含嘌呤结构纳米纤维素基质子传导材料的研究
发布时间：2022-12-03 22:37
近年来,含氮杂环化合物在质子交换膜及相关材料领域受到关注。嘌呤分子中含有氮杂环,整个环成共轭体系,氮原子亲核活性强,可在质子转移反应中充当供体和受体。其衍生物包括腺嘌呤、一磷酸腺苷、2,6-二氨基嘌呤等。本论文采用高碘酸钠氧化纤维素纳米晶须,通过化学修饰将三类嘌呤衍生物接枝到纳米纤维素链上,结合纳米纤维素的优异特性,制备了环境友好的纳米纤维素基质子传导薄膜材料。改性膜的质子传导性能、热力学性能和氧化稳定性都得到提高。所制备纳米纤维素接枝腺嘌呤膜材料表现出较高的质子传导性能,在100℃下最高可达0.263 S·cm-1。此外,该类膜的拉伸强度最高可达54.50 MPa,并具有较高的吸水率,只是高温下的形态稳定性还有待提升。为了进一步提高膜的机械性能和形态稳定性,选用一磷酸腺苷对纳米纤维素进行接枝,制备了一磷酸腺苷接枝纳米纤维素膜材料。结果表明,该系列膜的拉伸强度最高可达95.92 MPa,机械强度得到提升。此外,膜的保持较高吸水率的同时形态稳定性提高。在100℃时,其质子传导率最高可达0.176 S·cm-1。为了进一步提高改性膜的形态稳定性和...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的
1.2 质子交换膜燃料电池
1.2.1 燃料电池简介
1.2.2 质子交换膜燃料电池的工作原理
1.2.3 质子传导材料的传导机理
1.2.4 质子交换膜的特点
1.3 纳米纤维素
1.3.1 纳米纤维素简介
1.3.2 纳米纤维素的制备方法
1.3.3 纳米纤维素的表面改性
1.3.4 纳米纤维素基质子交换膜的研究现状
1.4 含氮杂环化合物
1.4.1 含氮杂环化合物简介
1.4.2 氮杂环类质子交换膜
1.4.3 嘌呤类化合物
1.5 本文的设计思路和研究内容
第二章 腺嘌呤改性纳米纤维素质子交换膜的制备与性能研究
2.1 前言
2.2 实验原料及药品
2.3 实验仪器及设备
2.4 实验方法
2.4.1 纤维素纳米晶须(CNC)的制备
2.4.2 氧化纤维素纳米晶须的制备
2.4.3 腺嘌呤接枝纳米纤维素(A-CNC)及膜的制备
2.4.4 扫描电子显微镜(SEM)分析
2.4.5 醛基滴定
2.4.6 红外光谱分析(FT-IR)
2.4.7 A-CNC取代度(DS)的测定与计算
2.4.8 热重分析(TGA)
2.4.9 吸水率及润胀率
2.4.10 拉伸强度测试
2.4.11 质子传导率
2.4.12 离子交换当量(IEC)
2.4.13 氧化稳定性
2.5 结果与讨论
2.5.1 CNC和氧化CNC的扫描电镜分析
2.5.2 氧化CNC的醛基含量及氧化程度计算
2.5.3 膜图片及其扫描电镜分析
2.5.4 改性膜的制备和表征
2.5.5 热力学性能
2.5.6 吸水率和润胀率
2.5.7 机械强度
2.5.8 质子传导率和离子交换当量
2.5.9 氧化稳定性
2.6 本章小结
第三章 一磷酸腺苷改性纳米纤维素质子交换膜的制备与性能研究
3.1 前言
3.2 实验原料及药品
3.3 实验仪器及设备
3.4 实验方法
3.4.1 一磷酸腺苷接枝纳米纤维素(AMP-CNC)及膜的制备
3.4.2 扫描电子显微镜(SEM)分析
3.4.3 红外光谱分析(FT-IR)
3.4.4 AMP-CNC取代度(DS)的测定与计算
3.4.5 热重分析(TGA)
3.4.6 吸水率及润胀率
3.4.7 拉伸强度测试
3.4.8 质子传导率
