接枝型镉离子印迹膜的制备及其识别选择性能

以乙二胺(EDA)为试剂,对氯甲基化聚砜微滤膜(CMPSF)进行化学改性,制得胺基化聚砜微滤膜(AMPSF);然后在AMPSF膜与水溶液界面处,构建—NH2/S2O2-8表面引发体系;最后以对苯乙烯磺酸钠(SSS)为单体、Cd~(2+)为模板、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,采用接枝/交联与离子印迹同步进行的方法,制得接枝型Cd~(2+)印迹膜(GIIM)。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)及光学显微镜(OM)对印迹膜进行表征,并深入研究了印迹膜对Cd~(2+)的识别选择性能和渗透分离性能。结果表明,印迹膜对Cd~(2+)具有优良的结合亲和性、识别选择性及渗透分离性,结合量与渗透量分别高达1.41 mmol/cm2和0.95mg/mL,而相对于参比离子Pb~(2+)和Zn~(2+),印迹膜对Cd~(2+)的选择系数分别为9.97和11.9。     

羧基功能化微滤膜PSF-g-PMAA的制备及对三嗪类除草剂的截留去除性能

使用过硫酸盐在胺基化的氯甲基化聚砜微滤膜表面形成—NH₂/S₂O₈^2-氧化还原引发体系,将甲基丙烯酸(MAA)接枝聚合到聚砜微滤膜表面,得到羧基功能化PSF-g-PMAA微滤膜.采用等温吸附和渗透实验,考察了PSF-g-PMAA膜对三嗪类除草剂(扑草净、莠灭净、阿特拉津)的截留去除性能.结果表明,基于静电相互作用和氢键的协同吸附作用,PSF-g-PMAA膜对三嗪类除草剂显示出良好的去除效果,其中对莠灭津的最大吸附量达到0.18μmol/cm²(41μg/cm²).采用膜面积为1.77 cm²的注射过滤器,PSF-g-PMAA膜对浓度为0.8 mg/L的三嗪类除草剂溶液的截留率接近100%(渗透液体积100 mL).     

表面引发接枝聚合法制备高接枝度的接枝微粒SiO2-g-PMAA

将偶联剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷(AMPS)键合在硅胶微粒表面,得到改性微粒AMPS-SiO2;使改性微粒表面的氨基与溶液中的过硫酸铵构成氧化-还原引发体系,实现了甲基丙烯酸(MAA)在硅胶微粒的表面引发接枝聚合,制得了高接枝度(0.30 g/g)的接枝微粒SiO2-g-PMAA;研究了影响表面引发接枝聚合的主要因素。 结果表明,适宜的温度为40 ℃。 已接枝到硅胶表面的聚合物层对后续的接枝聚合产生阻隔作用。 适宜的引发剂用量为单体质量的1.1%,适宜的单体质量分数为5%左右。     

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.     

表面引发接枝聚合法制备接枝微粒PHEMA/SiO2及其8-羟基喹啉功能化转变研究

通过用表面引发接枝聚合和高分子反应制备8-羟基喹啉型复合螯合微粒.首先使用γ-氨丙基三甲氧基硅烷(AMPS)对微米级硅胶微粒进行表面改性,制得改性微粒AMPS-SiO2;使改性微粒AMPS-SiO2表面的氨基与溶液中的过硫酸盐构成氧化-还原引发体系,实施了甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)在硅胶微粒表面的高效引发接枝聚合,制得了接枝微粒PHEMA/SiO2.又以5-氯甲基-8-羟基喹啉(CHQ)为试剂,使接枝的PHEMA发生大分子反应,实现了接枝微粒PHEMA/SiO2的8-羟基喹啉功能化转变,制得了复合微粒HQ-PHEMA/SiO2.采用多种手段对两种微粒进行了表征,重点研究了氨基-过硫酸盐表面引发接枝体系的接枝聚合机理,并研究了CHQ与接枝PHEMA的醇羟基之间取代反应的机理,还初步考察了功能微粒HQ-PHEMA/SiO2对重金属离子的螯合吸附性能.研究结果表明,氨基-过硫酸盐表面引发接枝聚合体系具有很高的引发活性,在室温(30℃)即可制得高接枝密度(40 g/100g)的接枝微粒PHEMA/SiO2;CHQ与接枝PHEMA的醇羟基之间的取代反应遵循SN1的反应历程,使用强极性溶剂有利于反应的进行.微粒HQ-PHEMA/SiO2对重金属离子呈现很强的螯合吸附能力,是一种功能复合微粒.     

