SPEEK-Na-X沸石復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備及性能研究.pdf

1、當(dāng)前，世界各國都在大力研發(fā)可再生能源。質(zhì)子交換膜燃料電池因能量轉(zhuǎn)化效率高、無污染、燃料來源廣等優(yōu)點(diǎn)倍受各國研究者的青睞。質(zhì)子交換膜燃料電池的研究核心是質(zhì)子交換膜，商業(yè)化的全氟磺酸質(zhì)子交換膜存在制備成本高、阻醇性能差、工作溫度低等缺陷。相反，磺化聚醚醚酮膜（SPEEK）在制備成本、阻醇性能及熱穩(wěn)定性上具有明顯的優(yōu)勢，有望取代全氟磺酸質(zhì)子交換膜的使用。但 SPEEK的導(dǎo)電性、吸水性及機(jī)械強(qiáng)度等仍待進(jìn)行一步提高。在SPEEK膜內(nèi)摻雜無機(jī)粒子改

2、善 SPEEK膜的性能是一種有效的手段。沸石作為一種多孔材料，具有比表面積高、吸水性好和離子交換容量強(qiáng)等特點(diǎn)，是一種最具潛力的無機(jī)填充粒子。
　　基于沸石優(yōu)異的性能，本論文探討不同尺寸和不同摻雜量的Na-X沸石對SPEEK性能的影響。首先，本論文采用后磺化法，以濃硫酸為磺化劑，固定磺化反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度，對PEEK進(jìn)行多次磺化，成功制得了SPEEK，并通過FTIR確認(rèn)了SPEEK中磺酸基團(tuán)的存在。其次，以硅酸鈉和正硅酸乙酯為硅源，

3、以氫氧化鋁為鋁源，成功合成了亞微米級和納米級 Na-X沸石，并對沸石的比表面積、形貌及熱穩(wěn)定性等進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明 Na-X沸石具有比表面積大、吸水性好、熱穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
　　基于制備的SPEEK和Na-X沸石，本論文以二甲基乙酰胺為有機(jī)溶劑，合成了空白SPEEK膜和SPEEK/Na-X沸石復(fù)合質(zhì)子交換膜，并對膜的斷面形貌、熱穩(wěn)定性、離子交換容量、吸水性、阻醇性、質(zhì)子導(dǎo)電性等進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明：第一，摻雜適量的Na-

4、X沸石，沸石在SPEEK膜內(nèi)分布均勻，摻雜過量Na-X沸石，沸石在SPEEK膜內(nèi)團(tuán)聚和沉積；第二，摻雜Na-X沸石后， SPEEK膜的熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，工作溫度升高；第三，摻雜適量的Na-X沸石，SPEEK膜的阻醇性和離子交換容量增強(qiáng)，納米Na-X沸石比亞微米Na-X沸石具有更好的效果；第四，摻雜適量Na-X沸石，SPEEK膜的吸水性和質(zhì)子導(dǎo)電性增加，亞微米Na-X沸石較納米Na-X沸石具有更顯著的效果。
　　總結(jié)測試結(jié)果，Na-X沸