臭氧處理改性制備親水性PVDF離子交換膜的研究.pdf

1、西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文臭氧處理改性制備親水性PVDF離子交換膜的研究專業(yè)：環(huán)境科學(xué)與工程碩士生：顏明姣指導(dǎo)老師：王磊教授摘要微生物燃料電池（MFC）是新一代的發(fā)電裝置，其利用微生物氧化分解裝置中的有機(jī)化合物并同時(shí)產(chǎn)生電流，具有綠色環(huán)保、實(shí)現(xiàn)能源循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，是研究者重點(diǎn)研究課題之一。離子交換膜作為MFC系統(tǒng)中的主要部分之一，起著傳導(dǎo)質(zhì)子的重要作用，其性能優(yōu)劣直接影響MFC整體性能高低。目前研究中采用最多的是Nafion全氟磺酸系

2、列離子交換膜，該膜質(zhì)子傳導(dǎo)率較高，性能穩(wěn)定，但其制作工藝復(fù)雜，成本較高，一定程度上限制了其發(fā)展。本研究中通過改性聚偏氟乙烯（PVDF），制備離子交換膜，并將其應(yīng)用于MFC中，與N117膜進(jìn)行性能對(duì)比。本文利用臭氧的強(qiáng)氧化性，對(duì)溶解于N甲基2吡咯烷酮（NMP）中的PVDF溶液進(jìn)行預(yù)處理，使其分子鏈產(chǎn)生活性過氧基團(tuán)，然后加入引發(fā)劑過氧化苯甲酰（BPO）和溶解于二甲基亞砜（DMSO）中的對(duì)苯乙烯磺酸鈉（SSS）溶液，通過熱引發(fā)接枝的方法制得聚

3、合物（PVDFgSSS），最后采用溶劑揮發(fā)法制備改性后PVDF膜（PS膜）。利用紅外光譜（FTIR）、掃描電鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）和X射線光電子能譜儀（XPS）對(duì)接枝前后PVDF的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，F(xiàn)TIR分析顯示，在1668cm1處出現(xiàn)了C=C的特征吸收峰，1009cm1處出現(xiàn)了磺酸基的特征吸收峰；SEM觀測(cè)到接枝后膜的表面微孔孔徑變小，密度增大，結(jié)構(gòu)更加均勻致密；XRD分析表明接枝前后PVDF的晶型形態(tài)沒有發(fā)生變化，但晶體

4、結(jié)構(gòu)由有序向無(wú)序發(fā)生轉(zhuǎn)變；XPS分析發(fā)現(xiàn)接枝后膜的表面增加了S和O元素；以上分析都直接或間接證明SSS成功接枝到PVDF分子鏈上。本文同時(shí)考察了SSS單體用量對(duì)PS膜的離子交換容量（IEC）、接枝率、電導(dǎo)率、表面接觸角、含水率、溶脹率以及機(jī)械強(qiáng)度等性能的影響，綜合各方面考慮，最終確定當(dāng)PVDFSSS的比例為15時(shí)，PS膜性能最優(yōu)，此時(shí)IEC為2.5mmolg，電導(dǎo)率為0.046scm。本課題將自制PS膜與N117膜同時(shí)放置于兩個(gè)條件完全