季銨化聚砜氫氧根離子交換膜的制備與性能.pdf

1、氫氧根離子交換膜燃料電池在堿性環(huán)境下工作，與質(zhì)子交換膜燃料電池相比，具有氧化反應(yīng)速率高、燃料滲透率低、制備成本低等優(yōu)點，但是其功率密度仍不能達(dá)到工業(yè)化的要求，其主要原因是其核心部件氫氧根交換膜的離子傳導(dǎo)率較低。因此，制備具有高氫氧根傳導(dǎo)性的氫氧根交換膜是該領(lǐng)域的研究熱點之一。聚醚砜(PES)是一種性能優(yōu)良的高分子材料，本文對PES進(jìn)行功能化改性，制備氫氧根離子交換膜。主要研究內(nèi)容包括：
　　⑴以濃硫酸為溶劑，高效無毒的氯甲基辛基醚

2、(CMOE)為氯甲基化試劑，對PES進(jìn)行氯甲基化改性，成功制備出氯甲基化聚醚砜(CMPES)。通過實驗，確定了適宜的反應(yīng)條件:PES∶ H2SO4∶ CMOE=4g∶40mL∶16mL，反應(yīng)溫度0℃（冰?。?。通過改變反應(yīng)時間，實現(xiàn)了對CMPES的可控制備，氯甲基取代度(DC)范圍19％-64％。
　　⑵通過溶液澆鑄法先制備了CMPES膜，而后依次浸泡在三甲胺水溶液和KOH溶液中使其季銨化和堿化，制備出PES-QAOH膜并對系列膜的

3、性能進(jìn)行測試。結(jié)果表明，膜的離子交換容量(IEC)、吸水率、溶脹度及氫氧根傳導(dǎo)率都隨著DC和溫度的提高而增大。隨著DC從27％提高到56％，IECm從0.46mmol/g升高到1.03mmol/g,20℃時的氫氧根傳導(dǎo)率最高達(dá)到了22.1 mS/cm。PES-QaOH膜的初始分解溫度120℃，具有足夠的熱穩(wěn)定性。
　?、鞘褂?-甲基咪唑與CMPES均相季銨化反應(yīng)制備PES-ImOH膜。PES-ImOH膜的IEC等性能也隨著DC和溫

4、度的提高而增大。隨著DC從43％提高到64％，IECm從1.18mmol/g升高到1.70mmol/g。由于均相季銨化反應(yīng)提高了IECm，即離子基團(tuán)增多，20℃時PES-ImOH膜的氫氧根傳導(dǎo)率比PES-QaOH膜有所提高，最高達(dá)到了33.8 mS/cm。PES-ImOH膜的熱分解溫度在180℃，熱穩(wěn)定性高于PES-QaOH膜。
　?、葹檫M(jìn)一步提高膜的性能，選用堿性較強(qiáng)的1，4-二氮雜二環(huán)[2.2.2]辛烷(DABCO)與CMPE