侧链末端为磺酸根基团的磺化改性聚砜的制备及其阳离子交换膜的基本性能

采用两步一锅法,在聚砜(PSF)主链上键联了末端基为磺酸根基团的侧链,获得了疏水主链与磺酸根基团"微相分离"结构的磺化改性PSF。以氯乙基异氰酸酯(CEIC)为亲电试剂,使PSF主链上的苯环发生付-克烷基化反应,制得侧链含有活性基团—NCO的中间产物聚合物PSFeic;通过活性基团—NCO与对羟基苯磺酸钠(HBSAS)生成氨基甲酸酯的较快速的反应,获得了侧链末端为磺酸根基团的磺化改性聚砜PSF-sas。采用FT-IR、1 H-NMR及紫外分光光度法对目标产物聚合物PSF-sas的化学结构进行了表征。以PSF-sas为膜材,采用流延法制备了PSF阳离子交换膜,测定了交换膜的基本性能,包括离子交换容量、吸水率及质子传导率。研究结果表明,在路易斯酸催化剂作用下,CEIC与PSF主链上苯环之间的付-克烷基化反应可顺利进行,生成中间聚合物产物PSF-eic;以强极性的二甲基乙酰胺(DMAC)为溶剂,反应24h,PSF-eic分子链中乙基异氰酸酯(eic)的键合量可达2.43mmol/g。在此基础上进行第2步反应,可得到磺酸根基团含量为2.23mmol/g的目标产物PSF-sas,所制备的阳离子交换膜,具有高的离子交换容量,适当的吸水率与高的质子传导率。     

基于阳离子交换基团的阴离子交换膜研究进展

近年来,阴离子交换膜燃料电池的发展受到了广泛关注。 开发具有碱稳定性能优异、电导率高的阴离子交换膜材料成为了研究的热点。 阴离子交换膜(AEM)主要由聚合物骨架和阳离子基团组成,除了聚合物骨架结构,离子交换基团是影响膜碱稳定性和电导率的重要因素,因此,设计离子基团是提高膜性能的重要手段之一。 本文综述了近年来功能基团分别为季铵、胍基、咪唑鎓盐、季鏻、金属配合物、N-螺环季铵盐、哌啶和吡咯等阳离子交换基团的AEM的研究进展,其中包括不同种类阳离子交换基团的AEM的结构,碱稳定性能和OH^-电导率,同时对于含有阳离子交换基团的AEM的结构设计进行了分析和展望。     

聚砜阴离子交换膜的制备及结构与性能研究

以1,4-二氯甲氧基丁烷(BCMB)为氯甲基化试剂,使聚砜(PSF)发生氯甲基化反应,制得了氯甲基化聚砜(CMPSF),考察了主要因素对聚砜氯甲基化反应的影响,并使用FTIR及1H-NMR等法对CMPSF的化学结构进行了表征.采用三乙胺(TEA)、三丙胺(TPA)及三丁胺(TBA)等3种叔胺对CMPSF进行了季铵化反应,并以4,4′-联吡啶为交联剂实施了交联反应,制备了聚砜阴离子交换膜(PSFAEM).测定了交换膜PSFAEM的主要性能,包括离子交换容量(IEC)、含水量(WC)及膜电阻(Rm).实验结果表明,使用BCMB,聚砜的氯甲基化反应可顺利进行,以氯仿为溶剂,以SnCl4为Lewis酸催化剂,可制得氯甲基化程度为1.75mmol/g的CMPSF.交换膜PSFAEM的IEC、WC及Rm与季铵化反应时间及叔胺的种类密切相关.季铵化反应时间相同时,采用烷基中碳原子数少的叔胺TEA所制备的交换膜具有高的IEC与WC,低的Rm;使用同一种叔胺时,随季铵化反应时间的增长,交换膜的IEC与WC增大,Rm减小.     

