共振離子型聚砜陰離子交換膜的制備及性能.pdf

1、碩士學(xué)位論文共振離子型聚砜陰離子交換膜的制備及性能PreparationandCharacterizationofPolysuifoneAnionExchangeMembraneswithResonantIonicGroups學(xué)號(hào)：21326030大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)因在堿性環(huán)境下電極反應(yīng)速率快、可采用低鉑含量或非鉑催化劑、低燃

2、料滲透率等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛關(guān)注。但是陰離子交換膜(AEM)具有離子電導(dǎo)率低，化學(xué)穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約著AEMFC的發(fā)展，故對(duì)陰離子膜的改性成為研究熱點(diǎn)。已有研究認(rèn)為咪唑鹽和胍鹽型堿性膜因離子交換基團(tuán)的強(qiáng)堿性和共軛結(jié)構(gòu)而具有電導(dǎo)性和化學(xué)穩(wěn)定性的雙重優(yōu)勢(shì)，受此啟發(fā)，本論文主要針對(duì)堿性膜堿定性差的問(wèn)題，從構(gòu)建共振型離子基團(tuán)的角度出發(fā)，通過(guò)改變離子基團(tuán)的共振結(jié)構(gòu)，探究離子基共振效應(yīng)對(duì)膜化學(xué)穩(wěn)定性的影響。主要內(nèi)容如下：首先，在咪唑分子上引入胍型結(jié)

3、構(gòu)，合成具有雙重共振結(jié)構(gòu)的胍基咪唑，以聚砜為主鏈，同時(shí)采用1甲基瞇唑?yàn)閰f(xié)同離子化試劑來(lái)調(diào)控膜的交聯(lián)度，制備胍基咪唑聚砜陰離子交換(PSfMImGImOH)膜。在離子交換容量相當(dāng)?shù)臈l件下，PSfMImGImOH膜與咪唑膜(PSfMIIIl0H)具有相當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率(148和160mScm以)，但溶脹度(23％)明顯低于PSf二MIIll0H膜(38％)。比較二者的耐堿性能，3MNaOH溶液室溫下浸泡10天之后，PSfMhnGImOH膜的電導(dǎo)率

4、保持不變，15天之后的電導(dǎo)率保持率為73％，而PSf二MImOH膜的電導(dǎo)率降低至27％，說(shuō)明雙共振效應(yīng)能夠明顯增強(qiáng)膜的堿穩(wěn)定性。其次，在咪唑分子上引入苯環(huán)結(jié)構(gòu)，合成具有增強(qiáng)共振結(jié)構(gòu)的l一丁基2甲基苯并咪唑(BuBIm)，制備苯并咪唑聚砜陰離子交換(PSfBInlOH)膜。該膜在1MNaOH溶液60℃下處理24小時(shí)后電導(dǎo)率的保持率為77％，PSfMImOH膜相同條件處理相同時(shí)間后電導(dǎo)率降低至39％，說(shuō)明增強(qiáng)共振效應(yīng)增強(qiáng)了膜的堿穩(wěn)定性。再次

5、，利用1乙烯基咪唑(VIm)制備乙烯基咪唑聚砜陰離子交換(PSfVhll0H)膜作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)。PSfVImOH膜在lMNaOH溶液60℃下處理24小時(shí)后電導(dǎo)率降低至34％，低于PSfMImOH膜的39％。1乙烯基咪唑中的碳碳雙鍵相對(duì)于咪唑有吸電子效應(yīng)，增大了陽(yáng)離子基團(tuán)上的電荷密度，影響了PSfBImOH膜的堿穩(wěn)定性，側(cè)面證實(shí)了增強(qiáng)共振提高膜耐堿性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。最后，為了深入研究功能基團(tuán)的堿穩(wěn)定性，本文利用密度泛函理論計(jì)算并比較了[OIm