面向能源和環(huán)境應用的高分子膜制備基礎研究.pdf

1、伴隨著科技和經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境污染、全球變暖、化石燃料日益枯竭等資源與環(huán)境問題開始阻礙了人類社會的可持續(xù)發(fā)展。在這些問題的諸多解決方案中，膜技術由于其簡單高效、無污染、節(jié)能等優(yōu)點引起了人們的日益關注。 本論文立足于可使用于清潔生產(chǎn)的雙極膜電滲析技術和替代化石能源的燃料電池技術，重點研究這兩個過程中的的雙極膜和質子交換膜的制備。在雙極膜制備方面，由于雙極膜的中間界面層對雙極膜性能至關重要，所以本論文分別選取AgCl-明膠、超支化聚合

2、物等作為催化層，制備新型多層結構雙極膜，并對雙極膜中間界面層物質對雙極膜水解離能力的影響作了深入研究；在質子交換膜制備方面，引入酸堿離子對和有機無機雜化思想，制備出可使用于直接甲醇燃料電池的高性能質子交換膜，并對其燃料電池方面的特性進行了考察。主要研究結果表明： (1)采用氯化銀/明膠修飾雙極膜中間層可以有效催化水解離，提高雙極膜的應用性能。單獨的銀離子可以通過形成氯化銀有效地催化雙極膜的水解離，吸附的氯化銀的量對所制備的雙極膜

3、的水解離性能有較大的影響。采用單獨的明膠溶液修飾雙極膜中間界面層時，其催化水解離效果取決于其親水性和空間位阻效應之間的競爭。而硝酸銀和明膠的復合溶液修飾雙極膜中間界面層時，具有協(xié)同催化作用，其催化效果優(yōu)于同濃度下單純硝酸銀溶液或者明膠溶液處理后的情況，并且該類雙極膜在應用過程中由于明膠對銀離子的固定作用而表現(xiàn)得更加穩(wěn)定。 (2)具有大量的羥基官能團的Boltorn()系列超支化聚酯作為雙極膜中間界面層也可以有效催化水解離。超支化

4、聚酯濃度，代數(shù)對雙極膜性能均具有很大影響，親水性和空間位阻效應共同決定了水解離催化效果。除此以外，超支化聚合物的端基官能團也是影響雙極膜水解離性能的重要因素，端基官能團的親水性越高，越促進水解離，其中分子間氫鍵起到關鍵作用。 (3)殼聚糖和磺化聚醚醚酮(SPEEK)之間可以形成酸堿離子對交聯(lián)，由這兩者酸堿共混制備出的復合型質子交換膜的吸水率和溶脹性相對于單純的磺化聚醚醚酮膜來說得到了很大改善，熱穩(wěn)定性也很好；磺化度為71.4％的

5、SPEEK與殼聚糖以5：1摩爾比共混制備的質子交換膜，其與燃料電池有關的一些性質甚至可以與商品化的Nafion117相媲美。 (4)利用3-氨丙基三乙氧基硅烷和磺化聚醚醚酮可以在質子交換膜制備過程中同時引入酸堿離子對交聯(lián)以及有機無機雜化，改性后得到的雜化復合膜具有較高的質子傳導率，較好的阻醇性，很好的熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性以及機械穩(wěn)定性。 隨著高效穩(wěn)定的雙極膜和質子交換膜的研制成功，雙極膜電滲析和燃料電池技術將獲得更大規(guī)模