糖的分子量从几千到几十万不等，其脱乙酰化程度通常大于 50%。其中，脱乙酰化程度是影响壳聚糖性能的一个重要指标，市场上最高脱乙酰化程度可达95%。常规的高脱乙酰化程度一般为 85-90%。壳聚糖不溶于水和常规有机溶剂，可溶于常规的一元酸，如盐酸、甲酸、乙酸等，其溶解性主要受到分子量和脱乙酰化程度的影响，分子量小，脱乙酰化程度高的壳聚糖高分子易于溶解。如图 1-3所示，壳聚糖分子中含有羟基和氨基，尤其是氨基的存在，为其化学改性提供了可能性。常用的壳聚糖高分子改性方法有：磺化、磷酸化、质子化和化学交联等[11]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Preparation and evaluation of crosslinked sulfonated polyphosphazene with poly（aryloxy cyclotriphosphazene） for proton exchange membrane[J]. Yan Dong,Hulin Xu,Fengyan Fu,Changjin Zhu. Journal of Energy Chemistry. 2016(03)
[2]直接甲醇燃料电池关键材料与技术[J]. 王新东,谢晓峰,王萌,刘桂成,苗睿瑛,王一拓,阎群. 化学进展. 2011(Z1)
[3]壳聚糖和壳寡糖的磷酸化研究[J]. 田金花,杨华,迟光伟,王立升. 化学研究与应用. 2010(05)
[4]直接甲醇燃料电池膜电极的研究与进展[J]. 索春光,刘晓为,张宇峰,张博,张鹏,王路文. 化学进展. 2009(Z2)
[5]硫酸交联壳聚糖膜质子传导行为的研究[J]. 崔铮,相艳,张涛. 化学学报. 2007(17)
硕士论文
[1]Nafion/NH4-X沸石复合质子交换膜的制备与表征[D]. 崔彦辉.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3540745
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