接枝冠醚類聚磷腈陰離子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、堿性陰離子交換膜作為堿性燃料電池的核心部件之一，在燃料電池運轉(zhuǎn)過程中起著傳輸氫氧根離子、阻隔燃料與氧化劑直接接觸的作用。目前，絕大部分的陰離子交換膜都包含有季銨鹽、季磷鹽或者咪唑鎓等陽離子。這幾類陰離子交換膜由于其自身結(jié)構(gòu)的缺陷，存在著耐堿性較差和離子傳導(dǎo)率較低的缺點，因此通過尋找其他陽離子基團(tuán)，提高陰離子交換膜的離子傳導(dǎo)率和耐堿性很有必要。
　　本論文利用聚二氯磷腈高分子極易化學(xué)修飾且可負(fù)載官能團(tuán)密度較高的特點以及冠醚結(jié)構(gòu)對金屬

2、陽離子具有強(qiáng)烈絡(luò)合能力的優(yōu)勢，制備并表征了三個系列負(fù)載氮雜18-冠-6(PACE)單元或羥甲基18-冠-6(HCME)單元的新型聚磷腈堿性膜。通過將所有的膜材料浸泡在30℃2M的KOH堿液中達(dá)800h，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的離子傳導(dǎo)率和離子交換容量基本沒有顯著變化，顯示出優(yōu)異的堿穩(wěn)定性。主要結(jié)果如下:
　　1、接枝羥甲基18-冠-6聚磷腈系列陰離子交換膜的制備。以丙三醇和五甘醇為原料，通過經(jīng)典的Williamson醚合成法，合成了HCME冠醚

3、。以聚二氯磷腈大分子作為聚合物骨架，通過親核取代反應(yīng)將HCME和正戊醇接枝到聚二氯磷腈骨架上，經(jīng)堿化后得到負(fù)載HCME聚磷腈陰離子交換膜PHCME-POH-x。結(jié)果發(fā)現(xiàn)接枝HCME比例為45％的PHCME-POH-45在25℃時的離子交換容量為1.53mmol/g，在80℃時的離子傳導(dǎo)率為40.6mS cm-1。
　　2、接枝氮雜羥乙基18-冠-6聚磷腈系列陰離子交換膜的制備。以三乙醇胺和四甘醇為原料，通過四步反應(yīng)合成了PACE冠

4、醚。以聚二氯磷腈大分子作為聚合物骨架，通過親核取代反應(yīng)將PACE和正戊醇接枝到聚二氯磷腈骨架上，經(jīng)堿化后得到負(fù)載PACE聚磷腈陰離子交換膜PPACE-POH-x。結(jié)果發(fā)現(xiàn)接枝PACE比例為45％的PPACE-POH-45在25℃時的離子交換容量為1.32mmol/g，在80℃時的離子傳導(dǎo)率為42.6mS cm-1。
　　3、接枝氮雜羥乙基18-冠-6聚磷腈聚合物與PVA共混膜的制備。為了提高陰離子交換膜的離子傳導(dǎo)率和機(jī)械性能，將完