交联型季铵聚芳醚砜阴离子交换膜的制备.pdf

Vol_37 高 等 学 校 化 学 学报 NO．7 2016年 7月 CHEMICALJOURNAL OFCHINESEUNIVERSITIES 1408～1414 doi：10．7503／cjc 交联型季铵聚芳醚砜阴离子 交换膜的制备 汪丽梅，窦立岩，辛 鹏 (吉林建筑大学材料科学与工程学院，长春 130118) 摘要 采用简便环保的方法制备了具有低溶胀 、高离子交换容量 (IEC)的交联型季铵聚芳醚砜阴离子交换 膜．随着交联度的提高，膜的吸水率和溶胀率降低，说明交联可以抑制膜的溶胀．20℃时所有交联膜的离子 传导率均达0．045S／cm以上，拉伸强度在50．1MPa以上 ，表明在高IEC值下，交联膜仍具有 良好的力学性 能和较高的离子传导能力．同时，交联度提高会加强膜的甲醇阻隔性能． 关键词 阴离子交换膜 ；燃料电池；聚芳醚砜；交联 中图分类号 0631；TB324；TQ314．2 文献标志码 A 阴离子交换膜(AEM)是碱性燃料 电池 (AEMFC)的核心部件，具有传导氢氧根离子和分隔阴、阳 极室的双重作用 ．由于AEM具有可以使用非贵金属催化剂、氧化速度快及成本低等优点，近年来 获得了长足的发展．传统的阴离子交换膜存在离子传导率低及热稳定性差等缺点，制约了其在燃料 电池中的应用 ．提高离子交换容量 (IEC)可以获得较高的离子传导率，但较高的IEC会导致膜过 度溶胀及聚合物链易降解等问题，甚至降低机械性能 ．可见，电导率和溶胀是影响燃料电池性能的 2个既重要又相互矛盾的因素，因此获得具备 良好综合性能的AEM成为一项非常有挑战性的科学 难题 ． 目前最简单的解决方法为物理掺杂，添加疏水的聚四氟乙烯 或无机纳米粒子 (如TiO，纳米晶或 蒙脱石等) “J，有利于提高膜的机械性能、热性能及化学稳定性，但这些添加物大都不具有可传输 电荷的离子基团，对导电性没有贡献．化学交联可以限制离子交换膜在水中的过度溶胀，提高其物理 和化学性能 ．但一般的化学交联方法在提高力学性能的同时会在一定程度上降低电学性能，这 对于燃料 电池来说是不利的 ． 本文采用简便且环保的方法制备了交联型季铵聚芳醚砜阴离子交换膜．该聚合方法反应条件温 和、季铵基团的位置和数量可以精确控制，并不使用或不生成氯甲醚．利用残留的叔胺基团作为交联 点与对二氯苄发生交联反应，同时将其转化为季铵基团，不损失离子功能团，为获得低溶胀、高 IEC 值的交联型阴离子膜提供了一种思路． 1 实验部分 1．1 试剂与仪器 4，4．联苯二酚，湖北巨胜科技有限公司；二氟二苯砜和对二氯苄，Aldrich公司；4，4．二羟基二苯 醚，太原瑞和丰科贸公司；无水碳酸铯，武汉百杰瑞公司；二甲基亚砜 (DMSO)，北京化工厂，用Call 干燥8h，减压蒸馏；参照文献 [18]方法合成叔胺二羟基二苯醚(DABP)；所有试剂均为分析纯． BrukerAV一300M型核磁共振仪 (NMR)，德国Bruker公司；Solartron1255B型频谱仪(FRA)／Solar． tron1470电池测试单元，英国Solartron公司；Instron一1211型拉力机，美国Instron有限公司；H型甲醇 收稿 日期：2015—12-26．网络出版 日期：2016-06-16． 基金项 目：吉林省教育厅基金(批准号 资助． 联系人简介：汪丽梅 ，女，博士，副教授，主要从事高分子材料研究．E-mail：Limeiwangl3@163．com No．7 汪丽梅等：交联型季铵聚芳醚砜阴离子交换膜的制备 1409 透过测试装置，自制；SHIMADZUGC．1020A型气相色谱仪，日本岛津公司． 1．2 线型及交联型季铵聚芳醚砜阴离子交换膜的制备 参照文献[19]方法合成线型季铵聚芳醚砜 (L-PAES．，