3.4.9 离子交换当量
3.4.10 氧化稳定性
3.5 结果与讨论
3.5.1 AMP-CNC膜的图片和扫描电镜分析
3.5.2 改性膜的制备和表征
3.5.3 热力学性能
3.5.4 吸水率和润胀率
3.5.5 机械强度
3.5.6 质子传导率和离子交换当量
3.5.7 氧化稳定性
3.6 本章小结
第四章 2,6-二氨基嘌呤改性纳米纤维素质子交换膜的制备与性能研究
4.1 前言
4.2 实验原料及药品
4.3 实验仪器及设备
4.4 实验方法
4.4.1 2,6-二氨基嘌呤接枝纳米纤维素(DP-CNC)及膜的制备
4.4.2 氧化CNC掺杂的2,6-二氨基嘌呤基纳米纤维素复合膜的制备
4.4.3 扫描电子显微镜(SEM)分析
4.4.4 红外光谱分析仪(FT-IR)
4.4.5 固体13CNMR核磁共振分析
4.4.6 DP-CNC取代度(DS)的测定与计算
4.4.7 X射线衍射分析(XRD)
4.4.8 热重分析(TGA)
4.4.9 吸水率及润胀率
4.4.10 拉伸强度测试
4.4.11 质子传导率
4.4.12 离子交换当量(IEC)
4.4.13 氧化稳定性
4.4.14 甲醇透过率
4.5 结果与讨论
4.5.1 DP-CNC膜的图片和扫描电镜分析
4.5.2 改性膜的制备和表征
4.5.3 热力学性能
4.5.4 吸水率和润胀率
4.5.5 机械强度
4.5.6 质子传导率和离子交换当量
4.5.7 氧化稳定性
4.5.8 甲醇透过率
4.6 本章小结
结论与展望
论文主要结论
论文主要创新点
展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1](Urea)n（n=2～5）内分子间相互作用的理论化学研究[J]. 宫利东,郑胜男,卜聪明,刘翠,杨忠志. 辽宁师范大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]燃料电池技术发展及应用现状综述(上)[J]. 王吉华,居钰生,易正根,王凯. 现代车用动力. 2018(02)
[3]微晶纤维素研究进展[J]. 庞军浩,常江,王宇,涂晋源,吴浩冉,刘子惠. 化学工程师. 2017(09)
[4]氮杂环离子液体及其衍生物在高温质子交换膜中的应用研究进展[J]. 陈璐,张海宁. 化工进展. 2017(03)
[5]戊二醛改性交联壳聚糖纳米纤维膜负载钯催化剂的制备及其催化性能研究[J]. 王子宁,应婷婷,邵林军,水淼,齐陈泽. 浙江大学学报(理学版). 2017(01)
[6]微纤化纤维素及其制备技术的研究进展[J]. 高艳红,石瑜,田超,李群,刘玮哲. 化工进展. 2017(01)
[7]离子交联磺化聚（酰亚胺-苯并咪唑）质子交换膜的制备及性能[J]. 乐舟莹,蔡洋奔,徐世爱. 华东理工大学学报(自然科学版). 2016(04)
[8]双醛纳米晶纤维素的制备及其表征[J]. 黄日晋,杨志恒,程小娟,刘泽华. 天津科技大学学报. 2016(04)
[9]质子交换膜燃料电池应用现状及分析[J]. 王洪建,程健,张瑞云,王鹏杰,任永强,许世森. 热力发电. 2016(03)
[10]新型聚苯并咪唑树脂的微波合成及质子交换膜的性能[J]. 徐燕燕,于书平,韩克飞,于景华,朱红,汪中明. 高等学校化学学报. 2013(06)
博士论文
[1]含氟聚芳醚酮和聚芳醚砜的合成与表征及作为质子交换膜材料的性能研究[D]. 谢娟.东华大学 2013
硕士论文
[1]含腺嘌呤聚芳醚砜质子交换膜的制备与性能研究[D]. 徐逸轩.兰州大学 2017
