咪唑基离子液体掺杂全氟磺酸复合膜的制备及表征
以国产全氟磺酸质子膜为基体，掺杂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([BMIM]BF4)，采用浸渍法制备了全氟磺酸复合膜。对离子液体进行了分析和表征，使用ATR-FTIR和质谱分析了其降解基团的分子结构，采用等温热重和非等温热重考察了离子液体的热稳定性能，采用动力学方法推导了该离子液体的热降解动力学。利用ATR-FTIR、DMA和TG-DTG技术对复合膜进行了表征，比较了溶剂对复合膜各项性能的影响;利用热失重法考察了复合膜的耐热性能，运用交流阻抗法考察了复合膜的质子传导率，使用等温热重推导了复合膜的热寿命方程，获得了复合膜可能的热降解动力学及其机理。 采用TGA技术研究了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（ILs）的热分解动力学，结果表明，不同方法获得的[BMIM]BF4热降解的平均表观活化能为105.6kJ/mol;在空气中等温试验显示，在300℃熟储10h后，质量损失为2.57％，表明此时离子液体基本稳定;红外分析显示，离子液体在1049 cm-1附近有特征吸收峰，在350℃热储存2h后，基团BF4-振动峰1058cm-1的强度下降36.7％，吸收峰的强度发生显著变化，可见在300～350℃区间，受空气及热的作用，[BMIM]BF4不稳定、BF4-首先解离。 合成了离子液体/三乙胺/全氟磺酸复合膜，热重结果表明，PFSA的热降解过程分为2个阶段，峰温分别出现在311～375℃和375～552℃区间内;以甲醇为介质制备的复合膜A只有一个分解阶段，峰温出现在405℃附近;以水为介质制备的复合膜B出现了三个分解阶段，分别出现在300～375℃、375～445℃和445～700℃之间。通过热重分析可知，离子液体复合膜的热分解温度及峰温向高温区偏移，同时以水为介质的复合膜偏移较甲醇介质大。 在ATR-FTIR图谱中，以甲醇为介质制备的复合膜A和以水为介质的复合膜B均较PFSA有显著变化。在波数为1052cm-1附近复合膜A出现了ILs的特征峰，表明PFSA与ILs发生了反应;在波数为1056cm-1附近，复合膜B也生成了ILs的特征峰，ILs亦与PFSA发生了作用。将20％ILs-TEA-PFSA复合膜B在空气介质中进行恒温试验，结果显示，260和300℃热储10h后，红外光谱无变化，说明复合膜B在该温度下较稳定。 使用三电极阻抗法测定了离子液体复合膜的质子电导率，当温度从30℃升至90℃时，含5、10、15和20(wt)％离子液体复合膜A的电导率在0.92×10-5～3.52×10-5S·cm-1区间内变化，复合膜B的电导率在0.59×10-5～2.38×10-5S·cm-1区间内，而PFSA的电导率在0.30×10-5～1.21×10-5S·cm-1区间内，复合膜较PFSA膜的电导率增大2～3倍，膜的电导率随温度的升高而增大;此外测定了-25～0℃时PFSA及复合膜B的电导率，由Arrhenius方程求解的复合膜A和复合膜B的活化能E分别为1.62～2.47kJ/mol和1.66～1.87k J/mol。 采用Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法、Starink法和Friedman法对复合膜B的非等温动力学进行了分析，获得了其热降解动力学参数及机理函数。
咪唑基离子液体;全氟磺酸质子膜;热稳定性;质子电导率;热降解动力学
安徽理工大学
硕士
化学工艺
鲁伊恒
2016
中文
TQ425.236
86
2016-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）