Mg(OH)2摻雜季銨化聚醚砜陰離子交換膜的制備.pdf

1、堿性陰離子交換膜燃料電池具有電極反應速率高，燃料滲透率低，可使用廉價的非貴金屬催化劑等優(yōu)點。但由于其核心組件堿性陰離子交換膜的離子傳導率較低，使其無法達到工業(yè)化的要求。所以，制備出離子傳導率更高的堿性陰離子交換膜成為該領域的研發(fā)重點。本文采用向季銨化的聚醚砜中添加氫氧化鎂納米顆粒的方法，利用特殊形貌以及帶電特性，誘導離子簇的聚集，提高離子傳遞通道的連續(xù)性，從而提高膜的氫氧根傳導率。
　　本文首先通過微乳法和直接水熱法制備出兩種形貌

2、的氫氧化鎂納米顆粒，電鏡分析可知微乳法制備的氫氧化鎂顆粒為片狀(l-Mg(OH)2)，粒徑為100nm左右。水熱法制備出的納米顆粒為棒狀(r-Mg(OH)2)，棒長約為45nm，直徑約為20nm。對氫氧化鎂納米顆粒的XRD圖像進行分析，表明兩種氫氧化鎂納米顆粒均為六角晶體結構。
　　進而以濃H2SO4為催化劑，PES為基體材料，氯甲基辛基醚(CMOE)為氯甲基化試劑，成功制備CMPES。1H-NMR測試表明-CH2Cl成功接入到聚

3、合物PES中，并且通過核磁譜圖積分面積計算CMPES的氯甲基化程度。使用1-甲基咪唑為季銨化試劑對CMPES進行季銨化反應成功制備季銨化聚醚砜材料(PES-ImCl)。將季銨化聚醚砜用丙酮重沉淀精制后，使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)為溶劑，摻雜r-Mg(OH)2成功制備改性陰離子交換膜。
　　為了進一步研究不同形貌的顆粒摻雜對膜性能的影響，將r-Mg(OH)2和l-Mg(OH)2分別摻雜PES-ImCl成功制備PES-ImOH/r

4、-Mg(OH)2膜和PES-ImOH/l-Mg(OH)2膜。實驗結果表明，在吸水率和溶脹度方面，兩種摻雜膜性質基本相同。在高溫60℃時，膜的溶脹度約為30％，吸水率約為70％，說明膜有較好的尺寸穩(wěn)定性。在離子傳導率方面，膜的離子傳導率均隨著溫度的升高而增加。對于兩種不同形貌的氫氧化鎂，都是在添加量為1％時，存在最大離子傳導率。60℃條件下，PES-ImOH/1％ r-Mg(OH)2膜和PES-ImOH/1％l-Mg(OH)2膜的離子傳導