碱性季铵化阴离子交换膜的制备及其性能研究

发布时间：2017-05-06 14:16

  本文关键词：碱性季铵化阴离子交换膜的制备及其性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碱性阴离子交换膜燃料电池(Anion Exchange Membrane Fuel Cell,AEMFC)以其结构简单、催化剂价格低廉、碱性条件下燃料氧化速度快、燃料渗透率低等众多优点,已经受到越来越多的关注。阴离子交换膜是保证燃料电池正常运转的主要部分,在电池中能够传递OH-,同时还具有防止燃料和氧化剂互相渗透的作用。目前,制备新型阴离子交换膜主要有两种方式,一是通过对现有膜材料进行改性,使其在保持较高的电导率同时提高膜的使用效率。二是通过设计单体,聚合获得新的膜材料。本论文基于这两方面的工作,改性合成了一系列新型的阴离子交换膜,并对膜的离子交换容量、吸水率、溶胀率、力学性能、化学稳定性等性能进行了表征。1、以聚苯醚(PPO)为原料,通过溴甲基化反应得到溴代率为55.2%的溴代聚苯醚,并通过1H-NMR、FTIR对其结构进行表征。然后取0.294g溴代聚苯醚溶于氯仿中,向溶液中加入0.006g坡缕石,超声之后得到坡缕石含量为2%的聚苯醚膜,同样采用上述方法,制得坡缕石含量分别为4%、6%的聚苯醚膜,成膜后进行季铵化、碱化,制备坡缕石含量分别为2%、4%、6%的季铵化聚苯醚复合膜。考察了聚苯醚膜及其复合膜的离子交换容量、热稳定性、电导率、化学稳定性及机械性能等基本性能。实验结果表明,制得的坡缕石含量为6%的季铵化聚苯醚复合膜机械性能、热稳定性和化学稳定性要优于其他含量的复合膜,在80℃,相对湿度100%条件下,测得电导率可达21.5mS.cm-1,在60℃下,浓度为5mol.L-1的Na OH溶液中浸泡1天,电导率值仍大于18mS.cm-1。而未加入坡缕石的聚苯醚电导率仅为9.2mS.cm-1,表明坡缕石的掺杂提高了阴离子交换膜的性能。2、采用2,6-二甲基苯酚和9-芴酮为反应物,制备四甲基双酚芴(DMBHF)单体,然后以四甲基双酚芴和二氟二苯甲酮为单体通过缩聚反应得到聚醚醚酮聚合物,经过进一步溴甲基化、季铵化、碱化成功的制备了含芴结构的聚醚醚酮膜。用1H-NMR、FTIR对PAEKs、BPAEKs和QPAEKs结构进行表征,并考察了膜的IEC值、吸水性、溶胀率、力学性能、化学稳定性等。实验结果表明,随着溴代率的增加,离子交换容量(IEC)由1.50mmol.g-1增加到2.32mmol.g-1。其中IEC值为2.32mmol.g-1的QPAEK-c膜性能最好,80℃时电导率为33.6mS.cm-1,并且,在60℃、3M Na OH溶液中浸泡24h后,电导率仍保持27.3mS.cm-1。说明QPAEK-c膜有很好的应用前景。
【关键词】：燃料电池 阴离子交换膜 聚苯醚 聚醚醚酮
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ425.236;TM911.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 综述11-31
• 1.1 燃料电池11-12
• 1.1.1 燃料电池的概述11-12
• 1.1.2 燃料电池的分类12
• 1.2 燃料电池阴离子交换膜与质子交换膜的比较12-14
• 1.3 燃料电池阴离子交换膜的研究进展14-25
• 1.3.1 聚苯醚类阴离子交换膜14-17
• 1.3.2 聚醚酮类阴离子交换膜17-20
• 1.3.3 聚醚砜类阴离子交换膜20-23
• 1.3.4 其他新型阴离子交换膜23-25
• 1.4 本课题研究的目的、意义和主要内容25-26
• 参考文献26-31
• 第二章 实验条件及方法31-37
• 2.1 实验药品及仪器31-32
• 2.1.1 实验药品31-32
• 2.1.2 实验仪器32
• 2.2 表征方法和测试手段32-36
• 2.2.1 核磁共振分析32
• 2.2.2 红外分析（FT-IR）32-33
• 2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)33
• 2.2.4 相对粘度33-34
• 2.2.5 热重分析（TG）34
• 2.2.6 离子交换容量（IEC）34
• 2.2.7 吸水率(WU)34-35
• 2.2.8 溶胀率（SR）35
• 2.2.9 电导率35
• 2.2.10 机械性能35-36
• 2.2.11 化学稳定性36
• 参考文献36-37
• 第三章 季铵化聚苯醚/坡缕石复合膜的制备及性能37-51
• 3.1 引言37-38
• 3.2 实验部分38-40
• 3.2.1 溴代聚苯醚的制备38
• 3.2.2 溴代聚苯醚/坡缕石复合膜的制备38-39
• 3.2.3 季铵化聚苯醚/坡缕石复合膜的制备39-40
• 3.3 结果与讨论40-47
• 3.3.1 季铵化聚苯醚/坡缕石复合膜的结构分析40-43
• 3.3.2 季铵化聚苯醚/坡缕石复合膜的热性能分析43-44
• 3.3.3 季铵化聚苯醚/坡缕石复合膜的离子交换容量、吸水率、电导率分析44-45
• 3.3.4 季铵化聚苯醚/坡缕石复合膜的力学性能分析45-46
• 3.3.5 季铵化聚苯醚/坡缕石复合膜的化学稳定性分析46-47
• 3.4 本章小结47
• 参考文献47-51
• 第四章 季铵化含芴聚醚醚酮阴离子交换膜制备及性能51-63
• 4.1 引言51-52
• 4.2 实验部分52-54
• 4.2.1 四甲基双酚芴的合成52-53
• 4.2.2 聚醚醚酮的合成53
• 4.2.3 溴代聚醚醚酮的制备53-54
• 4.2.4 季铵化聚醚醚酮膜的制备54
• 4.3 结果与讨论54-60
• 4.3.1 季铵化聚醚醚酮膜的结构分析54-56
• 4.3.2 季铵化聚醚醚酮膜的热性能分析56-58
• 4.3.3 季铵化聚醚醚酮膜的离子交换容量、吸水率、溶胀率、电导率分析58-59
• 4.3.4 季铵化聚醚醚酮膜的力学性能分析59
• 4.3.5 季铵化聚醚醚酮膜的化学稳定性分析59-60
• 4.4 本章小结60
• 参考文献60-63
• 第五章 结论63-65
• 论文发表情况65-67
• 致谢67

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本文编号：348566