预氧化对聚丙烯腈膜结构及性能的影响研究

以聚丙烯腈(PAN)为前驱体,N-甲基吡咯烷酮为溶剂,水为凝胶介质,采用干-湿相转化法制备不对称PAN基聚合物膜,通过FT-IR、XRD、SEM等手段进行结构表征及恒压力变体积法测试气体渗透性能,主要探讨了PAN膜在空气预氧化处理过程中的化学和微结构变化规律及预氧化工艺条件(预氧化温度、恒温时间及空气流率)对PAN膜的结构和气体渗透分离性能的影响.研究表明,在空气预氧化过程中,PAN膜的化学结构经氧化交联由线性结构转变为体型结构,PAN由热塑性变为热固性材料.预氧化工艺对PAN膜性能有很大的影响.提高预氧化温度、延长恒温时间以及增大空气流率均有利于膜性能的提高,但当预氧化条件超过一定程度后,膜性能反而降低.SEM分析表明,预氧化处理后的膜仍具有聚合物膜的基本孔形貌.

聚丙烯腈基不对称膜相转化过程中孔结构形成研究

采用L-S相转化法制备聚丙烯腈不对称膜,使用光学显微镜测试非溶剂在铸膜液中的扩散速率,结合光穿透实验、扫描电子显微镜及气体渗透性能测试结果,研究相转化过程中溶剂种类、铸膜液浓度及蒸发时间对成膜过程中孔结构形成过程的影响.结果表明:成膜工艺对相转化过程中的孔结构的形成有明显影响.不同溶剂制备的铸膜液其黏度及溶剂与非溶剂溶解度参数差不同,影响非溶剂在铸膜液中扩散系数.增加铸膜液浓度,其黏度增加;延长蒸发时间,膜的致密层厚度增加,二者都使非溶剂在铸膜液中的扩散系数下降,从而影响相转化过程中孔结构的形成.

APTES改性的SiO_2/PAN杂化膜的制备及其超滤性能研究

以聚丙烯腈(PAN)为基体,N,N-二甲基乙酰胺为溶剂,正硅酸乙酯(TEOS)为无机前体,3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为添加剂,原位合成了SiO_2/PAN杂化膜.借助于扫描电镜、红外光谱、接触角和渗透性能试验等测试手段,研究了APTES对SiO_2/PAN杂化膜的微观形貌、化学结构、亲水性及渗透性能的影响.结果表明,原位合成法制备SiO_2/PAN杂化膜的过程中,APTES使SiO_2表面拥有一定量的—NH_2官能团,提高了SiO_2与PAN的相容性,使其在PAN基体中分散得更均匀,不但使膜具有更薄的皮层和尺寸更大的垂直指状孔结构,还进一步提高了膜表面的亲水性、水通量和抗污染性能,其中,APTES添加量为12%的(T/A_(12))/PAN膜的纯水接触角最小,纯水通量为260.43L/(m^2·h),且对BSA的截留率保持在99%以上.

不同分子量聚丙烯腈共混膜的制备与表征

将普通分子量聚丙烯腈(C-PAN,Mw=18 000)与超高分子量聚丙烯腈(UHMW-PAN,Mw=1 780 000)共混,采用干-湿相转化法制备不对称共混膜.考察了聚合物浓度、共混比、凝胶浴温度、刮膜厚度、添加剂浓度等对膜结构及性能的影响.采用扫描电镜、纯水通量和BSA截留率等测试手段对所制备膜的结构及性能进行表征.结果表明:共混比及成膜过程对共混膜的结构及性能有重要影响.当铸膜液浓度为12%,C-PAN/UHMW-PAN共混比为2∶3,凝胶浴温度为40℃,刮膜厚度为100μm时,共混膜的纯水通量为580L/(m^2·h),BSA截留率为99.99%.随添加剂浓度增加,交联膜大孔结构减少,海绵状孔结构增加,导致其纯水通量降低,BSA截留率增加,膜的结构可以通过上述因素进行结构调控.

氧化黑磷纳米片/SPEEK复合质子交换膜制备及性能

本文以红磷为前驱体,采用机械研磨法制备黑磷粉末,并通过液相剥离制备了氧化黑磷(OBP)纳米片.进一步,将OBP纳米片与磺化聚醚醚酮(SPEEK)聚合物共混,制备掺杂量为0~2.5%(质量分数,下同)的SPEEK/OBP复合质子交换膜.通过透射电镜表征了OBP形貌,并通过FTIR和XPS谱图确定OBP表面含有丰富的含氧官能团.这些含氧官能团可促进复合膜吸水,同时,可与SPEEK中磺酸基团形成氢键网络,促进质子传递.与纯SPEEK膜相比,SPEEK/OBP复合膜具有较高的离子交换容量、吸水率、溶胀率和质子传导率.当OBP纳米片添加量为2.0%时,SPEEK/OBP复合膜性能最优,其质子传导率在30℃时为0.026 S/cm,为纯SPEEK膜的1.73倍.

N,Sn掺杂的TiO_2对Pt/C电催化活性的影响

研究了N及Sn元素掺杂的TiO2(NTT)对Pt/C电催化活性的影响,并在全增湿及低增湿工况下,考察了NTT/Pt/C催化剂所构成的质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能。制备了N及Sn掺杂的TiO2,X射线光电子光谱法(XPS)、透射电子显微镜法(TEM)及X射线衍射光谱法(XRD)表征说明N及Sn元素已经掺入到TiO2中,其颗粒平均粒径为14.3nm,晶形为单一锐钛矿型。以不同比例混入Pt/C催化剂后,对NTT/Pt/C共混催化剂进行了循环伏安扫描和旋转圆盘电极测试,研究了其对Pt/C催化剂电化学活性面积及氧还原半波电位的影响;并在不同增湿条件下,在单电池中对NTT/Pt/C及Pt/C催化剂进行了测试。结果发现NTT不仅可以促进Pt/C催化剂活性,并且具有一定的保水能力,在低增湿工况下可以显著提升PEMFC的性能。

碱性阴离子交换膜的碱稳定性

碱性阴离子交换膜(AEMs)是碱性阴离子交换膜燃料电池的核心部件之一,目前已成为制约碱性阴离子交换膜燃料电池发展的关键因素.离子传导基团在碱性条件下,容易受到氢氧根离子的攻击发生降解.本文主要从以下3个方面介绍了近期AEMs在耐碱稳定性方面的研究成果:(1)开发稳定的离子传导基团,并通过提高离子传导基团的电子密度和增大缺电子位置的空间位阻提高离子基团的稳定性;(2)在离子传导基团与聚合物主链之间引入长烷基侧链;(3)合成不含醚氧键的聚合物主链,改善AEMs的耐碱稳定性.