双酚S型杂萘联苯共聚醚砜中空纤维膜结构和性能

以双酚S型杂萘联苯共聚醚砜(PPESS)为膜材料,聚乙二醇(PEG2000)为添加剂,采用干湿相转化法制备中空纤维膜,考察聚合物浓度、添加剂含量、牵伸速率、空气浴距离及芯液组成与膜结构和性能的关系.采用扫描电子显微镜观察中空纤维膜微观形貌,并对其性能进行研究.结果表明,聚合物浓度及添加剂含量的增加均会使铸膜液表观黏度呈上升趋势,中空纤维膜中海绵孔结构比例逐渐上升,水通量下降.牵伸速率及空气浴距离的增加使膜的水通量呈下降趋势,当牵伸速率为9 m/min,空气浴距离为10 cm时,膜具有较好的分离性能,水通量为106 L/(m^(2)·h),牛血清蛋白(BSA)截留率为99.8%,对尿素的清除率为52.4%.

磺化侧苯基杂萘联苯聚醚酮酮的合成与性能

以4-(3-苯基-4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮(DHPZ-P)、4-(4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮(DHPZ)和1,4-二(4'-氟苯甲酰基)苯(BFBB)为原料,经溶液亲核取代缩聚反应,通过调节DHPZ-P和DHPZ的比例,合成了一系列侧苯基杂萘联苯聚醚酮酮(PPEKK-P),然后以浓硫酸为磺化剂,制备出一系列磺化侧苯基杂萘联苯聚醚酮酮(SPPEKK-P).利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和氢核磁共振谱(1H NMR)对聚合物结构进行表征,结果表明,磺酸基团引入到聚合物链的侧苯基上.采用溶液浇铸法制备SPPEKK-P质子交换膜.SPPEKK-P膜的吸水率、溶胀率和质子传导率均随离子交换容量(IEC)的增加而增加,且具有较好的耐氧化性.IEC最高的SPPEKK-P-100膜的质子传导率在95℃能达到7.44×10-2S/cm,且甲醇渗透系数为5.57×10-8cm2/s,阻醇性能优于Nafion117膜.

磺化含侧苯基杂萘联苯聚醚砜质子交换膜材料的合成与性能

以4-(3-苯基-4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮、4-(4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮和4,4’-二氯二苯砜为单体,合成了一系列含侧苯基杂萘联苯聚醚砜,然后以浓硫酸为磺化剂,制备磺化含侧苯基杂萘联苯聚醚砜(SPPES-P)。采用FT-IR、1 H NMR对聚合物的结构进行了表征,表明磺酸基被成功地引入到聚合物侧链苯基上。采用溶液法制备了SPPES-P质子交换膜。考察了SPPES-P膜的吸水率、溶胀率、质子传导率,以及甲醇渗透性能和耐氧化性能,SPPES-P膜具有较好的阻醇性和耐氧化性能。

非溶剂添加剂对杂萘联苯聚醚砜超滤膜结构和性能的影响

以杂萘联苯聚醚砜(PPES)为膜材料,N-甲基吡咯烷酮为溶剂,丙酸(PAc)、乙醚(EE)和丙醇(PAL)为非溶剂添加剂,采用相转化法制备了PPES超滤膜.结果表明:在0.1MPa的操作压力下,以EE为添加剂时,随着邻近比α值的增加,膜的纯水通量减小,对PEG10000截留率基本保持在99%;以PAL为添加剂时,随着邻近比α值的增加,膜的纯水通量呈现先增大后减小的趋势;以PAc为添加剂时,随着邻近比α值的增加,膜的水通量增加,截留率略有降低,膜的断面结构由指状孔结构向海绵状孔结构转变.

