接枝pspes阴离子交换膜的制备及其性能研究

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1、天津大学硕士学位论文接枝PS/PES阴离子交换膜的制备及其性能研究姓名：洪玉玲申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王宇新20070801中文摘要采用碱性阴离子交换膜的燃料电池(AlkalineAlliOll．ExchangeMembraneFuelcell，AAEMFC)有助于解决阳极催化剂对甲醇氧化的催化反应活性低和甲醇渗透两大问题i在碱性介质中，阳极氧化醇和阴极还原氧的催化活性及反应动力均比在酸性介质中高。并且甲醇的电化学氧化并非是甲醇与水分子的反应，而是与OH一的反应，这就改变了甲醇氧化反应历程，使甲醇的氧化沿着另一条途径

2、进行，从而能化解甲醇氧化催化剂活性低导致的直接甲醇燃料电池(DMFC)L卜,功率下降的问题。同时在碱性介质中，OH一离子从阴极移动到阳极，与甲醇渗透方向相反，从而可以大大降低甲醇渗透速率。目前研制出耐高温、高离子电导率的碱性阴离子交换膜(AAEM)是AAEMFC．获得成功的一个先决条件。为了提高AAEM的热稳定性，我们借鉴强碱性阴离子交换树脂的研究成果。首先在聚苯乙烯(PS)中引入间隔臂，然后用三甲胺对其进行季铵化，再与聚醚砜共混制成膜，最后将膜浸入NaOH溶液中水解制成OH‘型的AAEMS我们选用l，3一二溴丙烷、’1，4一二溴丁烷

3、和l，6一二溴己烷作为引入间隔臂时的烷基化试剂，将苯环与季铵基间的亚甲基分别变为丙基、丁基和己基。我们考察了自制AAEM含水率、电导率、离子交换容量、阻醇性能及热稳定性。结果表明，间隔臂为3个C、4个C和6个C的自制AAEM具有很好的阻醇性能，甲醇透过系数在9．01X10培cm2／s至4．44x10。cm2／s范围内，kLNafionl15膜的甲醇透过系数低一个数量级。自fNAAEM的电导率范围为4．09315x10。4S／cm至2．32x10一S／em，比商品膜DFl20的电导率值低一个数量级。自制AAEM的热稳定性较之商品膜DFl

4、20有了很大提高。OH’型的商品膜DFl20在40℃的去离子水中浸泡100h后的电导率值为初始值的96。96％，在80℃的去离子水中浸泡100h后的电导率几乎为零。而自制的AAEM在80℃的去离子水中浸泡100h后的电导率值为初始值的96％左右。关键词：碱性阴离子交换膜，电导率，甲醇透过系数，间隔臂，亲核取代，热稳定性AbstractThePEMFCandDMFChavetwomainproblems．Oneissluggishoxygenreductionkineticsatthecathode；theotherismethanol

5、crossoverwhichleadstoareducedpotentialatthecathodeandaloweringoftheoverallfuelcellvoltage，withaconsequentialloweringofcellefficiencies．TheuseofAAEMmaymeetthechallengesabove．Thisismainlyduetofacilekineticsatthecathodeaswellasattheanodeinalkalinemedia．Theiontransportwithi

6、nthemembranewillbefromthecathodetotheanode，opposingthedirectionofmethanolcrossoverfromanodetocathode．Cheapernon—noblemetalcatalystsCanalsobeused(suchasnickelandsilveOtoreducecost．AwidelyquotedconcernwithAAEMismembranestabilityinalkalineform，especiallyatelevatedtemperatu

7、re．InstabilityismainlyduetodirectnucleophilicdisplacementoftheammoniumgroupbyOH。anions，Tosolvetheproblem，1，3一dibromopropane，1,4-dibromobutaneand1,6一dibromohexaneareusedasthealkylationreagent，tochangetheCH2betweenthebenzeneringandthequaternaryammoniumto(CH2)3，(CH2)4and(C

8、H2)6．Thewatercontent，IEc，conductivityandmethanolpermeabilityoftheAAEMwithdifferentspacerchainaremeasured．’Them