介孔碳载体缓解碱性聚电解质燃料电池阳极水淹

碱性聚电解质燃料电池(APEFCs)相较于目前研究最多的质子交换膜燃料电池(PEMFCs),其优势体现在阴/阳两极均可使用价格低廉的非贵金属催化剂,有望降低燃料电池的使用成本.APEFCs的研究在过去20年飞速发展,主要集中在高效碱性聚电解质(APE)隔膜和阴/阳极催化剂等关键材料的研发.目前,APEFCs的性能已接近于PEMFCs,针对其研究也逐渐从关键材料的研发扩展到电池的稳定性和水管理等更深层次问题.相较于PEMFCs,APEFCs的水管理问题更为复杂.每当阳极产生4个水分子,阴极会消耗2个水分子,容易导致阴极缺水和阳极水淹,进而影响电池的性能和稳定性.对APEFCs水管理的优化将是实现电池性能和稳定性突破的重要方向.本文主要研究碳载体对APEFCs水管理的影响,合成了一系列介孔碳负载的Ru催化剂(Ru/MCP-x,x为MCP的孔径,x=30,50,100 nm),并以Ru/XC72催化剂为对照.扫描电镜和N2吸附-脱附结果表明,介孔碳载体具有三维贯通的孔结构,而XC72为实心碳颗粒.溶液电化学测试结果表明,不同催化剂在0.1 mol/L的KOH溶液中的氢氧化反应(HOR)活性相当.以Ru/MCP-x和Ru/XC72为阳极催化剂进行电池装配(记为Ru/MCP-x电池和Ru/XC72电池),结果表明,当使用高进气流量(1000 mL/min)时,Ru/MCP-x电池和Ru/XC72电池性能接近;当使用更接近实际工况的低进气流量(200 mL/min)时,所有电池性能均有所下降,且降幅存在明显差距.其中,Ru/MCP-50电池和Ru/MCP-100电池的降幅分别为36%和35%,而Ru/MCP-30电池和Ru/XC72电池的降幅分别为43%和72%.通过在低进气流量下改变进气湿度,结果发现,Ru/MCP-30电池和Ru/XC72电池性能大幅下降的原因是阳极发生水淹.弛豫时间分布(DRT)方法可以将不同弛豫时间的极化过程在时域中分离开来,从而可以分辨各极化过程对电池性能的影响.利用电化学交流阻抗(EIS)技术结合DRT方法进一步分析各电池在不同电流密度下的阻抗行为,DRT结果表明,在低进气流量下Ru/XC72电池的传质极化电阻显著高于Ru/MCP-x电池,说明阳极水淹导致了Ru/XC72电池的气体传质受阻,因而电池性能大幅下降.当MCP孔径增加至50和100 nm时,传质极化电阻在不同电流密度下始终处于较低水平,电池未发生明显水淹.这说明孔径的增加有效地缓解了低进气流量下阳极的水淹问题,从而保持较高的电池性能.综上,本文利用EIS-DRT方法比较了不同阳极碳载体对APEFCs性能和气体传质极化电阻的影响,表明介孔碳载体有利于缓解APEFCs中的阳极水淹问题,具有作为阳极载体的潜力.

多糖聚电解质静电组装高强度水凝胶膜的组织粘接抑菌性

由交联的亲水高分子与大量的水组成的水凝胶具有良好的组织相容性,在生物医学领域有广阔的应用前景,但含水率高导致本体强度低(拉伸强度多低于0.1 MPa),表面形成水合层使其很难牢固地粘附在基材的表面。本工作采用两种带相反电荷的多糖聚合物,通过自组装制得了壳聚糖季铵盐/氧化透明质酸(HACC/HA-CHO)聚电解质复合水凝胶膜,带有正电荷及伯氨基团的HACC分子链与带有负电荷及醛基的HA-CHO分子链之间可形成相反电荷间的强静电相互作用,同时伯氨基团与醛基在分子链间还会发生席夫碱反应,两者协同作用使得HACC/HA-CHO水凝胶膜具有优异的拉伸强度(7.67 MPa)。此外,由于新鲜的生物组织表面也富含负电荷与伯氨基团,该水凝胶膜也能与生物组织在界面形成强的相互作用,产生良好的粘接效果。通过进一步引入四(4-羧基苯基)卟啉铁金属簇(Fe-TCPP),得到了Fe-TCPP@HACC/HA-CHO水凝胶膜,其具有优异的抑菌性能(抑菌圈直径为14.8 mm)。本研究为聚电解质复合水凝胶膜在生物医学防污领域中的应用提供了指导。

