本文選題：磺化聚芳醚酮砜 + 磷鎢酸-離子液體　； 參考：《長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)作為一種清潔能源,有望應(yīng)用在便攜式儲(chǔ)能和供電站中,因此,得到了人們廣泛的關(guān)注。和傳統(tǒng)的發(fā)電裝置相比,質(zhì)子交換膜燃料電池工作時(shí)不需要燃燒化石燃料,而且污染物零排放。聚合物電解質(zhì)膜(PEM)作為質(zhì)子交換膜燃料電池的核心組成部分,其主要功能是將質(zhì)子從陽(yáng)極運(yùn)輸?shù)疥帢O。現(xiàn)在,商業(yè)可用的質(zhì)子交換膜(例如Nafion)仍然面臨一些問(wèn)題,比如成本高,燃料滲透,在高溫下失水導(dǎo)致質(zhì)子傳導(dǎo)率明顯下降等。因此,本論文針對(duì)上述問(wèn)題,制備兩種新型復(fù)合膜并開(kāi)展研究工作�；腔鄯济杨愘|(zhì)子交換膜與現(xiàn)在商業(yè)化的Nafion膜相比,在很多方面都表現(xiàn)出更優(yōu)良的性質(zhì),例如,更好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能,相近的質(zhì)子傳導(dǎo)率,更低的燃料滲透率,最為重要的是成本低廉。在本文中,制備了基于磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合質(zhì)子交換膜。首先制備了磷鎢酸-離子液體填料(PWA-IL)。在PWA-IL中,通過(guò)磷鎢酸和離子液體中咪唑環(huán)離子相互作用,使他們緊密結(jié)合,然后將PWA-IL摻雜到SPAEKS中,不僅可以提高質(zhì)子傳導(dǎo)率,而且由于氫鍵的作用,減少了離子液體的流失。測(cè)試結(jié)果表明,PWA-IL的引入使質(zhì)子傳導(dǎo)率得到了明顯提高。尤為突出的是,將SPAEKS-80/PWA-IL膜浸泡在水中132 h后,PWA-IL保留能力達(dá)到了98.4%,膜材料的穩(wěn)定性顯著提高,同時(shí)也提高了阻醇性能。SPAEKS-80/PWA-IL復(fù)合膜在80 oC時(shí),質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到0.127 S cm-1。通過(guò)上述研究,我們發(fā)現(xiàn)將PWA-IL引入到聚合物中有利于促進(jìn)質(zhì)子傳導(dǎo),其中起到主要作用的是咪唑環(huán)。咪唑環(huán)作為堿性官能團(tuán),容易和酸性官能團(tuán)形成酸堿對(duì),在酸堿對(duì)中,質(zhì)子可以直接從質(zhì)子給體(酸基)跳躍到質(zhì)子受體(堿基)。這時(shí)質(zhì)子在一定程度上依賴Grotthuss機(jī)理進(jìn)行傳輸。進(jìn)而,我們制備了不同種氮雜環(huán)修飾的聚芳醚酮聚合物質(zhì)子交換材料,并研究其高溫傳導(dǎo)性能。聚合物主鏈?zhǔn)撬募谆途鄯济淹?PAEK),通過(guò)NBS作為溴代試劑的溴代反應(yīng)后,得到一定溴化度的溴代聚芳醚酮(BrPAEK)。利用活性溴甲基和氮雜環(huán)之間的相互作用,分別將吡啶(Pd),1-甲基咪唑(MeIm),苯三唑(BTA)和3-氨基-1,2,4-三唑(Am Tr)引入到聚合物。所得到的四種膜材料磷酸吸附能力有所不同,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,引入甲基咪唑的膜能夠吸收相對(duì)較多的磷酸,同時(shí)表現(xiàn)出最高的質(zhì)子傳導(dǎo)率。在170oC無(wú)水條件下,BrPAEK-MeIm1.6的質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到了0.091 S cm-1,同時(shí)熱穩(wěn)定性,氧化穩(wěn)定性和力學(xué)性能都較為優(yōu)異。
[Abstract]:Proton exchange membrane fuel cell (PEMFCs), as a clean energy source, is expected to be used in portable energy storage and power supply stations. Compared with conventional power generation devices, proton exchange membrane fuel cells do not need to burn fossil fuels and zero emission of pollutants. Polymer electrolyte membrane (PEM) is the core component of proton exchange membrane fuel cell (PEM). Its main function is to transport proton from anode to cathode. At present, commercially available proton exchange membranes (such as Nafion) still face some problems, such as high cost, fuel penetration, loss of water at high temperatures, and a significant decrease in proton conductivity. Therefore, in order to solve the above problems, two new composite membranes were prepared and studied in this paper. Sulfonated poly (aryl ether) proton exchange membranes exhibit better properties than commercial Nafion membranes in many ways, such as better thermal stability and mechanical properties, similar proton conductivity, lower fuel permeability, The most important thing is low cost. In this paper, an organic / inorganic composite proton exchange membrane based on sulfonated polyaryl ether ketone sulfone (SPAEKS) was prepared. Firstly, PWA-ILN was prepared with phosphotungstic acid-ionic liquid filler. In PWA-IL, phosphotungstic acid interacts with imidazole ring ions in ionic liquids to bind them tightly, and then doping PWA-IL into SPAEKS can not only increase proton conductivity, but also reduce the loss of ionic liquids due to the action of hydrogen bonds. The results show that the proton conductivity is improved by the introduction of PWA-IL. In particular, the retention ability of PWA-IL was 98.4 after immersion of SPAEKS-80/PWA-IL membrane in water for 132h, and the stability of the membrane material was improved significantly. At 80oC, the proton conductivity of SPAEKS-80 / PWA-IL composite membrane was increased to 0.127 Scm-1. It is found that the introduction of PWA-IL into the polymer can promote proton conduction, in which imidazole ring plays an important role. As basic functional group, imidazole ring can easily form acid-base pair with acidic functional group. In acid-base pair, proton can jump directly from proton donor (acid group) to proton receptor (base group). At this point, proton transport depends to some extent on the Grotthuss mechanism. Furthermore, different kinds of polyaryl ether ketone polymer proton exchange materials modified by nitrogen heterocyclic were prepared and their high temperature conductivity was studied. The main chain of the polymer is tetramethyl polyaryl ether ketone (PAEK). After bromination reaction with NBS as brominating reagent, brominated polyaryl ether ketone with certain bromination degree can be obtained. Based on the interaction between active bromomethyl and nitrogen heterocyclic, pyridine-1-methyl imidazolium (MeIman), triazolium (BTAA) and 3-amino-1-triazole-4-triazolium (Am) were introduced into the polymer, respectively. The adsorption capacity of phosphoric acid in the four kinds of membrane materials is different. The experimental results show that the membranes with methyl imidazole can absorb relatively more phosphoric acid and exhibit the highest proton conductivity. The proton conductivity of BrPAEK-MeIm1.6 was 0.091 Scm-1 under the condition of 170oC anhydrous, and the thermal stability, oxidation stability and mechanical properties of BrPAEK-MeIm1.6 were excellent.
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ425.236

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本文編號(hào)：1921412