TMAH改性PVDF一步接枝PSBMA质子交换膜的制备与性能

使用四甲基氢氧化铵(TMAH)液相改性聚偏氟乙烯(PVDF),以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,一步将磺酸基甲基丙烯酸甲酯(SBMA)接枝到改性的PVDF上,制备了聚偏氟乙烯接枝聚磺酸基甲基丙烯酸甲酯(PVDFg-PSBMA)质子交换膜.利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱和扫描电镜-X射线能谱(SEM-EDX)分析了膜的结构、形貌及硫元素分布情况.同时研究了不同质量分数的TMAH甲醇溶液对PVDF-g-PSBMA膜电导率和甲醇渗透率的影响.结果表明, TMAH使PVDF脱去HF产生碳碳双键且SBMA成功接枝到改性的PVDF骨架上,硫元素在膜内外分布均匀; PVDF-g-PSBMA膜的电导率和甲醇渗透率随TMAH在甲醇中质量分数的增多而增大, TMAH质量分数为20%的膜的质子电导率在20 ℃下达到0.0892 S·cm^-1,常温下的甲醇渗透率为4.04 × 10^-7cm²·s^-1;热重分析(TGA)表明,膜的热稳定性良好,耐热温度高达270 ℃.该膜作为电解质材料的直接甲醇燃料电池(DMFC)的最大功率密度达到17.06 mW·cm^-2.     

改性聚偏氟乙烯接枝共混聚苯乙烯磺酸膜的制备与性能

将苯乙烯添加到溶有原硅酸钠改性的聚偏氟乙烯(PVDF)N-甲基吡咯烷酮溶液中, 以过氧化苯甲酰(BPO)作引发剂, 苯乙烯直接接枝到原硅酸钠改性的PVDF链上, 成膜后磺化制备了聚偏氟乙烯接枝苯乙烯(PVDF-g-PSSA)膜. 采用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、能量扩散X射线(EDX)和多功能材料实验机表征了膜的结构、形貌及硫和硅的分布、机械强度、溶胀度, 使用阻抗分析和气相色谱仪研究了苯乙烯含量(w)对PVDF-g-PSSA膜的质子导电性能和阻醇性能的影响. 结果表明, 苯乙烯加入后, 原硅酸钠改性的PVDF与苯乙烯进行接枝共聚反应, 苯乙烯磺化反应不只是在膜表面进行, 同时渗入到膜中进行, 机械性能得到了改善. 质子电导率(σ)随苯乙烯质量分数的提高而升高. Na4SiO4为8%和苯乙烯为20%的PVDF-g-PSSA膜, 在25 ℃时溶胀度仅为20.4%, 甲醇透过系数在10-7 cm2·s-1数量级上, 比Nafion115膜的低一个数量级. 该膜具有较高的选择性, 在直接甲醇燃料电池中具有良好的应用前景.     

聚偏氟乙烯溶液法接枝苯乙烯磺酸膜的结构与形貌研究

以过氧化苯甲酰(BPO)作引发剂，通过溶液接枝聚合法把苯乙烯接枝到碱处理过的聚偏氟乙烯(PVDF)膜上，磺化后得到聚偏氟乙烯接枝苯乙烯磺酸(PVDF-g-PSSA)电解质膜。研究发现碱处理过的PVDF膜更容易与苯乙烯发生接枝聚合反应，且接枝率与碱处理时间呈线性变化关系。用红外光谱、差示扫描量热法检测PVDF膜经过接枝以及随后的磺化所发生的膜结构变化，并用SEM观察PVDF膜接枝前后以及接枝磺化后产物PVDF-g-PSSA膜的形貌及硫分布。研究表明，用KOH碱处理过的PVDF膜与苯乙烯进行接枝共聚反应时，PVDF膜结构在接枝前后和磺化前后发生变化，说明苯乙烯确实接枝到PVDF膜上。     

碱处理PVDF膜对制备高电导率质子交换膜的作用

燃料电池是一种高能量密度、低污染的新型能源. 质子交换膜是燃料电池的核心组件之一. 在对聚偏氟乙烯(PVDF)膜进行了碱处理改性的基础上制备了高电导率的聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸(PVDF-g-PSSA)质子交换膜, 对碱处理后的PVDF膜进行了傅立叶变换红外光谱(FTIR)、傅立叶变换拉曼光谱(FT-Raman)及电子自旋共振(ESR)分析. 振动光谱显示在处理后的膜中存在共轭碳碳双键. 首次用ESR检测到碱处理后的PVDF膜中形成了自由基, 其浓度在10¹⁶ spin/g. 研究表明碱处理引起的膜结构变化有利于接枝反应的进行, 对提高所合成的质子交换膜的电导率有重要作用, 电导率提高一个数量级, 至6.40×10^－2 S/cm.     

