電紡PAN碳纖維擴(kuò)散層用于馬來酸氫泵加氫的研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文電紡PAN碳纖維擴(kuò)散層用于馬來酸氫泵加氫的研究HydrogenationofMaleicAcidbyHydrogenPumpReactorwithElectrospunPANbasedCNFsasCathodeDiffusionLayer學(xué)號(hào)：21107059完成日期：201406大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要聚合物電解質(zhì)氫泵加氫反應(yīng)器(珈HR)是一種電化學(xué)原

2、位加氫裝置，該裝置沿用聚合物電解質(zhì)燃料電池(PEMFC)的結(jié)構(gòu)，但采用外加電源為驅(qū)動(dòng)力，可實(shí)現(xiàn)常溫、常壓下的液相加氫反應(yīng)，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(diǎn)。HPHR的陰極擴(kuò)散層是影響反應(yīng)物擴(kuò)散效率和加氫反應(yīng)速率的關(guān)鍵因素，需要具備良好的導(dǎo)電性、良好的氣液兩相擴(kuò)散效率以及較強(qiáng)的耐腐蝕性。當(dāng)前燃料電池采用的氣體擴(kuò)散層經(jīng)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(shè)計(jì)擴(kuò)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(jié)構(gòu)，孔隙率大，氣液通透性好，且具有良好的電導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋砻嫠峄幚砗笞鳛镠PHR的陰極液相擴(kuò)散層，可以實(shí)現(xiàn)生物油模型化合物馬來酸水溶液的電化學(xué)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(jìn)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(duì)纖維形貌的影響。研究發(fā)現(xiàn)，PA

4、N濃度為8wt％時(shí)成纖性較好，在一個(gè)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(jìn)行預(yù)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(nèi)的預(yù)氧化，以及700℃～1100℃范圍內(nèi)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(shí)能得到最佳的預(yù)氧化程度，繼續(xù)碳化所得的CNFs具有較強(qiáng)的抗壓能力，可用于組裝HPHR。同時(shí)經(jīng)900℃碳化

5、1小時(shí)所得CNFs厚度方向電導(dǎo)率為34S／m，達(dá)到商業(yè)化碳紙的電導(dǎo)率水平。采用lmol／L的馬來酸(沸點(diǎn)355℃)水溶液模擬生物質(zhì)油的高沸點(diǎn)有機(jī)組分，在HPHR中進(jìn)行電化學(xué)原位加氫反應(yīng)。為考察親水性對(duì)擴(kuò)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(kuò)散層，同時(shí)對(duì)比商業(yè)化疏水碳紙(CarbonPaper)、商業(yè)化電池氣體擴(kuò)散層(GDL)以及100目不銹鋼金屬網(wǎng)(MetalMesh)的性能，發(fā)現(xiàn)90℃濃酸浸泡3小時(shí)的