接枝冠醚类聚磷腈阴离子交换膜的制备与性能研究
碱性阴离子交换膜作为碱性燃料电池的核心部件之一，在燃料电池运转过程中起着传输氢氧根离子、阻隔燃料与氧化剂直接接触的作用。目前，绝大部分的阴离子交换膜都包含有季铵盐、季磷盐或者咪唑鎓等阳离子。这几类阴离子交换膜由于其自身结构的缺陷，存在着耐碱性较差和离子传导率较低的缺点，因此通过寻找其他阳离子基团，提高阴离子交换膜的离子传导率和耐碱性很有必要。 本论文利用聚二氯磷腈高分子极易化学修饰且可负载官能团密度较高的特点以及冠醚结构对金属阳离子具有强烈络合能力的优势，制备并表征了三个系列负载氮杂18-冠-6(PACE)单元或羟甲基18-冠-6(HCME)单元的新型聚磷腈碱性膜。通过将所有的膜材料浸泡在30℃2M的KOH碱液中达800h，发现相应的离子传导率和离子交换容量基本没有显著变化，显示出优异的碱稳定性。主要结果如下: 1、接枝羟甲基18-冠-6聚磷腈系列阴离子交换膜的制备。以丙三醇和五甘醇为原料，通过经典的Williamson醚合成法，合成了HCME冠醚。以聚二氯磷腈大分子作为聚合物骨架，通过亲核取代反应将HCME和正戊醇接枝到聚二氯磷腈骨架上，经碱化后得到负载HCME聚磷腈阴离子交换膜PHCME-POH-x。结果发现接枝HCME比例为45％的PHCME-POH-45在25℃时的离子交换容量为1.53mmol/g，在80℃时的离子传导率为40.6mS cm-1。 2、接枝氮杂羟乙基18-冠-6聚磷腈系列阴离子交换膜的制备。以三乙醇胺和四甘醇为原料，通过四步反应合成了PACE冠醚。以聚二氯磷腈大分子作为聚合物骨架，通过亲核取代反应将PACE和正戊醇接枝到聚二氯磷腈骨架上，经碱化后得到负载PACE聚磷腈阴离子交换膜PPACE-POH-x。结果发现接枝PACE比例为45％的PPACE-POH-45在25℃时的离子交换容量为1.32mmol/g，在80℃时的离子传导率为42.6mS cm-1。 3、接枝氮杂羟乙基18-冠-6聚磷腈聚合物与PVA共混膜的制备。为了提高阴离子交换膜的离子传导率和机械性能，将完全负载PACE冠醚单元的聚磷腈聚合物固体PPACEP与PVA共混，经与戊二醛交联，碱化后，得到一系列的PPACEP-PVA复合膜。优化出PPACEP冠醚聚合物在体系中所占比例达到40％时复合膜综合性能最佳，在80℃下PPACEP-PVA-40％的OH-离子传导率为79.6mS cm-1，显示出良好的应用前景。
阴离子交换膜;聚二氯磷腈;冠醚结构;离子传导率;离子交换容量;碱稳定性
北京化工大学
硕士
化学
汪中明
2017
中文
TM242;TQ425.236
102
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）