具有位阻结构的新型聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备及性能研究
发布时间：2021-07-20 00:58
具有高离子电导率和碱稳定性的聚苯并咪唑阴离子交换膜（AEMs）一直是AEMs燃料电池的研究热点。本研究对聚苯并咪唑（PBI）进行了一系列改性,以制备具有较高离子传导率和耐碱性等综合性能较好的阴离子交换膜,研究内容主要分为以下三点:1、设计了一种大体积单体四苯基对苯二甲酸（TP）,通过微波缩聚合成了一种新型的空间位阻较大的非平面结构聚合物mPBI-TP-x,随后对其进行一系列烷烃碘化物的二烷基化反应得到mPBI-TP-x-R系列阴离子交换膜。对该系列膜进行了表征和性能测试,发现所得膜具有良好的OH-导电性,80℃时的离子传导率都超过了 46 mS·cm-1。同时耐碱性测试表明,其耐碱性相比于未引入大位阻单体的PBI膜有很大改善,室温下于1 M NaOH水溶液中浸泡1350小时后阴离子交换膜的电导率仅有略微下降,表现出优异的耐碱稳定性。2、为了解决芳香刚性单体掺杂导致PBI膜脆性增加的问题,设计合成了一种含柔性链结构单体二乙基二苯基对苯二酸酯单体（DEDP）,并将其引入到PBI骨架中。DEDP的引入不仅提高了该结构在PBI中的含量而进一步提高成膜性,同时还在PBI的C2位置引入大体积位阻,...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１典型的阴离子交换膜燃料电池的示意图??Ｆｉｇ．１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ａｔｙｐｉｃａｌ?ＡＥＭＦＣ．??１．３阴离子交换膜??
?北京化工大学硕士学位论文???Ｅ２：?ｏｈ？?＋?＋?丫?＋?Ｈ；ｏ??ｓＮ２：?〇Ｈｅｃｒｉ＞＾＞ｋ?—＾?．．．．．丫??…—?—．人《??图１－２?ＱＡ阳离子在碱性溶液中可能的降解机理：霍夫曼消除（Ｅ２），亲核取代（ＳＮ２）和叶??立德形成〇〇。??Ｆｉｇ．?１－２?Ｐｏｓｓｉｂｌｅ?ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ?ｏｆ?ＱＡ?ｃａｔｉｏｎｓ?ｉｎ??ａｌｋａｌｉｎｅ?ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ：?Ｈｏｆｉｎａｎｎ?ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ?（Ｅ２），?ｎｕｃｌｅｏｐｈｉｌｉｃ?ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ??（Ｓｎ２）?ａｎｄ?ｙｌｉｄｅ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?（Ｙ）．??除烷基取代基外，目前的研宄热点还包括聚合物主链和阳离子之间的烷基间??隔基对ＱＡ阳离子碱稳定性的影响［２８－３Ｇ］。Ｘｕ等［３１］通过预季铵化单体的聚酰化合??成含侧链结构的ＡＥＭｓ，发现ＱＡ和芳香主链之间较大的间隔距离可以大大提高??ＡＥＭｓ的ＯＨ－电导率（６０°Ｃ时为９１?ｍＳ．ｃｍ－１）和碱稳定性（６０°Ｃ、６ＭＮａＯＨ溶液中４０??天未降解）。Ｈｉｂｂｓ等Ｉ３２］制备了一系列用各种阳离子修饰的聚亚苯基型ＡＥＭｓ，发??现当用六亚甲基取代苄基亚甲基时，可以大大提高ＡＥＭ的碱稳定性（图１－３）。??４??
?第一章绪论???ＤＡＴＰ??６－ｂｒｏｍｏｈｅｘａｎｏｙｌ?ｃｈｌｗｘｌｅ??ＡｌＣｂ??ｃ?８?Ｃ＊?？＊??ｄｒ＾Ｙ＾Ｂｒ??愈??ＢｒＫＣ６ＰＰ?？ｆＣ６ＦＰ??１）?ｅａｓｔｅｒｎ?１）?ｃａｓｔ?ｆｉｌｍ??２）ｔｒｉｍｅｔｈｙｔｅｍｉｎｅ，ＨＰ?２）?ｔｒｉｍｅｔｈｙｔａｍｉｎｅ，?Ｈａ〇??〇?－?厂Ｘ?ｔ??ＴＭＡＫＣ６ＰＰ?ＴＭＡＣＷＰ??图１－３具有侧链束缚阳离子的聚（亚苯基）的合成方案。??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ?ｓｃｈｅｍｅ?ｆｏｒ?ｐｏｌｙ（ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ）ｓ?ｗｉｔｈ?ｓｉｄｅｃｈａｉｎ?ｔｅｔｈｅｒｅｄ?ｃａｔｉｏｎｓ．．??除了?ＱＡ阳离子的碱稳定性之外，制备基于ＱＡ的ＡＥＭｓ的过程是否复杂也是??需要重点考虑的点。通常情况下，大多数ＱＡ阳离子基团通过氯甲基进行氯甲基??化连接到聚合物主链上，然后通过叔胺将聚合物季铵化。然而，氯甲基化中使用??的氯甲醚被认为是致癌物，对人体的危害很大。此外，对官能化程度和位置的精??确控制通常很困难［３３］。为了克服与氯甲基化有关的合成限制，研宄者目前已经做??了很多工作。Ｒａｍａｎｉ等［３４］通过自由基溴化制备溴代苄基和溴代芳基，再与卤代??ＰＰＯ反应制备ＡＥＭ，其核心是通过叔胺亲核取代溴苄基来合成ＱＡ基团衍生的??ＢｒＰＰＯ。Ｍｏｈａｎｔｙ等［３５］通过季铵化含苄甲基的卤代甲基化聚砜来制备ＡＥＭ。苄甲??基部分作为阳离子位点的前体，从而避免了通过氯甲基化对聚合物进行改性。??Ｇｕｉｖｅｒ等人［３６］报道了一种基于锂化学法用叔胺官能化聚砜合成的ＡＥＭ，所制备??的ＡＥＭ展现出较高的ＯＨ－传导率＾ｍＳ＇
本文编号：3291793
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１典型的阴离子交换膜燃料电池的示意图??Ｆｉｇ．１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ａｔｙｐｉｃａｌ?ＡＥＭＦＣ．??１．３阴离子交换膜??
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