表面活性剂-聚电解质复合物超分子薄膜的自愈合性能调控

基于分子间弱相互作用的表面活性剂-聚电解质复合物超分子薄膜在水的塑化作用下具有一定的自愈合能力,这对于延长材料的使用寿命具有重要意义。文章通过合理的分子设计,选用相对分子质量更低的表面活性剂和侧链带电荷的聚电解质作为组装基元,提高分子的运动能力,从而提高超分子薄膜的自愈合性能。基于以上原理,本文实现了对超分子薄膜自愈合性能的调控,成功制备出自愈合效率达(101±27)%的表面活性剂-聚电解质复合物超分子薄膜,此方法为制备具有高自愈合效率的超分子薄膜提供了行之有效的途径。

有机溶剂和聚电解质提升MHET水解酶催化性能

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种广泛应用的塑料,但由于其难以自然降解导致严重的污染问题.PET水解酶和对苯二甲酸单乙二醇酯水解酶(MHETase)被认为是级联降解PET的关键酶,但尚未实现工业应用,本文针对MHETase开展稳定性研究以促进其工业开发.首先,选用4种不同的水溶性有机溶剂二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺、异丙醇和乙腈构建反应体系探寻最佳的MHETase反应条件,随后进一步研究有机溶剂和聚电解质预处理对MHETase催化活力和稳定性的影响.结果表明,当反应体系DMSO含量不高于10%时MHETase的活力几乎不受影响,其他条件下有机溶剂均会抑制MHETase活性,但这种抑制作用是可逆的,即该抑制可以通过去除有机溶剂来恢复.此外,低浓度的有机溶剂预处理能够提高MHETase的催化活力,且DMSO预处理能够提升MHETase的储存稳定性及热稳定性,MHETase在4℃下10%DMSO中储存96 h后的活力为原有活力的113%,在30℃下10%DMSO中孵育6 h后也能保持原有活力的103%.研究发现,MHETase活力可以通过阴、阳离子聚电解质孵育来提升,与等量阴、阳离子聚电解质共孵育的MHETase在4℃下10%DMSO中储存144 h也能保持118%的活力,但与DMSO预处理相比,聚电解质预处理对MHETase活力提升程度有限.本研究系统考察了有机溶剂和聚电解质对MHETase催化性能的影响,并指出DMSO和聚电解质的预处理有助于MHETase在常温下的储存和应用,为MHETase的工业应用提供了更多参考.

蓝莓花色苷聚电解质复合物制备及降脂活性比较

为提高蓝莓花色苷的稳定性和活性,该研究利用大豆分离蛋白和阿拉伯胶构建大豆分离蛋白/阿拉伯胶聚电解质负载蓝莓花色苷体系并进行表征,并对复合物的细胞降脂活性进行了较研究。在超声功率180 W、壁材质量比为10:4、壁芯质量比为10:1、包埋时间为1.0 h的条件下,得到包埋率为66.05%,ζ-电位为1比9.00 mV,平均粒径为2.53μm的不规则球状物,此条件下制备的复合物,在模拟胃液和肠液中2 h的释放率为71.05%、61.04%,比游离花色苷降低了19.16%、30.50%。通过HepG2细胞模型,检测TG、TC、SOD、MDA含量,结果发现,复合物的降脂活性优于游离花色苷,当花色苷质量浓度在50μg/mL时,复合物组的TC、TG、MDA含量为0.19 mmol/g prot、0.21 mmol/g prot、10.58 nmol/mg prot,比游离花色苷组下降9.70%、14.21%、17.12%;SOD酶活力为25.25 U/mg prot,比游离花色苷组提高9.54%。表明大豆分离蛋白和阿拉伯胶可高效结合花色苷,形成稳定的复合物,并具有良好的体外缓释效果,且复合物降脂活性高于游离花色苷。该研究可为后续开发降脂产品提供理论依据。