萘甲酸功能化聚砜的制备及其与Eu(Ⅲ)稀土离子配合物的荧光发射特性

以1,4-二氯甲氧基丁烷(BCMB)为氯甲基化试剂,使聚砜(PSF)氯甲基化(CM),形成氯甲基化聚砜(CMPSF),然后用6-羟基-2-萘甲酸(HNA)使CMPSF的氯甲基与HNA的酚羟基之间发生亲核取代反应,将萘甲酸(NA)配基键合在聚砜侧链,制得了功能化改性的聚砜NAPSF。采用红外光谱和核磁共振氢谱对其结构进行了表征。考察了主要因素对CMPSF与HNA之间亲核取代反应的影响规律,分析了反应机理,优化了反应条件。结果表明,CMPSF与HNA之间取代反应的速率与亲核试剂HNA的浓度无关,遵循SN1的反应机理;使用极性较强的溶剂二甲亚砜,有利于亲核取代反应的进行;在适宜条件下,CMPSF的氯甲基转化率可达96%,NA的键合量为1.68 mmol/g。将NAPSF与Eu(Ⅲ)离子配位,制得了聚合物-稀土配合物NAPSF-Eu(Ⅲ),它不仅发射出Eu3+离子的特征荧光,而且对Eu3+离子的荧光发射显示出很强的敏化作用。萘甲酸功能化的大分子配基NAPSF对Eu3+离子的敏化作用,远强于苯甲酸(BA)功能化的大分子配基BAPSF对Eu3+离子的敏化作用。     

在聚合物微球HEMA/NVP表面接枝聚合甲基丙烯酸的研究

采用悬浮聚合法制备了甲基丙烯酸羟乙酯与N-乙烯基吡咯烷酮的交联共聚微球;接着用甲基丙烯酰氯对交联微球进行了表面化学改性,将可聚合双键引入微球表面,制得了改性微球;然后,用"接出"法实施了甲基丙烯酸(MAA)在改性微球表面的接枝聚合,得到了接枝微球.用红外光谱法对几种微球的化学结构进行了表征,使用扫描电镜观察了形貌;考察了对MAA接枝聚合的主要影响因素.结果表明,交联微球在表面改性后,可顺利地实现MAA在微球表面的接枝聚合;在接枝聚合过程中,微球表面所产生的接枝聚合物层会形成动力学位垒,反应12h后接枝度不再变化,且在接枝度-温度与接枝度.引发剂用量曲线上出现最高点;接枝聚合适宜的反应温度为70℃,引发剂用量为单体质量的0.3%.对碱性蛋白的吸附性能的观察表明,在氢键与静电相互作用的协同作用下,接枝微球对溶菌酶具有很强的吸附能力.     

表面引发接枝聚合法制备凹凸棒土/聚甲基丙烯酸甲酯杂化粒子的研究

将γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)接枝到凹凸棒土(AT)表面,制得表面键合伯氨基的改性粒子AT-APTES;通过AT-APTES表面的伯氨基和过硫酸铵(APS)构成氧化-还原引发体系,采用无皂乳液法实现甲基丙烯酸甲酯(MMA)在AT表面接枝聚合,制得最高接枝率为29.4%的杂化粒子AT-g-PMMA;采用红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、透射电镜(TEM)以及热失重分析(TGA)等方法对杂化粒子AT-g-PMMA进行了表征;研究了主要配方及工艺条件对表面引发接枝聚合接枝率的影响.结果表明,伯氨基-过硫酸铵引发体系可以有效引发MMA在AT表面接枝聚合,由于引发点位于AT表面,故接枝率较高.本研究体系适宜的温度为65℃,单体MMA用量为水质量的6%,APS用量为单体质量的1%,此工艺条件下可有效减小均聚反应对接枝聚合反应的影响.先接枝到AT表面的聚合物对后续的接枝聚合反应产生抑制作用,接枝率越高,抑制作用越大.     

