磺化聚醚醚酮質(zhì)子交換膜的制備及其性能研究.pdf

1、固體聚合物電解質(zhì)(SPE)水電解技術(shù)，因其具有高效率、無污染等特點，在能源、環(huán)保等方面具有非常廣泛的用途和發(fā)展前景。其中，質(zhì)子交換膜的制備研究，對SPE水電解的技術(shù)進(jìn)步具有很好的推動作用。
　　采用氯磺酸(Cl-SO3H)磺化法進(jìn)行了磺化聚醚醚酮(SPEEK)的合成研究，研究了體系的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間，以及Cl-SO3H與PEEK的摩爾比等因素對SPEEK磺化度的影響;優(yōu)化的合成SPEEK條件為:反應(yīng)溫度為25℃，反應(yīng)時間為8h，

2、Cl-SO3H與PEEK的摩爾比為1.2∶1，產(chǎn)物磺化度為58％。利用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀(FT-IR)、熱重分析儀(TGA)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)和交流阻抗(EIS)，以及溶解法、干濕稱重法、芬頓法等對制得的SPEEK產(chǎn)物、SPEEK膜材進(jìn)行了測試分析;結(jié)果表明:將磺酸基團(tuán)成功的引入到SPEEK側(cè)鏈上，改性后的SPEEK具有良好的熱穩(wěn)定性，在N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺

3、(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)等溶劑中皆具有較好的溶解性及成膜性;SPEEK膜具有較好的吸水率、尺寸穩(wěn)定性，以及抗氧化穩(wěn)定性;SPEEK膜的斷面結(jié)構(gòu)致密，并且膜表面具有較好的表面光潔度，在1×1μm2的掃描范圍內(nèi)膜的均方根粗糙度達(dá)1.66nm;SPEEK膜基本上屬于無定形聚合物，結(jié)晶度僅為0.50％;磺化度58％的SPEEK膜的質(zhì)子電導(dǎo)率達(dá)0.05S·cm-1。
　　采用不同分子量、摻量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，進(jìn)

4、行了SPEEK/PVP復(fù)合膜材的制備研究。采用FT-IR、TGA、SEM和EIS，以及干濕稱重法、芬頓法等對SPEEK/PVP復(fù)合膜材進(jìn)行了測試分析;SPEEK/PVP復(fù)合膜圖譜中含有PVP明顯的特征吸收峰，同時復(fù)合膜具有良好的熱穩(wěn)定性;當(dāng)SPEEK與PVP的質(zhì)量比為1∶1時，制得的復(fù)合膜橫斷面結(jié)構(gòu)更致密;SPEEK/PVP復(fù)合膜具有良好的吸水率、尺寸穩(wěn)定性及抗氧化穩(wěn)定性;復(fù)合膜的質(zhì)子電導(dǎo)率為0.06S·cm-1，更加接近Nafion1

5、17膜。通過引入適量的PVP，SPEEK基膜的綜合性能進(jìn)一步提高，尤其是復(fù)合膜的尺寸穩(wěn)定性和抗氧化穩(wěn)定性相比較于單一SPEEK膜具有明顯的優(yōu)勢，并且與Nafion117膜相當(dāng)。復(fù)合膜中PVP的作用機理分析表明:PVP與SPEEK具有很好的相容性，PVP對成膜有增穩(wěn)作用，且有利于提高膜材的吸水性與質(zhì)子電導(dǎo)率。
　　本文成功制備了SPEEK、SPEEK/PVP膜材，它們均具有良好的使用性能及一定的實用價值。此外，SPEEK/PVP復(fù)合