PVA基聚电解质渗透汽化膜的研究进展

介绍了聚电解质及其渗透汽化膜材料的优异性能,综述了聚乙烯醇(PVA)聚电解质渗透汽化膜材料的研究进展,阐述了两性聚电解质(APE)材料的特性,其内盐结构改善了膜的耐水性和耐高温性。90℃时,各种PVA基APE材料用于纯度为95%的工业乙醇脱水,分离因子在1 100～1 300,渗透通量为2 500～1 600 g/(m2.h),均优于现有的聚电解质复合物膜材料。APE材料在膜分离领域将会有广阔的发展前景。

水合作用与pH调控聚电解质刷的构象转变

我们基于Flory-Huggins理论,建立理论模型研究水合作用与pH调控聚电解质刷的构象转变.理论模型考虑聚电解质链与水分子间的作用(聚电解质链的水合作用)、体系中的静电作用.研究发现,随着水合作用的改变,聚电解质刷出现由溶胀到塌缩的构象转变.由此表明了水合作用可在很大程度调节聚电解质刷的相变.通过分析pH的调控效应我们还发现,在碱性环境中(pH=8),聚电解质链单体的解离度增大,静电排斥会使得聚电解质刷溶胀.由此表明,聚电解质刷内水合作用与静电效应的耦合,将会共同决定聚电解质刷的构象转变特性.理论结果深刻揭示了水合作用的改变,会使得聚电解质刷体系发生相变,pH可在很大程度上改变其相变特性.

聚电解质渗透汽化膜

介绍了聚电解质渗透汽化膜的研究进展 ,包括聚电解质以及聚电解质复合物的定义、特点、制备 ,着重介绍了近年来开发的一些重要的聚电解质渗透汽化膜的制备方法及其分离性能。

两性聚电解质溶液的分子热力学模型和分子动力学模拟

从带电硬球混合物出发采用化学缔合理论建立了聚电解质和两性聚电解质溶液的分子热力学模型 .用考虑溶剂的粘滞力和热浴随机力作用的分子动力学 (MD)方法模拟了聚电解质和两性聚电解质溶液的渗透系数 .对模型预测结果和MD模拟结果进行了比较 ,表明基于化学缔合理论的分子热力学模型可以用于聚电解质溶液和两性聚电解质溶液热力学性质的预测 ,对于均聚电解质溶液效果令人满意 ,对由直径不同的离子构成的聚电解质溶液 ,模型的预测效果变差 ,有待进一步改进 .

接枝尾端荷电聚电解质对超级电容器充电动力学特性影响研究

超级电容器系统接枝聚电解质对改善其性能有重要应用价值,例如可降低接触电阻、提升电容。通过求解包含水力学模型的连续性方程,研究了孔径为3 nm的纳米孔在接枝尾端荷电聚电解质情况下的充电动力学特性,研究发现聚电解质虽然会增大电荷存储,但较短的聚电解质会降低纳米孔内电解液对流强度,进而降低超级电容器功率,这是由于聚电解质的链长及表面电荷密度会改变反离子分布位置及数量,从而改变纳米孔内电解液对流驱动力的位置及大小。另外,还研究了电解液的对流作用对电荷存储机制的影响,研究发现纳米孔中心处的电解液流动增强了共离子解吸,促进了电荷存储机制从反离子吸附占主导向离子交换占主导转变。