含二侧苯基杂萘联苯聚芳醚砜的合成与性能

以4-(3,5-二苯基-4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮(DHPZ-dP)、4-(4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮(DHPZ)和4,4’-二氯二苯砜为单体,经高温溶液缩聚,通过调节DHPZ与DHPZ-dP的比例,合成了一系列含二侧苯基杂萘联苯聚芳醚砜(PPES-dPs)。核磁共振氢谱和傅里叶变换红外光谱结果表明产物结构与所设计结构相符合。PPES-dPs在N-甲基-2-吡咯烷酮与N,N-二甲基乙酰胺等溶剂中的溶解性较好,但不溶于乙醇等质子性溶剂。PPES-dPs的热性能随着DHPZ-dP含量的增加逐渐增强,5%热失重温度可达到500℃,拉伸强度大于75 MPa。

无机添加剂对磺化杂环共聚醚砜复合膜性能的影响

以磺化联苯型杂萘联苯共聚醚砜(SPPBES)为涂层材料,分别加入LiCl、NaCl、KCl作为无机添加剂配制浸涂稀溶液,在联苯型杂萘联苯共聚醚砜(PPBES)超滤底膜上,采用涂覆方法制备磺化杂萘联苯共聚醚砜复合纳滤膜(SPPBES-LiCl、SPPBESNaCl和SPPBES-KCl)。考察了无机添加剂对复合膜的分离性能的影响,复合膜对不同无机盐的脱盐率顺序均为Na_2SO_4>NaCl>Mg SO_4>MgCl_2,表现出荷负电纳滤膜的分离特征,以LiCl为添加剂所制备的SPPBES-LiCl复合纳滤膜的脱盐率最高,通量最小。研究了复合膜的耐热性能和耐氧化性能,当操作温度从20℃升至95℃时,SPPBES-LiCl复合膜的通量由46 L·m^(-2)·h^(-1)增加到130 L·m^(-2)·h^(-1),而脱除率下降约3%,相比于SPPBES-NaCl和SPPBES-KCl,SPPBES-LiCl复合膜分离性能随操作温度升高变化最小。在0.2 g·L^(-1)的NaCl O溶液中浸泡8 d,SPPBES-LiCl复合膜通量增大2%左右,而SPPBES-NaCl与SPPBES-KCl的通量增幅小于8%;相比于SPPBES-NaCl和SPPBES-KCl膜,SPPBES-LiCl复合膜具有更好的耐氧化稳定性。此外,3种磺化杂萘联苯共聚醚砜复合纳滤膜均表现出了较好的耐酸碱稳定性。

添加剂对PPBES中空纤维超滤膜结构和性能的影响

以杂萘联苯共聚醚砜为膜材料,N,N-二甲基乙酰胺作为制膜溶剂,采用干-湿纺丝工艺制备中空纤维超滤膜,分别考察不同添加剂对膜结构和性能的影响。结果表明,以聚乙烯吡咯烷酮作为添加剂时,随着添加剂含量的增加,膜的水通量逐渐下降,而截留率变化不大;以丁酮、丙酸以及丙醇作为添加剂时,随着添加剂含量的增加,膜的水通量和截留率的变化趋势不尽一致,膜的断面结构基本上是由指状孔结构向海绵状孔结构转变,但也各有差别。从添加剂和溶剂的分子与分子链的相互作用的行为及体系动力学和热力学状态的变化,对膜结构和性能的影响作了分析和解释。

浸没沉淀法制备杂萘联苯共聚醚砜膜的凝胶动力学研究

以杂萘联苯共聚醚砜(PPBES)为聚合物,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,对浸没沉淀法制备PPBES非对称膜的凝胶动力学进行研究。采用3D数字显微镜观察了PPBES/PVP/DMAc体系的凝胶过程,并计算成膜动力学因子(D_(e))以表征凝胶速度,系统考察了聚合物、添加剂浓度及凝胶介质中溶剂含量对PPBES铸膜液凝胶化速度和结构的影响。采用数字黏度计探究铸膜液表观黏度与PPBES及PVP浓度的关系,以及黏流活化能对D_(e)的影响。结果表明,PPBES浓度增大,D_(e)由10633μm^(2)/s降至4599μm^(2)/s,凝胶速度降低,指状大孔逐渐消失;PVP含量增加,凝胶速度先增大后降低,凝胶结构从指状孔转变为海绵孔;凝胶介质中DMAc的含量增加,凝胶速度降低。混合溶液的表观黏度与PPBES和PVP浓度呈正相关关系;PPBES浓度升高,聚合物溶液的黏流活化能增大,D_(e)下降。

