季銨堿型殼聚糖-聚乙烯醇陰離子交換膜的實(shí)驗(yàn)和分子模擬研究.pdf

1、堿性直接甲醇燃料電池（ADMFC）具有可提高甲醇氧化反應(yīng)速率、消除電拖曳造成的甲醇滲透等優(yōu)點(diǎn)。陰離子交換膜是ADMFC的核心組件，其性能的好壞直接影響ADMFC的性能，因此陰離子交換膜的研究開發(fā)成為了熱點(diǎn)。本研究主要內(nèi)容為制備一種具有良好導(dǎo)電性能和阻醇性能的陰離子交換膜，并結(jié)合分子模擬方法研究聚合物共混體系的相容性以及陰離子交換膜中的導(dǎo)電性能。 采用易于化學(xué)改性的殼聚糖（CS）作為基材，經(jīng)過季銨化、共混、堿化，制備了季銨堿型殼聚

2、糖.聚乙烯醇陰離子交換膜（QCS-PVA），考察了QCS-PVA共混膜的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，QCS和PVA共混效果很好，所制備的共混膜光滑、致密無孔，在200℃以下具有良好的熱穩(wěn)定性。QCS-PVA共混膜的導(dǎo)電率隨溫度升高和QCS含量增大而增大，80℃最高可達(dá)2.5×10-2S/cm。室溫下QCS-PVA共混膜的甲醇滲透系數(shù)最小可低于10-7c㎡/s，且在甲醇溶液濃度較高的情況下也有良好的阻醇性。 基于修正的Flory-Hugg

3、ins模型，采用分子模擬方法研究了CS/PVA和QCS/PVA兩種聚合物混合體系的相容性。計(jì)算得到兩體系的混合自由能隨溫度、聚合度變化的曲線。CS/PVA的相圖表明CS和PVA在比較低的溫度下較易相容。在CS分子鏈上引入帶正電荷的季銨鹽基團(tuán)可大大改善QCS/PVA體系的相容性，QCS和PVA在較寬的溫度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)都能共混，與共混膜制備實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。 采用分子動(dòng)力學(xué)方法建立具有不同含水率的QCS-PVA膜微觀結(jié)構(gòu)模型，研究了

4、OH-離子和水分子在該陰離子交換膜中的擴(kuò)散行為，由OH-離子的自擴(kuò)散系數(shù)和Nernst-Planck方程計(jì)算了膜的導(dǎo)電率。結(jié)果表明，分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算取樣時(shí)間選取比較合理時(shí)，導(dǎo)電率計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值比較接近。導(dǎo)電率隨溫度升高和QCS含量增大而增大，與實(shí)驗(yàn)制備的QCS-PVA膜導(dǎo)電率測(cè)試結(jié)果一致。膜的含水率越高，導(dǎo)電率越大，說明QCS-PVA膜的導(dǎo)電率與膜的含水率關(guān)系密切。對(duì)QCS進(jìn)行對(duì)相關(guān)函數(shù)分析以及水分子在QCS-PVA膜中的形態(tài)和分布分析，