全氟磺酸质子交换膜的改性与应用研究
全氟磺酸离子膜是一种具有选择透过性的离子交换膜,它性能优异,除了耐氧化性、机械强度大、热稳定性好以外,低电阻和选择性高也是其突出特点,因此不仅被应用于质子膜燃料电池,而且还被广泛应用于氯碱工业、电解去离子水制备氢气和氧气、电吸附脱盐、海水淡化以及污水处理等方面。因此,对国产全氟磺酸膜的开发和改性研究,以及对其各方面的应用价值的探讨就显得格外重要,具有十分重要的研究意义。
本文利用国产全氟磺酸树脂,通过流延成型工艺制备了全氟磺酸质子交换膜,并且采用不同网格密度的PTFE作为增强体制备复合磺酸膜,改善了膜表面因吸水溶胀收缩率过大而引起的凸凹不平的现象,从而有效的防止了其电解应用过程中对极距的影响；采用全氟磺酸膜的回收液制备复合质子膜,有利于资源的可持续利用,并且进一步降低了生产成本。
本文利用苯酚-甲醛体系的炭气凝胶对自制全氟磺酸离子交换膜进行改性,考察了炭气凝胶孔径以及添加量对改性效果的影响,并将其应用于电吸附脱盐以及电解食盐水,分析了其脱盐效果和电解效率。结果表明,采用平均孔径为9.76nm,比表面积为590m2／g,且添加量为2％的中孔炭气凝胶改性后的全氟磺酸质子交换膜,在含水率稍微降低的同时,降低了溶胀度,提高了全氟磺酸质子交换膜的保水性能以及电导率；并且应用于电吸附脱盐过程效果明显,具有一定的应用前景。
本文采用含pt量为40％的碳载铂作为电催化剂,通过改变催化剂负载方法,研究了应用于电解水制氢的膜电极的制备工艺及性能,分析比较了不同催化剂负载方法制备的离子膜在电解水制氢中的电解效率,以及催化剂的添加量对电解电性能的影响。结果表明,电催化剂添加量为0.36mg／cm2,采用二次流延成型工艺,将电催化剂与树脂以包埋的形式制备的质子交换膜应用于电解水制氢时,电解效率较高,最高产氢速率可达到1.50ml／min／cm2。
全氟磺酸质子交换膜;电化学性能;改性处理;炭气凝胶;保水性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
李培金
2011
中文
TQ425.236
98
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）