阳离子功能接枝微粒QPDMAEMA/SiO_2的制备及其对阿魏酸吸附特性的研究

使含有氨基的改性硅胶微粒表面的氨基与溶液中的过硫酸盐构成氧化-还原引发体系,实施了甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEMA)在硅胶微粒表面的引发接枝聚合,制得接枝微粒PDMAEMA/SiO2;又以氯乙胺为试剂,使接枝的大分子PDMAEMA的叔胺基团发生季铵化反应,实现了接枝微粒PDMAEMA/SiO2的季铵化(Quaternization)转变,制得了阳离子性功能接枝微粒QPDMAEMA/SiO2。采用红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)及Zeta电位测定等多种手段对两种微粒进行了表征。主要研究了温度对接枝聚合和季铵化转变反应的影响,优化了反应条件。还考察了功能接枝微粒QPDMAEMA/SiO2对阿魏酸的子吸附性能。研究结果表明,采用-NH2//S2O82-表面引发体系,可有效地实现DMAEMA的接枝聚合,适宜的反应温度为35℃;氯乙胺与接枝微粒叔胺基团之间的季铵化反应可顺利进行,适宜的反应温度为60℃,叔胺基团的季铵化度可达82%。凭借主-客体之间的强静电相互作用并协同以阳离子-π相互作用,功能接枝微粒QPDMAEMA/SiO2对阿魏酸可产生很强的吸附作用,在中性条件下,吸附容量高达187mg/g。     

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.     

质子交换膜燃料电池用膜材料的性能表征

质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键组件之一,其性能的好坏在很大程度上决定了PEMFC的性能。本文对PEMFC膜材料的性能表征进行了综述,讨论了膜材料的孔隙率、密度、粘度、磺化率、稳定性、选择透过性及导电性等性能的表征。     

纳米复合膜在膜分离领域的研究进展

基于纳米材料的独特性质,将其引入高分子膜所制得的纳米复合滤膜有望解决目前制约膜技术发展的“上限平衡”问题。 本文综述了碳纳米管、石墨烯、SiO2、TiO2、分子筛、ZrO2以及纳米银颗粒等纳米复合膜在膜分离领域的研究进展。 这些纳米材料对于提高复合膜的机械稳定性、亲水性、选择性、渗透性及抗污染能力等有显著的效果。 此外,对纳米复合膜的发展与应用做了展望,也对其研究中存在的问题和解决方法进行了阐述。     

聚酰亚胺微孔膜疏水化用于膜蒸馏

采用聚合物表面涂覆改性的方法，将疏水性聚合物硅橡胶涂覆在聚酰亚胺亲水微孔膜上，制得了具有良好膜蒸馏性能的聚酰亚胺疏水微孔复合膜。研究了涂覆工艺条件对所得聚酰亚胺疏水微孔复合膜的膜蒸馏性能的影响。结果表明，控制适当工艺条件可制得具有高膜蒸馏通量的聚酰亚胺微孔复合膜，其透过系数可达２．１７×１０－３ｋｇ／ｍ２·ｈ·Ｐａ。该改性聚酰亚胺疏水微孔复合膜使用３７ｄ后，截留率仍保持在９９．５％以上，具有较长使用寿命。     

Membrane Potential of Composite Bipolar Membrane in Ethanol-Water Solutions: The Role of the Membrane Interface

The membrane potential across a composite bipolar membrane (CBM) composed of a cation-exchange membrane with an anion-exchange membrane is theoretically and experimentally analyzed for LiCl ethanol-water solutions. The theoretical approach is based on an extension of the Donnan equilibrium and the Nernst-Planck equation of monopolar charged membranes for the case of two ion-exchange layers by considering the effect of electrolyte ion pairing in the external solution. The experimental results show that the effective membrane charge densities of the two ion-exchange layers will become smaller than those which are separately estimated for each layer. We have introduced a contact factor, zeta, into the theoretical approach to clarify this phenomenon in this study, and the theoretical predictions were in good agreement with the experimental data. The membrane potential measurements show that CBM has the characteristics of a bipolar membrane and can significantly contribute to a better electrochemical characterization of the CBMs. Copyright 1999 Academic Press.     

质子交换膜燃料电池有序化膜电极

质子交换膜燃料电池的核心部件--膜电极经历了两代传统制备方法后,已经进入第三代有序化膜电极发展阶段.有序化膜电极包括质子导体有序化膜电极和电子导体有序化膜电极两大类,而电子导体有序化膜电极包括催化剂材料有序化膜电极和催化剂载体材料有序化膜电极.有序化膜电极具有良好的电子、质子、水和气体等多相物质传输通道,从而可以大大降低膜电极中Pt载量、提升燃料电池的发电性能和延长燃料电池寿命.本文整理了近几年有关有序化膜电极的研究报道,梳理了有序化膜电极研究进展,归纳比较了各种有序化膜电极制备方法的优缺点,对未来高性能、低成本和长寿命的膜电极制备技术开发具有指导意义.     