聚电解质研究进展

介绍了聚电解质的性质及分类;综述了聚电解质作为絮凝剂、分散剂、高吸水树脂、药物缓释等材料,已被广泛应用于能源、生物医药、功能材料等诸多领域;展望了聚电解质今后的研究方向。

交联聚电解质纳米微粒的合成及研究

交联聚电解质纳米微粒的合成及研究马荣久金晓霞孙辉（吉林大学高分子研究所长春１３００２３）ＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄＳｔｕｄｉｅｓｏｆＣｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄＰｏｌｙｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓＭａＲｏｎｇｊｉｕ，ＪｉｎＸｉａｏｘｉａ...

pH值、盐浓度敏感性两性聚电解质微球的合成及性质

以丙烯酰胺(AM)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)和甲基丙烯酸(MAA)为单体,在乙醇介质中制备出对pH值、盐浓度双敏感的两性聚电解质微球。采用透射电子显微镜(TEM)和红外光谱(IR)方法对其形貌和结构进行了表征。研究了聚电解质微球在不同pH值溶液及NaCl、CaCl2盐溶液中粒径的变化情况。研究结果表明,第二步中反应制备的微球粒径为1 177 nm,多分散指数(PDI)为0.181;相比第一步反应制备的微球(d=764 nm;PDI=0.069)其粒径明显增大,PDI数值略有增加。当溶液pH<4.3时,微球的粒径随溶液pH值的减小而逐渐增加;当pH>4.3时,微球的粒径随溶液pH值的变大逐渐增加;pH=4.3时,微球的粒径具有最小值。盐溶液的pH值接近等电点时,在单价态NaCl溶液中,两性聚电解质微球表现出典型反聚电解质效应;而在多价态CaCl2溶液中,其粒径先增长再逐渐下降。

海藻酸钠和壳聚糖聚电解质微胶囊及其生物医学应用

本文综述了天然多糖聚电解质海藻酸钠和壳聚糖的结构与化学性能(包括凝胶性能、生物相容性、生物可降解性及温和反应性);微胶囊制备技术及其强度性能和膜渗透性评价方法;微胶囊作为细胞载体在体内分泌治疗性物质(如:胰岛素、多巴胺)或分解代谢毒性物质(如:尿素),作为三维药物筛选系统、干细胞增殖分化研究工具,以及药物释放载体等生物医学领域的研究进展;最后讨论了天然多糖微胶囊在研究与应用中需要解决的问题。

光响应性偶氮聚电解质自组装研究

将 3种侧链带有不同偶氮生色团的聚电解质 ,用逐层浸渍的方法使其组装成多层膜 .利用原子力显微镜 (AFM)研究了自组装膜的表面形貌以及随着组装层数增加的变化 .详细研究了在紫外光的照射下 ,薄膜内偶氮生色团由反式到顺式构型的光响应转变 ,以及在暗室中由顺式回复到反式构型的回复特性 .与自组装膜的光响应性和相应的旋涂膜进行比较发现 ,其中的PNAPE/PDAC自组装膜没有明显的光色效应 ,而PEAPE/PDAC ,PPAPE/PDAC具有明显的光色效应 .在暗室中 ,随生色团的结构不同和在不同的凝集态中 ,由顺式回复到反式构型的速率明显不同 .

聚(丙烯酰胺-丙烯酸)/聚(丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵)聚电解质复合溶液动态光散射研究