N-羧基吡啶功能化离子液体的表征

合成了系列新型N-羧基吡啶功能化离子液体, 利用1H NMR、13C NMR、IR、DSC对其进行表征并研究了其与常规溶剂的相溶性, 采用酸碱滴定法测量了系列离子液体的酸离解常数pKa值. N-羧基取代吡啶功能化离子液体的pKa值在2.5~4.0之间, 并随阳离子取代羧基碳链的增长而增大; 离子之间形成氢键及阴、阳离子的大小是影响离子液体熔点的主要因素. 阴离子越小, 熔点越高. 所合成的N-羧基吡啶功能化离子液体具有相同的相溶性且由取代羧基所决定, 与常见烷基咪唑离子液体相比, N-羧基吡啶功能化离子液体与丙酮、二氯甲烷并不相溶. 功能化离子液体的阳离子取代基是影响其物化性能的主要因素, 通过改变功能化基团碳链的长短及与不同阴离子进行组合, 可以对功能化离子液体物理、化学性能进行调节.     

多羧基酞菁铜、乙酰基二茂铁改性CMC/CS双极膜的制备及表征

柔性链高分子聚乙二醇(PEG)分别与阳离子交换膜层羧甲基纤维素钠(CMC)、阴离子交换膜层壳聚糖(CS)共混以增强界面的相容性和膜的机械性能.以金属有机高分子多羧基酞菁铜(CuPc)改性CMC、乙酰基二茂铁改性CS,采用流延法制备了CuPc-mCMC/mCS双极膜.双极膜溶胀性和热重分析结果表明膜改性后稳定性能得到提高.膜交流阻抗、I-V工作曲线的测定结果表明该双极膜阻抗及工作电压均较小.双极膜经改性具有较高的离子渗透性能。     

基于一锅法的磺化聚砜质子交换膜的性能

以双酚A型聚砜(PSF)为基质材料,通过傅-克烷基化反应在PSF主链引入—NCO活性基团,制备乙基异氰酸化聚砜(PS-SA)。 在制备PS-SA的基础上,采用两步一锅法,PS-SA与2-萘酚-6,8-二磺酸钾通过亲核取代反应,制备一种侧链含有萘环的萘磺酸型磺化聚砜PS-NS,充分表征聚合物的化学结构,以溶液浇注的方法制备质子交换膜,研究了温度对PS-NS膜的吸水率(WU,Water Uptaking)、吸水溶胀性(Swelling Ratio)、质子传导率(Proton Conductivity)等基本性能的影响。 结果表明,PS-NS膜由于亲水基团距离较远,能够很容易形成相分离结构,所制备的质子交换膜高WU下尺寸稳定性仍然很高,其中PS-NS-4膜(磺酸基团键合量为1.42 mmol/g)在25和85 ℃的WU高达27.2%和40.3%,但是相应的吸水溶胀性仅为25.2%和57.2%,与相同条件下Nafion115膜的性能十分接近。     

Pd/羧基功能化离子液体选择性催化氧化苯乙烯

 利用羧基对咪唑型离子液体的阳离子进行功能化,得到一系列具有不同羧基数目及与不同阴离子搭配的N-羧基功能化咪唑离子液体(TSILs), 进而构筑PdCl2/TSILs催化剂体系. 以过氧化氢为氧化剂,将PdCl2/TSILs用于选择性催化氧化苯乙烯合成苯乙酮. 研究结果表明, PdCl2/TSILs催化体系对目标反应具有理想的催化性能,羧基功能化离子液体的阳离子及其搭配的阴离子对苯乙酮的选择性和产率均有显著的影响. 阳离子的羧基数目越多,阳离子的不对称性越高, PdCl2/TSILs催化剂体系的活性越好. 含有相同阳离子的PdCl2/TSILs催化剂体系,其催化性能按照阴离子PF-6＜H2PO-4＜Cl-＜BF-4的顺序递增且与其酸强度顺序相反. 含有三羧基的功能化离子液体与PdCl2构筑的催化剂体系具有最佳的催化性能,在55 ℃下,该催化剂体系的转换频率值达到125 h-1, 苯乙烯可以完全转化且苯乙酮的选择性为91%.     

