侧链型含氟磺化聚醚砜磺化聚酰亚胺共混质子交换膜的制备及性能.pdf
文本预览下载声明
Vo1.37 高等 学校 化 学 学报 No.4
2016年4月 CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES 793~800
doi:10.7503/cjcu2010560
侧链型含氟磺化聚醚砜/磺化聚酰亚胺
共混质子交换膜的制备及性能
陶应勇,张虚略,胡朝霞,张晶晶,耿 慧,高 颖,
袁祖凤,毕慧平,陈守文,王连军
(南京理工大学环境与生物工程学院,南京210094)
摘要 制备了一类侧链型含氟磺化聚醚砜 (sSPFES)与磺化聚酰亚胺 (SPI)共混质子交换膜 (sSPFES/SPI),
研究了其吸水率 、尺寸变化、质子电导率及稳定性等性能.结果表明,2种磺化聚合物以三乙胺盐型溶液共
混及铸膜时相容性 良好,制备的sSPFES/SPI共混质子交换膜结构均一,透明结实,离子交换容量为 1.76~
1.88mmol/g.sSPFES/SPI共混质子交换膜表现出横向低于纵向的各向异性尺寸变化特性,在60℃水中横向
尺寸变化率低于 10%,经 140℃加压水处理24h后仍能保持较好的机械强度,质量损失低于6.1%.当温度
高于50℃时,完全水合状态下的sSPFES/SPI共混质子交换膜的质子电导率均达到0.1S/cm.
关键词 质子交换膜 ;磺化聚醚砜;磺化聚酰亚胺 ;共混;尺寸变化率
中图分类号 O631 文献标志码 A
质子交换膜作为分离膜材料在燃料 电池、电渗析及污废水处理等领域应用广泛.将质子交换膜
应用于燃料 电池时,可实现电池系统的轻型化、小型化及高效化.在燃料电池系统中,质子交换膜具
有传导离子及分隔燃料/氧化剂的功能,因此开发出一类在较宽的温/湿度范围内具有较高质子
导电率、机械强度及热、化学稳定性并具有可接受的成本及适合规模化生产的质子交换膜材料备
受瞩 ,.
聚醚砜及聚酰亚胺是耐热等级高、机械性能及电性能优异、生产工艺成熟的高性能工程高分子材
料,在机械电子、航空航天及分离膜等工业领域应用广泛.磺化聚醚砜 (SPES)及磺化聚酰亚胺(SPI)
质子交换膜材料不仅具有较好的耐热性和机械性能,而且具有较好的质子导电能力及燃料阻挡性,是
极具应用前景的质子交换膜材料 .SPES质子交换膜耐水解性好,但在高温高湿条件下易溶胀,尺
寸稳定性较差;SPI质子交换膜尺寸稳定性好,但耐水解性较差.通过分子结构设计、交联、共混及掺
杂等方式对膜材料进行改性是获得性能优 良的质子交换膜材料的有效手段,其中共混是一种简单易行
的改性方法 。 .
将磺酸基团引入聚合物侧链可以提高聚合物主链的疏水性,成膜后将有利于在膜 内部形成亲水.
疏水微相分离结构,提高膜的吸水性能及电导率 ¨.Bi等 报道了一类综合性能优 良的SPI与主链
型磺化聚醚砜的共混质子交换膜,但其横向尺寸变化率达到7% ~12%,纵向尺寸变化率高达 29%~
43%(30℃).本文合成了一类侧链型含氟磺化聚醚砜(sSPFES),并与SPI共混,制备了一系列不同质
量比的sSPFES/SPI共混质子交换膜,研究了sSPFES/SP!共混质子交换膜的吸水率、尺寸变化、质子
电导率及稳定性等.
收稿 日期:2015-07—17.网络出版 日期:2016-03—16.
基金项 目:国家自然科学基金(批准号21006052)、江苏省 自然科学基金 (批准号:B、教育部博士点基金
(批准号:20123219120009)和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:30920130121014)资助.
联系人简介:胡朝霞,女,博士,副教授,主要从事高分子电解质膜材料研究.E-mail:huzhaoxia@njust.edu.cn
陈守文,男,博士,教授 ,主要从事高分子膜材料及水处理材料研究.E-mail:chensw@njust.edu.cn
高等 学校 化 学 学报
显示全部