通过动态光散射、粘度和透光率测定，研究了聚（丙烯酰胺丙烯酸）［Ｐ（ＡＭＡＡ）］／聚（丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化铵）［Ｐ（ＡＭＤＭＤＡＡＣ）］聚电解质复合溶液的结构和性能．结果表明，Ｐ（ＡＭＡＡ）与Ｐ（ＡＭＤＭＤＡＡＣ）复合比、溶液浓度和氯化钠用量影响溶液中复合物的构象和流体力学半径．Ｐ（ＡＭＡＡ）与Ｐ（ＡＭＤＭＤＡＡＣ）分子链间适度的库仑相互作用，可形成均相Ｐ（ＡＭＡＡ）／Ｐ（ＡＭＤＭＤＡＡＣ）聚电解质复合溶液，复合物具有较伸展的构象和较大的流体力学半径，因而溶液粘度较高．Ｐ（ＡＭＡＡ）与Ｐ（ＡＭＤＭＤＡＡＣ）分子链间过强的库仑相互作用或小分子电解质的屏蔽作用，可使复合物构象卷曲，结构紧缩，流体力学半径减小，甚至产生相分离，导致溶液粘度降低．

疏水化水溶性聚电解质的增粘作用

疏水化水溶性聚电解质是一种大分子主链或侧链上含有少量疏水基团的新型水溶性功能高分子材料，在水溶液中具有良好的耐盐耐温增粘作用和贮存稳定性。对该类聚电解质的特殊增粘作用及分子结构、聚合物浓度、无机盐、机械剪切作用、ｐＨ、温度、表面活性剂、老化时间及与其他疏水化水溶性聚合物作用等影响因素进行了综述。

表面活性剂对污泥脱水性能影响的机理研究:Gemini表面活性剂与聚电解质相互作用的分子动力学模拟

表面活性剂可以与污泥表面的胞外聚合物(EPS)吸附形成胶束,释放出自由水和结合水,从而达到改善污泥脱水性能的目的.本文采用粗粒化的分子动力学模拟方法,研究了Gemini表面活性剂与EPS形成复合物的过程和结构.聚电解质链的亲疏水性对吸附过程有显著影响,亲水聚电解质链与Gemini表面活性剂吸附的主要驱动力为静电吸引,Gemini表面活性剂头基吸附在链上,尾链朝向溶剂;疏水聚电解质链与Gemini表面活性剂吸附过程由静电作用与疏水作用共同促进,Gemini表面活性剂以平行于聚电解质链的构型存在.Gemini表面活性剂联结基团长度对吸附过程的影响甚微;聚电解质链的电荷密度对亲水聚电解质链的吸附产生协同作用,对疏水聚电解质链的吸附不产生作用.

P(AA-DAC)两性聚电解质水凝胶的合成及性质

以丙烯酸(AA)和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)为单体,采用水溶液聚合法制备了P(AA-DAC)聚电解质水凝胶.采用红外光谱和核磁共振等方法对其结构进行了表征.研究了不同组成比的聚电解质水凝胶在去离子水、不同pH值溶液以及不同离子强度盐溶液中的溶胀行为.研究结果表明,摩尔比为1∶1的聚电解质水凝胶表现出典型的两性聚电解质凝胶的溶胀行为.离子强度对其溶胀行为有着显著影响,在溶液离子强度较高时,凝胶网络的溶胀主要受溶剂向凝胶内部扩散所控制,满足Fick型扩散规律n≤0.5,随着溶液离子强度的增加,凝胶网络平衡含水量增加,扩散系数增大.

用聚电解质渗透汽化膜进行乙醇脱水

Polyelectrolytes have a high hydrophilicity and can be used in pervaporation(PV) dehydration of alcohol. Chitosan(CS) used as polycation polysaccharide and carboxymethyl cellulose(CMC) used as polyanion polysaccharide were chosen as PV membrane materials. CS membrane cross linked with oxalic acid or citric acid and CS CMC polyelectrolyte membrane were prepared. The results showed that the polyelectrolyte membranes had an excellent PV performance for alcohol dehydration. For example, when the separation factor gone up to 2 300, the total flux of CS CMC polyelectrolyte membrane was above 800 g/(m 2·h) in 95% EtOH and at 72 ℃. The nature and content of crosslinking agents affected the separation properties of cross linked CS membrane. The total flux of the cross linked CS membrane increased with operating temperature increasing and corresponded to the Arrhenius equation.