聚砜基氫氧根離子交換膜制備及性能.pdf

1、陰離子交換膜是氫氧燃料電池的核心部件，研發(fā)高離子傳導率、優(yōu)良化學、機械性能的高性能陰離子交換膜成為現(xiàn)階段氫氧燃料電池研究的重點?，F(xiàn)有研究思路主要集中在設計聚合物主鏈及堿性功能基團側鏈兩個方面，如功能化單體聚合形成嵌段聚合物以及強堿性、穩(wěn)定性好的堿性功能基團的改性研究。本文以性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料聚砜為主鏈，提出三甲胺均相季銨化，以及烏洛托品、長支鏈醚鍵咪唑作為新型堿性功能基團的方法，制備性能優(yōu)良的聚砜基陰離子交換膜。
　　針對非

2、均相法制備的陰離子交換膜反應不均勻、離子傳導率不高的問題，開發(fā)混合溶劑，實現(xiàn)氯甲基化聚砜與三甲胺的均相季銨化反應，成功制備了一系列三甲胺聚砜陰離子交換膜。均相法和非均相法制備的膜，離子交換容量分別可達到0.52-1.13 mmol g-1和0.56-1.28 mmol g-1。與非均相膜相比，均相季銨化膜中季銨基團更多（離子交換容量，IEC約增加10％），膜的含水量約提高8.8％，氫氧根傳導率的提高程度遠大于離子交換容量和含水量的提高程

3、度，常溫下離子傳導率最大可提高29.3％，透射電鏡(TEM)顯示均相法制備的膜具有更好的微觀相分離結構。
　　盡管均相法制備聚砜膜電導率有一定程度提高，但沒能解決提高季銨基團數(shù)量造成過度溶脹和高溫強堿下降解問題。針對上述問題，選用含有四個氮、金剛烷結構的烏洛托品作為新的季銨化試劑，成功合成烏洛托品季銨化聚砜陰離子交換膜(CPSF-QuOH)，通過核磁共振確定了季銨化程度及交聯(lián)度。CPSF-QuOH膜的離子交換容量從1.39-2.2

4、3mmol g-1，交聯(lián)度在15-26％，水吸收率和溶脹度分別保持在30％和20％以下，30℃時離子傳導率從18.2 mS cm-1增大到40 mS cm-1，表明CPSF-QuOH膜具有較高的氫氧根離子傳導率和良好的機械穩(wěn)定性。CPSF-QuOH膜初始分解溫度高達204℃，具有良好的熱穩(wěn)定性;60℃下1M KOH強堿溶液中浸泡7天，離子傳導率衰減很?。ㄗ畲笏p14.4％），測試證明具有很好的化學穩(wěn)定性。
　　為進一步提高陰離子交

5、換膜的穩(wěn)定性，首先合成氯化1-（2-羥乙基）-3-甲基咪唑鎓鹽為季銨化試劑，然后通過威廉姆森成醚反應，成功合成了醚鍵接枝咪唑鎓化聚砜(EPSF-ImCl)，進而澆鑄成膜，制備了理論IEC為1.37-1.95mmol g-1的EPSF-ImOH膜。20℃時，EPSF-ImOH1.22（理論IEC為1.95mmol g-1）的氫氧根離子傳導率達到27.4 mScm-1，60℃時升高到72 mS cm-1。EPSF-ImOH膜初始分解溫度16