质子交换膜燃料电池梯度化膜电极

为实现质子交换膜燃料电池的高性能(高功率密度或大电流密度)、低成本(低铂载量)、长寿命发电,人们尝试在燃料电池的核心部件膜电极结构中引入梯度化设计的概念。梯度化膜电极包括膜电极中各组件的梯度化:气体扩散层的PTFE含量与孔隙率的梯度化,催化层的催化剂与Nafion用量的梯度化以及微孔层的疏水性与孔隙率的梯度化。梯度化膜电极中催化剂分布、孔隙率分布、亲/疏水性分布合理,具有良好的三相反应界面以及质子、电子、反应气体、水等多相物质高效传输通道,从而能满足在低铂载量、低加湿以及高电流密度条件下高性能稳定工作。本文整理了近几年来有关燃料电池梯度化膜电极研究的相关文献,梳理了梯度化膜电极研究发展脉络,归纳总结了各种梯度化膜电极的制备方法、性能以及构效关系,并展望了梯度化膜电极下一步研究方向,对高性能、低成本、长寿命的燃料电池开发具有指导意义。     

Membrane electrochemistry

Electrochemistry and biomembranes are interface science in that both are concerned with the phenomena at, as well as across, the interfaces. Membrane electrochemistry may be defined as the application of electrochemistry to biomembrane studies. Additionally, transport processes within the membrane are involved in biomembranes. Since biomembranes are diverse and are usually not amenable to probing by electrochemicophysical techniques, model membrane systems have been developed for their investigation.

The introduction of experimental bilayer lipid membranes (BLM) technique and its modifications have been instrumental in the development and testing of membrane transport concepts (carriers vs channels) and electronic processes in membranes. Instead merely viewing a biomembrane as a physical barrier containing carriers or channels to carry out ionic processes, an ultrathin lipid or biological membrane can also be considered as a complete ‘electrochemical cell’ with one membrane/solution interface reducing (as a cathode) and the other membrane/solution interface oxidizing (as an anode). It is now possible to understand energy transduction (charge generation, separation, and redox reactions) in terms of ultrathin lipid membranes separating two aqueous solutions.

In this paper, we shall discuss the basic principles of electrochemistry as they are applied to membrane studies. Emphasis will be on experimental bilayer lipid membranes (BLM) which have been extensively investigated as models of biomembranes.     

感光性聚丙烯腈超滤膜紫外光接枝制备温敏型分离膜

紫外光接枝;感光性;n-异丙基丙烯酰胺;温敏性     

自交联聚乙烯亚胺-聚砜高温质子交换膜研究

为了制备出兼具高电导率和优异力学性能的高温质子交换膜,本工作采用化学自交联的方法将含氮功能基团聚乙烯亚胺（PEI,平均分子量200）接枝到氯甲基化聚砜（CMPSF）高分子链上制备磷酸掺杂型高温质子交换膜的基膜（PEI-PSF）.其中,PEI上的含氮功能基团既作为磷酸吸附位点,使高温质子交换膜获得高的质子传导率,同时又作为交联位点与CMPSF高分子链上的苄氯基团发生自交联反应,使聚合物膜具有优良的力学性能.傅里叶变换红外光谱和X-射线光电子能谱测试结果表明,CMPSF高分子链上的苄氯基团与PEI上的含氮功能基团发生完全反应,且随着聚砜氯甲基化程度的增加,膜中引入的PEI含量相应增加,进而提升了PEI-PSF膜的磷酸掺杂水平.氯甲基化程度为58%的PEI-PSF膜（PEI-PSF-58）磷酸吸附量达到122 wt%,在180℃无水条件下质子电导率达到3.4×10^-2 S·cm^-1,同时该复合膜拉伸强度达到30 MPa.基于磷酸掺杂的PEI-PSF-58复合膜的高温质子交换膜燃料电池在150℃干气条件下的输出峰功率达到200 mW·cm^-2,并且在78 h的测试时间内展示出了良好的稳定性.     

Influence of Composite Electrolyte Membrane for Proton Exchange Membrane Fuel Cells

The operation of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) under humidified condition using composite sulfonated polyether-ether ketones (sPEEK) membrane 1 is reported. Composite sPEEK membrane that were used in this report, have been produced and compared by additional of i.e. organic polymer (Acrylonitrile Butadiene Styrene) 2 and silica powder inorganic 3 to sPEEK polymer 1. Whereas, sPEEK 1, which is known as hydrocarbon polyelectrolyte membrane for PEMFC and direct methanol fuel cell (DMFC) to replace Nafion, has been the most used in both PEMFC and DMFC due to its good performance even though in low humidified condition it showed poor current density. Here we reported the effect of inorganic silica in hydrocarbon sPEEK membrane that contributes for a better water management system inside the cell, and showed 0.16 W/cm² of power density which is 78% higher than that of non-silica modified.