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《磺化聚醚醚酮与聚砜共混膜导电与传质特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、文章编号:1007-8924(2004)03-0015-05磺化聚醚醚酮与聚砜共混膜导电与传质特性研究王宇新3许宋文生李磊莉(天津大学化工学院化工研究所,天津300072)摘要:以磺化聚醚醚酮(SPEEK)和聚砜(PSF)为原材料,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,采用溶液共混方法,制备了一系列不同组成的SPEEK与PSF共混膜.研究发现,随PSF含量的增加共混膜的相分离行为加剧,电导率有一定下降,但阻醇性能得到提高.关键词:磺化聚醚醚酮;聚砜;共混膜;电导率;甲醇透过系数中图分类号:TQ028.8文献标识码:A随着膜技术的发展,人们对膜的性能提出了更高的要
2、求.采用新的膜材料是提高膜性能的途径之一.近年发展起来的高分子共混技术则是发展新膜材料的一个重要手段,因为不同性能的高分子材料进行共混后所得的共混高分子材料既有各组分原有的特性,同时又产生了新的性能.因此,借助高分子共混技术可以制备质子交换膜燃料电池(PEMFC)用新型质子交换膜(PEM).PEM不同于通常的多孔薄膜和致密膜,不仅是一种阻隔材料,还是电解质和电极活性物质的基性、化学稳定性、机械强度均高的高分子材料.因此,为提高SPEEK的使用效果,本文采用溶液共混方法,制备了一系列不同组成的高磺化度SPEEK与PSF共混膜.考察了共混膜在室温下的电导率和阻醇性能
3、,并通过X光衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分别考查了共混膜的结晶行为和表观形貌.1实验部分1.1材料与试剂N,N-二甲基甲酰胺(AR),天津第一化学试剂厂;无水甲醇(AR),天津市化学试剂二厂;浓硫酸(AR),天津市化学试剂五厂;电去离子水,σ=1.6×10-6S/cm本组自制;聚醚醚酮,吉林大学化学系;聚砜,大连第一塑料厂.1.2检测仪器频率响应仪,AUT980583型,Netherlands;微分折光仪,WINOPALLCD201型,HANNOVER;X光衍射仪,RigakuD/max-2500型,Japan;扫描电镜,XL30ESEM型,PHILIPS
4、.1.3试样制备1.3.1磺化聚醚醚酮制备将聚醚醚酮(PEEK)在100℃下恒温干燥48h,脱除原料中的水分.在三口烧瓶中称入一定量干燥后的PEEK,加入过量的浓硫酸,于室温下反应72h.停止反应后,用电去离子水沉淀反应混合物,并反复洗涤、过滤,直至滤液底1.理想的PEM应具有质子传导率高、燃料渗透率低以及足够高的机械强度、热稳定性和化学稳定性2.迄今为止,PEMFC中多数采用美国DuPont公司生产的Nafion系列全氟磺酸型离子交换膜.尽管Nafion膜具有较高的电导率、化学稳定性、热稳定性和机械强度,但高昂的价格造成燃料电池高成本,从而限制了其广泛应用.当
5、Nafion膜应用于直接甲醇燃料电池(DMFC)时,又存在严重的甲醇透过现象,导致燃料利用率降低以及电池性能下降.因此,开发价廉、高性能的质子交换膜成为燃料电池界研究的重点之一.磺化聚醚醚酮(SPEEK)作为一种很好的质子传导性材料,已有研究报道3-5.研究发现,随着磺化度的增大和温度的升高,SPEEK在水中的溶胀度越来越大,直至溶解.聚砜(PSF)则是一种热稳定收稿日期:2003-01-03;修改稿收到日期:2003-08-20作者简介:宋文生(1965-),男,河北人,博士生,工程师,从事燃料电池材料研究.3通讯联系人.·16·膜科学与技术第24卷呈中性为止
6、,得到不含硫酸的SPEEK沉淀物.将所得沉淀物置于100℃恒温箱中充分干燥,直到不含水分为止,制得高磺化度SPEEK.SPEEK的磺化度(磺化度是指SPEEK高分子链中平均每个重复链段所含有的—SO3H摩尔数)测定采用溶液滴定方法.首先在滴定瓶中准确称取一定量的SPEEK,加入过量的NaOH标准溶液,摇匀、放置一定时间后,加入几滴酚酞作指示剂,用HCl标准溶液滴定,直至被滴定液由粉红色变为无色为止.由加入的NaOH标准溶液体积数、滴定所消耗的HCl标准溶液体积数和SPEEK量可计算得到SPEEK的磺化度.本实验所得SPEEK的磺化度为0.63.X光衍射(XRD)
7、分析取组成不同的1.4.2SPEEK与PSF共混膜试样3个,在RigakuD/max-2500型X光衍射仪上进行分析,考察共混膜组成与结晶性关系.1.4.3电导率测定采用两电极法,在工作频率为1～4×104Hz的AUT980583型频率响应仪上测定共混膜的电阻.共混膜电导率σ的计算式为:σ=l/(RA)式中,l为膜的厚度;R为膜电阻;A为膜检测面积.1.4.4甲醇透过系数测定膜的甲醇透过系数利用隔膜扩散池测定.通过WINOPALLCD201型微分折光仪在线检测甲醇浓度随时间的变化,计算得到膜的甲醇透过系数P.P的定义式为:J=-P(Δc/l)式中,J为甲醇通量;
8、Δc为膜两侧溶液甲醇浓度