[2]改性纤维素溶液流变性及交联凝胶过程流变动力学研究[D]. 朱仪玫.华东理工大学 2016
[3]氮掺杂层次多孔炭电极材料的制备及其特性研究[D]. 曾娟.湘潭大学 2016
[4]席夫碱的制备与结构表征[D]. 李科.安徽大学 2014
[5]含氮杂环系列含能材料的结构与性能研究[D]. 张宝荣.武汉理工大学 2010
[6]壳聚糖膜及其共混膜的制备和性能研究[D]. 姜福青.东华大学 2010
本文编号：3707115
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的
1.2 质子交换膜燃料电池
1.2.1 燃料电池简介
1.2.2 质子交换膜燃料电池的工作原理
1.2.3 质子传导材料的传导机理
1.2.4 质子交换膜的特点
1.3 纳米纤维素
1.3.1 纳米纤维素简介
1.3.2 纳米纤维素的制备方法
1.3.3 纳米纤维素的表面改性
1.3.4 纳米纤维素基质子交换膜的研究现状
1.4 含氮杂环化合物
1.4.1 含氮杂环化合物简介
1.4.2 氮杂环类质子交换膜
1.4.3 嘌呤类化合物
1.5 本文的设计思路和研究内容
第二章 腺嘌呤改性纳米纤维素质子交换膜的制备与性能研究
2.1 前言
2.2 实验原料及药品
2.3 实验仪器及设备
2.4 实验方法
2.4.1 纤维素纳米晶须(CNC)的制备
2.4.2 氧化纤维素纳米晶须的制备
2.4.3 腺嘌呤接枝纳米纤维素(A-CNC)及膜的制备
2.4.4 扫描电子显微镜(SEM)分析
2.4.5 醛基滴定
2.4.6 红外光谱分析(FT-IR)
2.4.7 A-CNC取代度(DS)的测定与计算
2.4.8 热重分析(TGA)
2.4.9 吸水率及润胀率
2.4.10 拉伸强度测试
2.4.11 质子传导率
2.4.12 离子交换当量(IEC)
2.4.13 氧化稳定性
2.5 结果与讨论
2.5.1 CNC和氧化CNC的扫描电镜分析
2.5.2 氧化CNC的醛基含量及氧化程度计算
2.5.3 膜图片及其扫描电镜分析
2.5.4 改性膜的制备和表征
2.5.5 热力学性能
2.5.6 吸水率和润胀率
2.5.7 机械强度
2.5.8 质子传导率和离子交换当量
2.5.9 氧化稳定性
2.6 本章小结
第三章 一磷酸腺苷改性纳米纤维素质子交换膜的制备与性能研究
3.1 前言
3.2 实验原料及药品
3.3 实验仪器及设备
3.4 实验方法
3.4.1 一磷酸腺苷接枝纳米纤维素(AMP-CNC)及膜的制备
3.4.2 扫描电子显微镜(SEM)分析
3.4.3 红外光谱分析(FT-IR)
3.4.4 AMP-CNC取代度(DS)的测定与计算
3.4.5 热重分析(TGA)
3.4.6 吸水率及润胀率
3.4.7 拉伸强度测试
3.4.8 质子传导率
3.4.9 离子交换当量
3.4.10 氧化稳定性
3.5 结果与讨论
3.5.1 AMP-CNC膜的图片和扫描电镜分析
3.5.2 改性膜的制备和表征
3.5.3 热力学性能
3.5.4 吸水率和润胀率
3.5.5 机械强度
3.5.6 质子传导率和离子交换当量
3.5.7 氧化稳定性
3.6 本章小结
第四章 2,6-二氨基嘌呤改性纳米纤维素质子交换膜的制备与性能研究
4.1 前言
4.2 实验原料及药品
4.3 实验仪器及设备
4.4 实验方法
4.4.1 2,6-二氨基嘌呤接枝纳米纤维素(DP-CNC)及膜的制备
4.4.2 氧化CNC掺杂的2,6-二氨基嘌呤基纳米纤维素复合膜的制备
