共振離子型聚砜陰離子交換膜的制備及性能.pdf

1、碩士學位論文共振離子型聚砜陰離子交換膜的制備及性能PreparationandCharacterizationofPolysuifoneAnionExchangeMembraneswithResonantIonicGroups學號：21326030大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學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)點得到廣泛關注。但是陰離子交換膜(AEM)具有離子電導率低，化學穩(wěn)定性差等缺點，嚴重制約著AEMFC的發(fā)展，故對陰離子膜的改性成為研究熱點。已有研究認為咪唑鹽和胍鹽型堿性膜因離子交換基團的強堿性和共軛結構而具有電導性和化學穩(wěn)定性的雙重優(yōu)勢，受此啟發(fā)，本論文主要針對堿性膜堿定性差的問題，從構建共振型離子基團的角度出發(fā)，通過改變離子基團的共振結構，探究離子基共振效應對膜化學穩(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

3、構，合成具有雙重共振結構的胍基咪唑，以聚砜為主鏈，同時采用1甲基瞇唑為協(xié)同離子化試劑來調(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?shù)臈l件下，PSfMImGImOH膜與咪唑膜(PSfMIIIl0H)具有相當?shù)碾妼?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膜的電導率

4、保持不變，15天之后的電導率保持率為73％，而PSf二MImOH膜的電導率降低至27％，說明雙共振效應能夠明顯增強膜的堿穩(wěn)定性。其次，在咪唑分子上引入苯環(huán)結構，合成具有增強共振結構的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小時后電導率的保持率為77％，PSfMImOH膜相同條件處理相同時間后電導率降低至39％，說明增強共振效應增強了膜的堿穩(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)膜作為對比實驗。PSfVImOH膜在lMNaOH溶液60℃下處理24小時后電導率降低至34％，低于PSfMImOH膜的39％。1乙烯基咪唑中的碳碳雙鍵相對于咪唑有吸電子效應，增大了陽離子基團上的電荷密度，影響了PSfBImOH膜的堿穩(wěn)定性，側面證實了增強共振提高膜耐堿性能的實驗結論。最后，為了深入研究功能基團的堿穩(wěn)定性，本文利用密度泛函理論計算并比較了[OIm