磺化聚芳醚質(zhì)子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、本論文從分子設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，使用價(jià)廉易得的化工原料，合成了5種磺化聚芳醚材料，用流延法制備了多種質(zhì)子交換膜，并對(duì)其性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，這些質(zhì)子交換膜有潛力成為價(jià)格昂貴的全氟磺酸膜的代替品，其具體內(nèi)容表述如下： 以4，4'-二氟苯甲酮、磺化4，4'-二氟苯甲酮以及雙酚芴為原料合成了主鏈含有磺酸基團(tuán)的聚芴醚酮SPFEK；以三苯甲烷雙酚單體、十氟聯(lián)苯為原料合成了聚芳醚，進(jìn)而用氯磺酸在二氯甲烷中進(jìn)行磺化制備了側(cè)鏈含有磺酸基團(tuán)的磺化

2、聚芳醚材料SPAE。用流延法制得了質(zhì)子交換膜，并對(duì)其性能進(jìn)行表征。這兩類膜都表現(xiàn)出優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性能、機(jī)械性能和質(zhì)子電導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)引入雙酚芴單體或者將磺酸基團(tuán)引入到側(cè)鏈上均可極大的提高膜的氧化穩(wěn)定性，且側(cè)鏈含有磺酸基團(tuán)的SPAE質(zhì)子交換膜表現(xiàn)出比Nafion(R)115還要好的電池性能。 以磺化4，4'-二氟苯甲酮、2，6-二氟苯腈、雙酚芴為原料，合成了離子交換容量從1.47×10-3mol/g增加到2.71x10-3mol/g的一

3、系列含腈基的磺化聚芳醚a(bǔ)～f，用流延法制得了質(zhì)子交換膜，并對(duì)其性能進(jìn)行表征。a～f都具有很好機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性以及質(zhì)子電導(dǎo)率。其中a～d具有低的吸水率及氧化穩(wěn)定性，并表現(xiàn)出優(yōu)異的電池性能。 以2,2'，3，3’，5，5’—六苯基—4，4’—羥基聯(lián)苯和4，4’—二氟苯甲酮為原料通過縮合反應(yīng)分別制得側(cè)鏈含12個(gè)苯環(huán)和側(cè)鏈含18個(gè)苯環(huán)的雙酚單體。 分別將2，2'，3，3'，5，5'—六苯基—4，4'—二羥基聯(lián)苯、側(cè)鏈含12個(gè)苯

4、環(huán)的雙酚單體、側(cè)鏈含18個(gè)苯環(huán)的雙酚單體與4，4'—二氟苯甲酮和4，4'—二羥基二苯砜進(jìn)行縮聚反應(yīng)，制備了側(cè)鏈含6、12、18個(gè)苯環(huán)的3類聚芳醚酮砜，用氯磺酸在二氯甲烷中進(jìn)行磺化制備了側(cè)鏈含6、12、18個(gè)磺酸基團(tuán)離子簇的3類磺化聚芳醚酮砜，用流延法制得了質(zhì)子交換膜，并對(duì)其性能進(jìn)行表征。 以2，2'，3，3'，5，5'—六苯基—4，4'—二羥基聯(lián)苯、4，4'.二氟苯甲酮、4，4'—二羥基二苯砜為原料，通過一鍋兩步法合成了側(cè)鏈同時(shí)

5、含6、12、18等多個(gè)苯環(huán)的聚芳醚酮砜，用氯磺酸在二氯甲烷中進(jìn)行磺化，得到多親水嵌段的磺化聚芳醚酮砜，用流延法制得了質(zhì)子交換膜，并對(duì)其性能進(jìn)行表征。 以上合成的4個(gè)系列的磺化聚芳醚酮砜的設(shè)計(jì)IEC值均為1.16×10-3mol/g，1.44×10-3mol/g和1.69×10-3mol/g，考察了分子結(jié)構(gòu)、IEC值和膜的微觀形態(tài)對(duì)其性能的影響。 側(cè)鏈含6、12或18個(gè)磺酸基團(tuán)離子簇的磺化聚芳醚酮砜中，隨著離子簇中磺酸基團(tuán)