季铵化聚砜/层状双金属氢氧化物阴离子交换膜的制备与表征

共沉淀法制备的层状双金属氢氧化物(LDH)分散于氯甲基化聚砜的溶液,经流延法制备了有机-无机杂化膜.通过季铵化、碱性化处理,杂化膜被转变为阴离子交换膜(AEM).使用X-射线衍射对LDH和AEM样品的结构进行了表征,同时用扫描电镜对AEM样品形貌进行了直接观察,测试了AEM的吸水率、溶胀率、机械性能和离子传导率等.结果表明,LDH含量为5%的AEM具有最佳的综合性能,95℃的离子传导率为3.81×10-2S/cm.     

用于碱性膜燃料电池的新型聚苯醚阴离子交换膜的制备与性能

以2,6-二甲基聚苯醚(PPO)为原料, 经溴代及N-甲基咪唑季铵化反应, 制备了N-甲基咪唑季铵化PPO, 并进行了红外光谱(FTIR)和氢核磁共振波谱(¹H NMR)表征.所得季铵化产物与聚乙烯醇(PVA)按不同比例共混后用戊二醛交联成膜, 在碱性液中浸泡转化为OH^-型, 得到一系列阴离子交换膜.通过扫描电子显微镜(SEM) 、交流阻抗(AC)、拉伸实验和热重分析(TGA)等手段考察了膜的微观形貌及电导率、力学性能、热稳定性及耐碱性等性能.结果表明, 膜的外观形貌平整均一; 含水率为50.4%~151.2%; 溶胀度为79.2%~164.2%; 离子交换容量为0.47~1.52 mmol/g; 90℃时, M4膜的电导率高达49.1 mS/cm; 断裂伸长率达到128%, 极大改善了PPO膜应力易裂的状况.同时, N-甲基咪唑鎓基团分解温度达到170℃, 高于常用的阴离子交换膜中的季铵基团(120℃).在2 mol/L的NaOH溶液中浸泡192 h后, 电导率仅下降19%, 具备良好的耐碱性能力.     

液流电池用季铵化聚醚砜阴离子交换膜材料的研究

离子交换膜是液流电池的关键部件之一,理想的离子交换膜应具有较低的活性物质渗透率(即有较高的选择性)和较低的面电阻(即有较高的离子传导率),同时还应具有较好的化学稳定性和较低的成本[1,2].目前,全钒液流电池主要采用全氟磺酸类阳离子交换膜(如Nafion),其化学稳定性优异,但易造成钒离子的渗透,降低了电池的使用寿命,且Nafion膜价格昂贵;全钒液流电池的电解质溶液由不同钒电解质溶解在硫酸中组成,采用阴离子交换膜时,由于Donan效应钒离子的渗透将受到制约,与阳离子交换膜相比,具有较高的选择性.     

侧链磺化型聚砜质子交换膜的设计与制备及其性能研究

在制备氯甲基化聚砜(CMPSF)的基础上,以对羟基苯磺酸钠(HBSS)和羟基苯二磺酸钠(HBDSS)为亲核试剂,通过亲核取代反应,在聚砜(PSF)主链上分别键联了以苯磺酸根(BSS)和苯二磺酸根(BDSS)基团为末端基的侧链,制得了亲水磺酸根基团与疏水主链"微相分离"结构的2种侧链型磺化聚砜PSF-BSS和PSF-BDSS,并优化了制备条件.在对磺化聚砜产物进行充分表征(FTIR和1H-NMR谱)的基础上,采用流延成膜法制备了质子交换膜,测定了质子交换膜的基本性能,重点考察了质子交换膜"芳香性"主链和亲疏水微区"相分离"这2种结构因素对交换膜性能的影响.实验结果表明,在极性较强的溶剂中,CMPSF与羟基苯磺酸钠可顺利地发生亲核取代反应,于100℃经40 h反应可制得磺酸根键合量分别为2.07 mmol/g和2.11 mmol/g的磺化聚砜PSF-BSS和PSF-BDSS.所制备的质子交换薄膜具有较高的质子传导率(PSF-BDSS交换膜室温为4.7×10-2S/cm,80℃为8.1×10-2S/cm),优良的尺寸稳定性(室温溶胀率为8.6%,80℃溶胀率为30%),且具有良好的热稳定性与抗氧化稳定性.     

