水和甲醇在磺化聚酿矶膜中的吸附扩散研究

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1、第25卷第1期深圳大学学报理工版Vol.25No.12008年1月JOURNALOFSHENZHENUNIVERSITYSCIENCEANDENGINEERINGJan.2008文章编号:1000-2618(2008)01-0019-05【化工与食品安全】水和甲醇在磺化聚酿矶膜中的吸附扩散研究李翠华，刘剑洪，张黔玲，王芳(深圳大学化学化工学院，深圳518060)摘要:应用时间分辨的衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术，分别跟踪水与甲醇在磺化聚隧巩(SPES)质子交换膜中的吸附扩散行为，研究水、甲醇与SPES的相互作用及变化.结果表明，水和甲醇在扩散过程中与磺化聚隧

2、硕膜形成3种不同状态的务基，一种与磺酸基因-S03H形成氢键，另两种是水分子之间形成的较弱氢键、较强氢键形式.与水浸泡的SPES膜相比，气相扩散过程中水分子之间更多地形成了较弱氢键，-OH伸缩振动吸收峰红移65cm-1，同时-OH弯曲振动吸收峰蓝移.甲醇在SPES膜扩散中，表现出类似性质，但-OH伸缩振动吸收峰红移较弱，约为12cm一1这种具有较弱氢键的水分子更容易与质子形成水合质子，有助于质子在SPES膜中的跃迁与传递.关键词:磺化聚西边矶;全反射;吸附与扩散;质子交换膜中图分类号:0647.31文献标识码:A质子交换膜(PEM)是氢燃料电池和直接甲醇tra

3、nsforminfraredspectroscopywithattenuatedtotalre•燃料电池的核心部件之一，由于商业化产品全氟磺flectionaccesso町，ATR-FTIR)是研究和表征高分子酸膜制备工艺复杂，价格昂贵(600--800美元/材料表面性能、小分子和聚合物相互作用的重要方2m)，且只能在较低温度下使用(<900C)，因而法[时J本文基于磺化聚酿枫膜(sulfonatedpoly•开发新型、廉价的质子交换膜已成为质子交换膜燃ethersulfone,SPES)合成和电导率特性的研究[6]，料电池研究的热点之一[山J目前，最有希望获

4、得应用衰减全反射-原位红外光谱研究水和甲醇在磺高性能、低价格质子交换膜电解质的方法是采用碳化聚酶枫膜中的吸附与扩散，在微结构层面，研究氢聚合物作为聚合物骨架，因为它们具有低廉的价水分子和甲醇分子在吸附与扩散过程中与SPES膜格、优良的热稳定性和机械强度.聚自迷自迷酣、聚自迷的相互作用及其变化特点.矶、聚芳自迷矶、聚苯并咪瞠和聚自先亚胶等，可通过单体引入磺酸基团、聚合物磺化和掺入质子导体1样品制备与测试方法(如无机酸)而具有质子传导性，因此有可能用于质子交换膜[3J在聚合物骨架的力学性能和稳定性1.1原料与仪器足够的条件下，提高含水率有利于膜中质子交换通聚酿枫(

5、Mw=58000)由德国BASF公司提供，道的形成与质子的传输.水在高分子电解质膜中的氯磺酸和浓硫酸购自上海亭新化工厂，红外光谱仪吸附与传输极大地影响了膜中亲水性离子簇的形为装有DTGS-KBr监测器的日本岛津FTIR-8300成，决定了聚合物质子电导率;同时甲醇在聚合物pes.膜中的吸附与透过也影响了直接甲醇燃料电池的性1.2膜的制备能.因此，无论对于基础研究还是工业应用，深入将20g聚酿~ftl加入到100mL浓硫酸中，室温研究水和甲醇分子在电解质膜中的吸附与传递过程搅拌均匀后逐滴滴加氯磺酸，反应2h后将混合溶都具有重要意义.衰减全反射红外光谱(fouri

6、er液倒入冰水混合物中，过滤出沉降的聚合物，用去收稿日期:2007-06-15;修回日期:2007-12-15基金项目:深圳市科技计划基金资助项目(200447);深圳大学科研启动基金资助项目(200705)作者简介:李翠华(1968-)，女(汉族)，湖北省钟祥市人，深圳大学副教授、博士.E-mail:licuihuasz@163.com通讯作者:刘剑洪(1964-)，男(汉族)，深圳大学教授、博士生导师.E-mail:liujh@szu.edu.en20深圳大学学报理工版第25卷离子水多次洗涤直至pH值为6-7,80OC下干燥2.524h后得到磺化聚酿枫SP

7、ES.详细合成路线见文2.0献[6].将一定量的磺化聚酶枫SPES溶于N-甲。基口比咯烧酣NMF中，搅拌均匀，配制成质量分数ω1.5口eAHC为15%的制膜液，浇铸在洁净的玻璃板上成膜，∞AC1.060OC下干燥24h，再在100OC下真空干燥24h，膜厚约在20-60μm，化学结构如图1.将未磺化的0.5PES膜、磺化度为13.2%的SPES膜各剪一张近似0.0直径为lem的圆，在真空干燥箱干燥3d后取出置350030002500200015001000500v/em-1于干燥器中备用.(a)全范围(3800--500em-I)2.0dipinwaterUQ

8、EMWA1.5图1磺化聚醋矶的结构Fi