電紡PAN碳纖維擴散層用于馬來酸氫泵加氫的研究.pdf

1、碩士學位論文電紡PAN碳纖維擴散層用于馬來酸氫泵加氫的研究HydrogenationofMaleicAcidbyHydrogenPumpReactorwithElectrospunPANbasedCNFsasCathodeDiffusionLayer學號：21107059完成日期：201406大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要聚合物電解質氫泵加氫反應器(珈HR)是一種電化學原

2、位加氫裝置，該裝置沿用聚合物電解質燃料電池(PEMFC)的結構，但采用外加電源為驅動力，可實現(xiàn)常溫、常壓下的液相加氫反應，與傳統(tǒng)的高溫、高壓加氫工藝相比，具有操作條件溫和、能耗小、安全性高等優(yōu)點。HPHR的陰極擴散層是影響反應物擴散效率和加氫反應速率的關鍵因素，需要具備良好的導電性、良好的氣液兩相擴散效率以及較強的耐腐蝕性。當前燃料電池采用的氣體擴散層經憎水化處理，液相滲透阻力大，不適于親水體系的液相加氫，因此需要重新設計擴散層。本文采

3、用靜電紡絲法以及后續(xù)熱處理工序，制備聚丙烯腈基(PAN)納米碳纖維膜(CNFs)。CNFs為三維多孔結構，孔隙率大，氣液通透性好，且具有良好的電導率和化學穩(wěn)定性。經過適當的表面酸化處理后作為HPHR的陰極液相擴散層，可以實現(xiàn)生物油模型化合物馬來酸水溶液的電化學加氫。首先采用不同濃度的聚丙烯腈／N，N二甲基甲酰胺(PAN／DMF)溶液進行靜電紡絲，制備出納米PAN纖維，并考察了紡絲液濃度、紡絲距離、紡絲電壓對纖維形貌的影響。研究發(fā)現(xiàn)，PA

4、N濃度為8wt％時成纖性較好，在一個較寬的電壓范圍(14kV~20kV)和紡絲距離(8cm20cm)均能得到勻稱的納米纖維堆積材料。將所得PAN納米纖維進行預氧化和碳化制備疏水性納米碳纖維(CNFs)?？疾炝?50℃一280℃溫度范圍內的預氧化，以及700℃～1100℃范圍內的碳化效果，發(fā)現(xiàn)PAN纖維在空氣環(huán)境下于250。C恒溫2小時能得到最佳的預氧化程度，繼續(xù)碳化所得的CNFs具有較強的抗壓能力，可用于組裝HPHR。同時經900℃碳化

5、1小時所得CNFs厚度方向電導率為34S／m，達到商業(yè)化碳紙的電導率水平。采用lmol／L的馬來酸(沸點355℃)水溶液模擬生物質油的高沸點有機組分，在HPHR中進行電化學原位加氫反應。為考察親水性對擴散性能的影響，通過H2S04酸化處理改變CNFs的親水性，以此作為陰極擴散層，同時對比商業(yè)化疏水碳紙(CarbonPaper)、商業(yè)化電池氣體擴散層(GDL)以及100目不銹鋼金屬網(MetalMesh)的性能，發(fā)現(xiàn)90℃濃酸浸泡3小時的