辐照三嵌段聚苯乙烯-丁二烯-4-乙烯基吡啶共聚物离子交换膜性能的研究——Ⅰ.季铵化、磺化试剂、反应温度对膜性能的影响

本文分别研究了以氯磺酸、浓硫酸为磺化试剂及一碘甲烷、二碘甲烷为季铵化试剂所制备的辐照聚笨乙烯-丁二烯-4-乙烯基吡啶离子交换膜的膜交换当量、吸水率,膜电位及膜电导率的性能。研究表明以氯磺酸为磺化试剂所制备的离子交换膜其离子交换当量比以浓硫酸寿磺化试剂的要高。以一碘甲烷为季铵化试剂制备的离子交换膜其离子交换当量要比以二碘甲烷为季铵化试剂的要高,但机械强度差。在相同条件下,提高反应温度,有利于膜的季铵化反应,而不利于膜的磺化反应。所制备的阴、阳离子交挟膜膜交换当量、膜电导率、吸水率及膜电位四者的关系是膜交换当量高则膜电导率、含水率高,而膜电位则下降。     

涂覆柱的离子色谱及淋洗液选择的研究

离子色谱分析中，影响离子交换选择性的因素颇多［１］。除固定相的基本结构外，尚有两个最重要的因素，即固定相上的离子交换功能活性基团结构和淋洗条件。近年来利用静态涂覆液态离子交换剂的阴离子分离柱，我们研究了不同结构季铵型和季　型阴离子交换剂对阴离子交换选择性的影响［２，３］，结果表明，它们皆具有相当不同的离子交换选择性的分离效果［４］。为进一步研究交换剂结构效应和选择优化淋洗条件，本文报道以疏水性更大氮杂三芳稠环结构的季铵化合物，即Ｎ－十六烷基－β－萘喹啉溴化　盐为交换剂涂覆于国产ＮＧＷ－０４苯乙烯－二乙烯苯共聚体白球上，制备了阴离子色谱分离柱，选择九种有机酸及其盐配制的淋洗液进行离子色谱性能研究，着重讨论了它们的分离效应。     

液膜型阴离子洗涤剂离子选择性电极的试制

近十年来,国际上曾对阴离子洗涤剂离子选择性电极开展了不少研究,如采用十六烷基吡啶、三辛基甲基铵、Ferrorin、Hyamine、结晶紫等阳离子染料为配对阳离子,分别试制了十二烷基硫酸根,辛基硫酸根和十二烷基苯磺酸根离子选择性电极。但是这些电极的稳定性和重现性都不够好,至多只能用作电位滴定的指示电极,用于直接电位法的尚未见有报导。我们试验了长碳链的季铵阳离子三庚基十二烷基铵与阴离子洗涤耕十二烷基苯磺酸形成的离子对化合物作为电极的活性材料,试制了新的液膜型阴离子洗涤耕     

后官能化工艺制备侧链离子结构的部分氟化阴离子交换膜

以十氟联苯、双酚A低温聚合制备可高温官能化的聚合物主链,以3,5-二甲基苯酚为功能侧链,采用后官能化工艺制备了系列不同离子交换容量(IEC)值的含侧链苄基季铵基团的部分氟化阴离子交换膜.用GPC、1H-NMR、19F-NMR、IR、SASX等表征了膜的分子结构及聚集态结构,并且测试了膜的各种性能.结果表明,该系列部分氟化阴离子交换膜的分子主链线性好,官能度可控,具有明显的微相分离结构.部分氟化结构和微相分离的侧链离子结构极大的改善了膜的吸水溶胀性、电导率和化学稳定性.QFPAE-95膜具有最高的氢氧根离子电导率和适度吸水溶胀性,80oC时离子电导率和溶胀比分别达到108.6 m S cm-1和42.6%.QFPAE-55具有最大的拉伸强度,达到21.01 MPa.该系列膜还具有出色的碱稳定性,QFPAE-55膜在1 mol/L Na OH溶液中于60oC下浸泡20天后,其电导率和IEC值分别保持为原膜的82.3%和84.2%,有望作为新型阴离子交换膜并应用于碱性膜燃料电池.     

