试析有机—无机杂化dmfc膜界面形态与阻醇特性研究

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1、天津大学硕士学位论文有机—无机杂化DMFC膜界面形态与阻醇特性研究姓名：苑伟康申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：姜忠义20070101摘要基于对有机一无机界面形态的系统分析，提出通过降低高分子应力来减少有机一无机界面形态非理想性，进而提高直接甲醇燃料电池膜阻醇性能的学术思想。以甲醇水溶液为分离体系，壳聚糖为高分子材料，丝光沸石为无机杂化介质，山梨糖醇为增塑剂，制备了壳聚糖／丝光沸石杂化膜和山梨糖醇塑化壳聚糖／丝光沸石杂化膜，采用IR、SEM、XRD、DSC、PALS、TG等方法对杂化膜进行

2、了表征，系统研究了杂化膜的界面形态和阻醇性能。重点考察了制膜工艺以及增塑剂对有机一无机杂化膜的界面形态以及阻醇性能的影响。CS与丝光沸石之间存在弱氢键相互作用，高分子应力的产生导致CS／M膜中CS硬化层以及CS与丝光沸石界面处缺陷孔的形成。丝光沸石含量较低时，减小沸石颗粒大小并辅以超声、搅拌处理等加强沸石在铸膜液中的分散可以显著改善界面形态，但当丝光沸石含量较高时，改善效果较差。以山梨糖醇作为增塑剂，60℃下成膜，可以降低CS的k，增大CS分子链的柔性，降低成膜过程中CS中产生的应力，减弱CS的硬

3、化，减小有机一无机界面处孔穴尺寸，从而有效调控CS／M膜中存在的非理想性界面形态。有机一无机界面形态是决定有机一无机杂化膜阻醇性能的关键因素，山梨糖醇对CS／M膜中界面形态的改善直接引起了膜阻醇性能的提高。25℃下，在2mol／L与12mol／L的甲醇水溶液中，CS／M(15)／S(30)膜的甲醇渗透率分别为1．4×10。6cm2／s与4．9×10一cm2／s；CS／M05)．II膜的甲醇渗透率分别为1．8xlO'％m2／s与5．3×lo-‘7cm2／S；而CS膜的甲醇渗透率分别为2．9×10击c

4、m％与8．7x10’7c—2／S。此外，以CS为高分子的膜中的甲醇渗透率随中甲醇浓度的增大而减小的特性使其成为具有良好应用前景的Nation替代阻醇膜材料。关键词：有机一无机杂化，界面形态，直接甲醇燃料电池，甲醇渗透ABSTRACTBasedonthesystematicanalysisoforganic·inorganicinterracialmorphology,anovelideaWasproposedtosuppressthenon-idealdefectoforganic—inorgan

5、icinterfaceandconsequentlyimprovethemethanolresistancepropertyofDMFCmembranethroughdecreasingthestresswithpolymerchains．Chitosan／mordenitehybridmembranes，CS／M(X)-IandCS／M(X)-n,togetherwithsorbitolplasticizedchitosan／mordenitehybridmembranes，CS／M(X)／S(

6、30)，woreprepared．IR，SEM，XRD，DS，PALSandTGwereusedtocharacterizethesemembranes，andtheirinterfacialmorphologyandmethanolpermeabilitywereinvestigateddetailedly．Theeffectsofmembranepreparationprocessesandsorbitol011interfacialmorphologyandmethanolpermeabil

7、ityofhybridmembraneWerestudied．CSandmordeniteinteractwitheachotherthroughhydrogenbonding，andstressproducedinpolymerduringmembraneformationledtoCSrigidificationandvoidsattheinterface．Atlowermordenitecontent，smallerparticlesizeandintensivedispersionproc

8、esswithultrasonicandstirringresultedinimprovedinterracialmorphology．However,asmordenitecontentincreased，theimprovementbecamelesspronounced．Additionofsorbitolandsolventevaporationunder60"CsignificantlyreducedTsofCS，resultingintheincreaseofflexi