反离子对磺化杂萘联苯共聚醚砜纳滤膜性能的影响

将磺化杂萘联苯共聚醚砜浸泡于盐溶液中制备得到磺酸盐型杂萘联苯共聚醚砜(SPPBES-M),对其进行FTIR和TGA表征.SPPBES-M的5%热失重温度高于489℃,具有优异的热稳定性.采用涂覆法制备SPPBES-M/PPBES复合纳滤膜,考察了浸涂液中SPPBES-M浓度、反离子种类、热处理温度以及热处理时间对复合纳滤膜性能的影响.结果表明,随着反离子(Li^(+)、Na^(+)和K^(+))离子半径增大,SPPBES-M/PPBES复合膜的通量由29增加到36L/(m^(2)·h),其脱盐率由65%降低至58%;随着热处理时间和热处理温度升高,复合膜的水通量降低而脱盐率升高,当热处理时间由10min延长至40min,SPPBES-100-K/PPBES复合膜的脱盐率由62%提高至83%.

杂萘联苯共聚醚砜血液透析膜的制备与性能

以不同结构的杂萘联苯共聚醚砜(PPBES)为膜材料,通过相转化法制备了一系列中空纤维血液透析膜.结合旋转黏度仪、接触角测量仪、扫描电子显微镜等,分析了PPBES结构对纺丝液的热力学稳定性、纺丝液旋转黏度、中空纤维血液透析膜结构及性能的影响.研究结果表明,随着PPBES中二氮杂萘酮结构单元含量的增加,纺丝液热力学稳定性降低,纺丝液黏度增大,膜的亲水性得到改善.血液透析膜对牛血清蛋白(BSA)的截留率均大于93%,纯水通量均大于23.9 L/(m^2·h),其中二氮杂萘酮结构单元质量分数为60%的血液透析膜的纯水通量和BSA通量分别为34.5和25.5 L/(m^2·h),通量恢复率为68.4%.中空纤维膜拉伸强度均大于6 MPa.

N-乙酰吗啉基聚氧乙烯甲基丙烯酸酯及其甲苯/正庚烷渗透汽化性能

性能优异的渗透汽化膜是芳烃/烷烃渗透汽化分离技术工业化应用的基础."孔填充"复合膜作为值得关注的芳烃/烷烃渗透汽化膜的研究方向之一,其分离性能主要由功能性接枝聚合物层决定.借鉴工业上分离精制芳烃的优秀溶剂N-甲酰吗啉的分子结构,设计合成了含吗啉酰胺基团的新型聚氧乙烯甲基丙烯酸酯大分子单体——N-乙酰吗啉基聚氧乙烯甲基丙烯酸酯,作为制备芳烃/烷烃渗透汽化"孔填充"复合膜的大分子接枝单体.采用核磁氢谱(^(1)H NMR)、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF)表征和确认了所合成的N-乙酰吗啉基聚氧乙烯甲基丙烯酸酯的分子结构.平衡溶胀和溶胀吸附-脱附实验的结果表明,与含羟端基的PEO500OHMA以及含甲醚端基的MePEO500MA商品聚氧乙烯甲基丙烯酸酯类大分子单体相比,N-乙酰吗啉基聚氧乙烯甲基丙烯酸酯具有较大的甲苯/正庚烷溶解选择性系数和较低的溶胀度,是理想的制备芳烃/烷烃渗透汽化"孔填充"复合膜的接枝单体.

