有機(jī)——無機(jī)雜化離子膜的制備及其燃料電池、擴(kuò)散滲析應(yīng)用性能研究.pdf

1、有機(jī)-無機(jī)雜化材料具有獨特的特性,特別是在微觀層次上結(jié)合有機(jī)和無機(jī)組分各自的優(yōu)勢,有望彌補(bǔ)單一材料的一些難以克服的缺陷,所以近年來得到快速發(fā)展。將有機(jī)-無機(jī)雜化材料用于離子膜,可以賦予膜高的機(jī)械、化學(xué)和熱力學(xué)穩(wěn)定性,同時還能促使膜出現(xiàn)新的協(xié)同性能,如改善的電學(xué)性能、滲透性和選擇性、離子傳導(dǎo)性等,從而適應(yīng)更多的應(yīng)用范圍,如燃料電池、擴(kuò)散滲析及電滲析、化學(xué)傳感器、重金屬與生物大分子吸附分離以及滲透汽化等很多方面。
　　 本論文利用溶

2、膠-凝膠(sol-gel)、共混等方法,制備了幾種有機(jī)一無機(jī)雜化離子膜,并測試了膜在燃料電池、擴(kuò)散滲析方面的應(yīng)用性能,主要的過程和一些重要數(shù)據(jù)如下:
　　 一、利用過氧化氫(H2O2)氧化巰丙基三甲氧基硅烷(MPTS)得到磺酸基一丙基三甲氧基硅烷(SMPTS),隨后在磺化聚醚砜(SPES)溶液中進(jìn)行原位sol—gel反應(yīng)。結(jié)果表明,合適含量SMPTS制備的雜化膜具有更高的離子交換容量、親水性、機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性及質(zhì)子電導(dǎo)率,證

3、明SMPTS是一種制備質(zhì)子電導(dǎo)膜的有效改性劑。當(dāng)SMPTS含量為5-20％時,雜化膜的離子交換容量為1.34-1.50 mmol-g-1,初始熱分解溫度為264-316℃,質(zhì)子電導(dǎo)率為0.0015-0.0102 S·cm-1,在燃料電池方向有潛在的應(yīng)用價值。
　　 二、利用有機(jī)高分子聚合物溴化聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)(BPPO)與γ-胺丙基三乙氧基硅烷(Al100)以及二甲胺水溶液反應(yīng),再與聚合物磺化聚(2,6-二甲基

4、-1,4-苯醚)(SPPO)共混,通過sol-gel反應(yīng),制備酸一堿對雜化膜。該膜具有較高的穩(wěn)定性(熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性)、離子交換容量以及質(zhì)子電導(dǎo)率。合適含量的Al100制備的膜的離子交換容量值為1.47 mmol·g-1、水含量為22％、拉伸強(qiáng)度為47.0 MPa,斷裂伸長率為37％,質(zhì)子傳導(dǎo)率為0.027 S·cm-1。
　　 三、利用聚(乙烯基芐氯-γ-甲基丙烯酰三甲氧基硅烷)(poly(VBC-co-γ-MPS))與磺

5、化聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)(SPPO)共混,通過sol-gel反應(yīng)制備應(yīng)用于擴(kuò)散滲析的雜化陽離子膜。此系列雜化膜具有高的熱穩(wěn)定性,初始熱分解溫度范圍為233-245℃；良好的機(jī)械性能,拉伸強(qiáng)度范圍為23-41 MPa,伸長率為11％-50％；高的離子交換容量,為1.29-2.28 mmol·g-1。隨著共聚物含量的增加,抑制了膜的溶脹率。且測試了膜對NaOH和Na2WO4混合溶液的擴(kuò)散滲析(DD)效果。在25℃時,雜化膜的分離