4.4.3 扫描电子显微镜(SEM)分析
4.4.4 红外光谱分析仪(FT-IR)
4.4.5 固体13CNMR核磁共振分析
4.4.6 DP-CNC取代度(DS)的测定与计算
4.4.7 X射线衍射分析(XRD)
4.4.8 热重分析(TGA)
4.4.9 吸水率及润胀率
4.4.10 拉伸强度测试
4.4.11 质子传导率
4.4.12 离子交换当量(IEC)
4.4.13 氧化稳定性
4.4.14 甲醇透过率
4.5 结果与讨论
4.5.1 DP-CNC膜的图片和扫描电镜分析
4.5.2 改性膜的制备和表征
4.5.3 热力学性能
4.5.4 吸水率和润胀率
4.5.5 机械强度
4.5.6 质子传导率和离子交换当量
4.5.7 氧化稳定性
4.5.8 甲醇透过率
4.6 本章小结
结论与展望
论文主要结论
论文主要创新点
展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1](Urea)n（n=2～5）内分子间相互作用的理论化学研究[J]. 宫利东,郑胜男,卜聪明,刘翠,杨忠志. 辽宁师范大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]燃料电池技术发展及应用现状综述(上)[J]. 王吉华,居钰生,易正根,王凯. 现代车用动力. 2018(02)
[3]微晶纤维素研究进展[J]. 庞军浩,常江,王宇,涂晋源,吴浩冉,刘子惠. 化学工程师. 2017(09)
[4]氮杂环离子液体及其衍生物在高温质子交换膜中的应用研究进展[J]. 陈璐,张海宁. 化工进展. 2017(03)
[5]戊二醛改性交联壳聚糖纳米纤维膜负载钯催化剂的制备及其催化性能研究[J]. 王子宁,应婷婷,邵林军,水淼,齐陈泽. 浙江大学学报(理学版). 2017(01)
[6]微纤化纤维素及其制备技术的研究进展[J]. 高艳红,石瑜,田超,李群,刘玮哲. 化工进展. 2017(01)
[7]离子交联磺化聚（酰亚胺-苯并咪唑）质子交换膜的制备及性能[J]. 乐舟莹,蔡洋奔,徐世爱. 华东理工大学学报(自然科学版). 2016(04)
[8]双醛纳米晶纤维素的制备及其表征[J]. 黄日晋,杨志恒,程小娟,刘泽华. 天津科技大学学报. 2016(04)
[9]质子交换膜燃料电池应用现状及分析[J]. 王洪建,程健,张瑞云,王鹏杰,任永强,许世森. 热力发电. 2016(03)
[10]新型聚苯并咪唑树脂的微波合成及质子交换膜的性能[J]. 徐燕燕,于书平,韩克飞,于景华,朱红,汪中明. 高等学校化学学报. 2013(06)
博士论文
[1]含氟聚芳醚酮和聚芳醚砜的合成与表征及作为质子交换膜材料的性能研究[D]. 谢娟.东华大学 2013
硕士论文
[1]含腺嘌呤聚芳醚砜质子交换膜的制备与性能研究[D]. 徐逸轩.兰州大学 2017
[2]改性纤维素溶液流变性及交联凝胶过程流变动力学研究[D]. 朱仪玫.华东理工大学 2016
[3]氮掺杂层次多孔炭电极材料的制备及其特性研究[D]. 曾娟.湘潭大学 2016
[4]席夫碱的制备与结构表征[D]. 李科.安徽大学 2014
[5]含氮杂环系列含能材料的结构与性能研究[D]. 张宝荣.武汉理工大学 2010
[6]壳聚糖膜及其共混膜的制备和性能研究[D]. 姜福青.东华大学 2010
本文编号：3707115
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