钒电池用两性离子交换膜的研究进展

全钒氧化还原液流电池(钒电池)因具有响应速度快、操作安全、使用寿命长等优点成为大型储能装置领域的研究热点之一.离子交换膜作为钒电池关键组成部件之一,具有分隔正负极电解质和允许特定离子通过的功能.单一的阳离子交换膜或阴离子交换膜应用于钒电池时存在离子选择性和离子传导性无法兼顾的问题,而两性离子交换膜由于既含有阴离子交换基团又含有阳离子交换基团有望解决这一问题.本文主要介绍了近年来钒电池用两性离子交换膜的研究进展和存在的问题.未来钒电池用两性离子交换膜的发展方向是在保证选择性的基础上进一步提升离子传导性和稳定性,并降低制备成本.

磺化侧苯基杂萘联苯聚芳醚腈酮膜材料的研究

以4-(4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮、4-(3-苯基-4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮、2,6-二氯苯腈、4,4′-二氟二苯酮为原料,通过溶液缩聚反应,合成了侧苯基杂萘联苯聚芳醚腈酮(PPENK-P),并对PPENK-P进行磺化改性,制备出含有苯磺酸侧基的杂萘联苯聚芳醚腈酮(SPPENK-P).采用溶液浇铸法制备了SPPENK-P质子交换膜,并对其吸水率、溶胀率、机械性能、耐氧化稳定性、质子传导性等进行测试.结果表明,SPPENK-P可溶解于二甲基乙酰胺、二甲基亚砜等溶剂,5%的热失重温度在330℃以上;随着SPPENK-P中DHPZ-P单元比例的增加,SPPENK-P膜的吸水率、溶胀率、质子传导率增加,而耐氧化性降低;SPPENK-P膜在25℃下的吸水率均在8%以上,95℃下的质子传导率可达9.59×10^(-2) S/cm.

PPBES基膜厚度对复合膜水蒸气渗透性能的影响

使用非溶剂致相分离(NIPS)法,以杂萘联苯共聚醚砜(PPBES)制备不同厚度的PPBES超滤基膜.随着基膜厚度从53μm增加到260μm,基膜接触角、平均孔径、孔隙率和截留率增大,水通量降低.随后,以磺化含侧苯基杂萘联苯聚醚酮(SPPEK-P)为选择层,采用涂覆法制备SPPEK-P/PPBES复合膜.研究基膜厚度对复合膜水蒸气渗透选择性的影响,并对复合膜进行扫描电子显微镜和红外光谱表征.结果表明,随着基膜厚度增大,复合膜水蒸气渗透速率从2244GPU降低到1033GPU,水蒸气/氮气的选择性从445降低到288.

凝胶浴对钒电池用侧链型杂萘联苯聚醚酮多孔膜结构和性能的影响

以含苄基氯结构的杂萘联苯聚醚酮(CMPPEK-P)为原料、三甲胺为胺化试剂,通过先制膜后胺化的方式,利用水蒸气诱导相分离法(VIPS)成功制备了一种高性能钒电池用含有季铵基侧链的杂萘联苯聚醚酮(QAPPEK-P)多孔阴离子交换膜。研究了在VIPS过程中,不同浓度氯化钠水溶液(质量分数0%~26%,下同)作为凝胶浴对膜结构和性能的影响:提高氯化钠浓度,QAPPEK-P膜的孔隙率提高,面电阻显著降低,而其阻钒性能无明显变化。其中,在凝胶浴盐浓度为26%条件下制得的QAPPEK-P膜,装载其单电池的电池效率最佳:在电流密度为140 mA/cm2时,能量效率可达80%;且其电池性能在120 mA/cm2的电流密度下,充放电150个循环后无明显变化,显示出良好的化学稳定性,证明了QAPPEK-P在多孔阴离子交换膜在钒电池应用中的潜力。

聚[1-(4-三甲基硅基)苯基-2-苯乙炔]/碳纳米管杂化膜的渗透汽化性能

采用聚[1-(4-三甲基硅基)苯基-2-苯乙炔](PTMSDPA)为膜材料,与碳纳米管(CNT)杂化制备PTMSDPA/CNTs杂化膜,研究了碳纳米管含量对杂化膜的气体分离、渗透汽化性能的影响。结果表明,PTMSDPA与碳纳米管间π-π相互作用使得碳纳米管在聚合物基体中实现均匀分散。当碳纳米管质量分数为15%时,PTMSDPA/CNTs杂化膜的氧气渗透系数出现极大值(2880Barrers),为PTMSDPA均质膜的2.4倍;操作温度为30℃时,渗透汽化分离丁醇质量分数为1.5%的丁醇/水溶液,PTMSDPA/CNTs杂化膜的渗透通量、丁醇/水分离系数也达到极大值,分别为114g/(m^(2)·h)和69。溶胀吸附实验结果表明,PTMSDPA/CNTs杂化膜的丁醇/水渗透汽化性能主要来源于溶解选择性。