具有高效长侧链的芘磺酸型磺化聚砜阳离子交换膜的性能

以双酚A型聚砜和无致癌毒性的溴甲基化试剂1,4-二溴丁烷为原料,通过烷基化反应在聚砜分子上引入可交换溴原子制备溴代聚砜(BPSF),将BPSF与8-羟基-1,3,6-芘三磺酸钠(TS)试剂通过亲核取代反应制备一种磺酸基团远离聚合物主链的芘磺酸型磺化聚砜(PS-TS)。采用溶液流延法制备PS-TS阳离子交换膜,通过控制亲核取代反应的时间制备了一系列磺酸基团含量不同的磺化聚砜膜PS-TS-n(PSF-TS-1(0.79 mmol/g)、PSF-TS-2(1.01 mmol/g)、PSF-TS-3(1.28 mmol/g))。结果表明,由于亲疏水区域距离较远,形成的相分离程度明显,PSF-TS膜在高吸水率下仍能保持很好的尺寸稳定性,随着磺酸基团含量增多,相分离程度增强,其中磺酸基团含量为1.32 mmol/g的PSF-TS-3膜在25和85℃的溶胀率仅为22.9%和51.3%,相应的质子传导率达到了0.088和0.149 S/cm,尺寸稳定性超过了商业化Nafion115膜在相同条件下的性能,有望用于燃料电池的实际应用。     

羧基功能化离子液体表面修饰TiO2纳米微粒的制备及结构表征

本文用沉淀法制备了羧基功能化离子液体表面修饰半导体TiO2纳米颗粒, 并用FTIR, TEM, XRD和XPS对其结构进行了表征. 初步探讨了羧基功能化离子液体修饰TiO2纳米微粒的形成机理.     

光敏自组装多层膜用于向列型液晶光控取向的研究

合成了含有光敏基团、双端为季铵阳离子的有机铵盐.将这种季铵盐与聚乙烯基苯磺酸钠用LBL(Layer-by-layer)方法组装成多层分子沉积膜,紫外光谱证明,这个过程为逐层、均匀沉积过程.在偏振紫外光照射下,多层膜中和光矢量方向匹配的光敏基团发生[2+2]环加成反应,形成表面张力各向异性膜.用该薄膜作向列相液晶的取向膜制成反平行液晶器件,在偏光显微镜下观察,发现取得均一、稳定的取向效果.     

钴离子配位分子印迹聚合物膜渗透特性的研究

采用分子印迹技术紫外光引发原位聚合的方法制备了带支撑膜的钴离子配位分子印迹聚合物膜. 用扫描电镜测定了膜的表面形貌. 通过膜渗透实验表明, 在一定浓度钴离子存在下, 印迹膜对模板分子表现出良好的渗透选择性. 分别考察了阳离子和阴离子对印迹膜渗透模板分子的影响. 本工作有助于分子印迹技术应用于传感器技术和连续分离技术的研究.     

液流电池用季铵化聚醚砜阴离子交换膜材料的研究

离子交换膜是液流电池的关键部件之一，理想的离子交换膜应具有较低的活性物质渗透率（即有较高的选择性）和较低的面电阻（即有较高的离子传导率），同时还应具有较好的化学稳定性和较低的成本。目前，全钒液流电池主要采用全氟磺酸类阳离子交换膜（如Nafion），其化学稳定性优异，但易造成钒离子的渗透，降低了电池的使用寿命，且Nafion膜价格昂贵；全钒液流电池的电解质溶液由不同钒电解质溶解在硫酸中组成，采用阴离子交换膜时，