新型陽離子交換膜的制備、表征及其應(yīng)用.pdf

1、離子交換膜作為一種對離子具有選擇性通過的高分子材料，由于在制備和應(yīng)用過程中具有環(huán)保無污染、高效節(jié)能、易形成模塊等優(yōu)點，近年來受到了許多的關(guān)注。在過去數(shù)十年間，離子交換膜技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于電滲析、擴(kuò)散滲析、氯堿工業(yè)以及燃料電池等領(lǐng)域。但是由于離子交換膜存在價格昂貴、耐受性差，膜污染嚴(yán)重等問題，使得它的發(fā)展大大受限。因此，開發(fā)出化學(xué)穩(wěn)定性好，價格低廉，溶脹度低并且具有高的離子交換容量的膜對陽離子交換膜的商業(yè)化進(jìn)展以及應(yīng)用具有重要的意義。

2、同陰離子交換膜相比，陽離子交換膜受到了更多的關(guān)注。因為陽離子交換膜不管在膜分離過程和能量轉(zhuǎn)換過程中都表現(xiàn)出非常明顯的優(yōu)勢，具有不可替代的地位。目前，應(yīng)用最廣泛的陽離子交換膜是杜邦公司生產(chǎn)的全氟磺酸膜(Nation(@))，但是價格昂貴、燃料透過率高、抗氧化性能差等缺點又限制了Nation(@)膜的應(yīng)用與發(fā)展。因此，本文旨在合成綜合性能優(yōu)異的陽離子交換膜以替代全氟磺酸膜并將之應(yīng)用在兩種綠色環(huán)保的離子交換膜過程:擴(kuò)散滲析和質(zhì)子交換膜燃料電池

3、。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴多功能基團(tuán)雜化陽離子交換膜用于擴(kuò)散滲析:首先，用磺化聚苯醚(SPPO)溶液作為阻礙凝膠的稀釋劑合成了SPPO和多硅共聚物poly(AA-co-γ-MPS)的均一混合物。再將這種共混物同PVA進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)，生成一些列含磺酸基、羧基和羥基的陽離子交換膜，并將這種膜用于擴(kuò)散滲析堿回收。強(qiáng)酸性的磺酸基有利于鈉離子的傳導(dǎo)，而羧基和PVA上面的羥基可以提高膜的親水性，同時可以和水在膜表面形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，加快O

4、H-的傳導(dǎo)。多功能基團(tuán)雜化陽離子交換膜對氫氧化鈉的滲析系數(shù)在0.0075到0.032 m/h，要高于許多許多商業(yè)膜。此外，多硅聚合物的加入也增加了膜的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。⑵側(cè)鏈磺酸型聚苯并咪唑膜用于質(zhì)子交換膜燃料電池:在伊頓試劑的催化下，利用一鍋煮的方法合成了一些列側(cè)鏈含有磺酸基團(tuán)，主鏈含有聚苯并咪唑基團(tuán)的陽離子交換膜。通過改變磺酸單體和四胺單體的投料比，可以方便的控制膜的磺化度。這種側(cè)鏈磺酸型聚苯并咪唑膜具有很好的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性

5、。其中，SPEKEBI-4的質(zhì)子電導(dǎo)率可以在室溫下達(dá)到136 mS cm-1，大大的高于Nation(@)115膜的質(zhì)子電導(dǎo)率。由于主鏈的苯并咪唑單元可以同側(cè)鏈的磺酸基團(tuán)形成酸堿對，該陽離子交換膜的甲醇滲透率也相對較低。此外，該膜的單池性能也要優(yōu)于Nation膜，最高電流密度能在室溫下達(dá)到39.3 mW cm-2，說明這種膜能夠被潛在的應(yīng)用于聚合物電解質(zhì)膜燃料電池中。⑶硅烷交聯(lián)型陽離子交換膜的設(shè)計與制備:在高磺化度的SPEKEBI膜中引