杂萘联苯共聚醚砜和聚醚酰亚胺的耐氨性探究

为考察杂萘联苯共聚醚砜(PPBES)和聚醚酰亚胺(PEI)的耐氨性,采用傅里叶变换红外光谱仪、万能材料试验机和乌氏黏度计,探究了氨水溶液以及氨气对PPBES和PEI的化学结构、力学性能和特性黏度的影响。结果表明,PEI在氨水溶液和氨气中均发生了酰亚胺环的降解反应,经过氨水溶液浸泡后,PEI的力学性能和特性黏度都有大幅度降低,甚至均质膜发生破裂;在氨气中放置30 d后,PEI由固态均质膜降解为黏稠状液体,耐氨性较差。而PPBES在氨水溶液和氨气中的化学结构没有发生明显变化,经氨水溶液浸泡后,PPBES的断裂伸长率由15.8%减小为13.6%,拉伸强度由71.6 MPa减小为68.5 MPa,特性黏度由0.70 dL/g减小为0.55 dL/g,但下降幅度小于PEI;PPBES在氨气中放置30和60 d前后的特性黏度在0.70~0.73 dL/g之间,没有发生明显变化,拉伸强度由71.6 MPa减小为66.5 MPa,断裂伸长率从15.8%增大为20.3%,与PEI相比,PPBES具有更好的耐氨性。

低截留分子量PPES超滤膜的制备

以杂萘联苯聚醚砜(PPES)为膜材料、N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂、有机小分子丙醇(PrOH)和无机小分子氯化锂(LiCl)作为混合添加剂,采用相转化法制备超滤膜。研究了聚合物浓度、混合添加剂配比、凝胶浴温度等对膜结构和性能的影响。结果表明:随聚合物浓度的增大,膜的纯水通量下降,截留率升高;混合添加剂,在PrOH含量为12%、LiCl含量为1.5%时,可制得纯水通量为252 L/(m2.h),对聚乙二醇1000(PEG1000)截留率为96%的超滤膜;随凝胶浴温度的升高,膜的纯水通量增加。

杂萘联苯共聚醚砜的非均相磺化

以杂萘联苯共聚醚砜(PPHES)为原料,氯仿为溶剂,浓硫酸为磺化试剂,采用非均相磺化法对PPHES进行了磺化改性,得到了一系列不同磺化度的磺化杂萘联苯共聚醚砜(SPPHES)。考察了浓硫酸浓度、磺化反应温度和时间等工艺条件对产物磺化度的影响。利用FT-IR、1H-NMR对SPPHES进行了表征。结果表明,磺酸基已成功引入到聚合物的主链中。TGA对SPPHES的热稳定性分析表明,SPPHES的分解温度高于280°C。

聚砜多孔支撑膜的结构调控及表征

以聚砜(PSf)为膜材料、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂、γ-丁内酯(GBL)为第二溶剂、异丙醇(IPA)为非溶剂添加剂、纯水为凝胶剂,采用浸没沉淀法制备了一系列平板支撑膜,考察了DMAc/GBL质量比、邻近比α值对铸膜液黏度、膜结构和性能的影响.结果表明,随DMAc/GBL质量比减小,铸膜液的黏度增大,聚砜平板膜的形态由指状孔结构向海绵状孔结构转变,膜表面孔径减小,孔径分布变窄;随α值的增大,铸膜液的黏度增大,指状孔的形成受到抑制,逐渐转变为海绵状孔结构,孔径分布变宽.