改性聚偏氟乙烯接枝磺化聚(苯乙烯-co-丙烯酸)膜的研制

以过氧化苯甲酰(BPO)作引发剂,通过溶液接枝聚合法把苯乙烯/丙烯酸同时接枝到原硅酸钠改性的聚偏氟乙烯(PVDF)膜上,磺化后得到聚偏氟乙烯接枝磺化聚(苯乙烯-co-丙烯酸)膜(PVDF-g-P(SSA-co-AA)).研究了苯乙烯和丙烯酸的不同比例对膜的接枝反应及其相对湿度对膜电导率和含水量的影响.用傅立叶变换红外光谱(FTIR)检测原硅酸钠改性的PVDF膜经过接枝和磺化后所发生的结构变化,并用扫描电镜(SEM)观察PVDF膜接枝前后的形貌以及接枝磺化后产物PVDF-g-P(SSA-co-AA)膜的形貌及硫和硅分布.结果表明,原硅酸钠改性的PVDF膜与苯乙烯/丙烯酸同时发生接枝聚合反应,环境的相对湿度在20%～80%范围,对添加10wt%Na4SiO4的PVDF-g-P(SSA-co-AA)膜的电导率的影响基本不变,并达到0.0198S·cm-1.原硅酸钠改性的PVDF膜结构在接枝前后和磺化前后发生变化,确认磺化反应不只是在膜表面,同时渗入膜中进行.     

四甲基氢氧化铵改性聚偏氟乙烯一步接枝聚苯乙烯磺酸油水分离膜的制备及性能

利用四甲基氢氧化铵(TMAH)聚偏氟乙烯(PVDF)进行改性,以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,将苯乙烯磺酸(SSA)接枝到改性的PVDF骨架上,制得聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸(PSSA-g-PVDF)油水分离膜。 研究了TMAH质量分数对PSSA的接枝率和油水分离膜性能的影响,同时采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和视频光学接触角测量仪测试了膜的结构和表面接触角。 结果表明,TMAH使PVDF脱去部分氟化氢(HF)产生碳碳双键,硫元素均匀地分布在分离膜中。 PSSA的接枝率随着TMAH的质量分数增加而升高,分离膜的水通量随接枝率的升高先增加后降低。 当TMAH质量分数为20%,分离膜的接触角在30 s内降低到37.2°,接枝率和水通量分别为22.1%、643.3 L/(m·h),截留率和水通量恢复率分别达到90.6%和93.7%,衰减率为7.1%。 循环测试显示膜的水通量恢复率和油水通量恢复率均在90%以上。     

掺杂纳米SiO2的PVDF-g-PSSA质子交换膜

以聚偏氟乙烯(PVDF)为骨架, 采用溶液接枝苯乙烯磺酸, 合成了掺杂纳米SiO₂颗粒的复合质子交换膜(PVDF/xSiO₂-g-PSSA). 利用红外光谱、热失重分析方法、扫描电镜, 对膜的结构、热稳定性、表面及断面形态进行了表征. 考察了膜的吸水率、电导率、甲醇渗透性等性质. 结果表明, 纳米SiO₂颗粒能提高膜的阻醇性能, 掺杂质量分数10%的适量SiO₂颗粒所得的复合膜的甲醇渗透系数达1.0×10^－7 cm²/s, 低于聚偏氟乙烯接枝苯乙烯磺酸(PVDF-g-PSSA)膜的1.7×10^－7 cm²/s, 仅为Nafion-117的渗透系数的二十分之一. PVDF/10% SiO₂-g-PSSA复合膜具有较高的选择性, 在直接甲醇燃料电池中具有良好的应用前景.     

聚偏氟乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯油水分离膜的研究

使用四乙基氢氧化铵(TEAH)液相本体改性聚偏氟乙烯(PVDF),以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,将甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝到改性PVDF骨架上,合成聚偏氟乙烯接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PVDF-gPMMA)共聚物,通过浸没沉淀法制备PVDF-g-PMMA亲水性油水分离膜.通过傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和过滤试验分析了膜的结构和性能.同时研究了TEAH浓度和改性时间对PVDF-g-PMMA膜表面接触角的影响.结果表明,TEAH使PVDF脱去HF产生碳碳双键且MMA成功接枝到改性的PVDF骨架上,膜内外孔隙分布均匀;PVDF-g-PMMA膜的接触角随着TEAH浓度的增加、改性时间的加长而减小.TEAH浓度为2.0 wt%,改性20 min制备的PVDF-g-PMMA膜,接枝率为27.1%,孔隙度为71.6%,平均孔径为78.9 nm,接触角降至55.9°,且在50 s内降为0;纯水通量提高到665.34 L/(m2·h),截留率和水通量恢复率分别达到95.6%和90.1%.与纯PVDF膜相比,PVDF-g-PMMA膜的分离性能显著提高.     

四乙基氢氧化铵改性聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酸油水分离膜的制备

使用四乙基氢氧化铵(TEAH)液相本体改性聚偏氟乙烯(PVDF), 以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂, 将丙烯酸(AA)接枝到改性PVDF骨架上, 合成了聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酸(PVDF-g-PAA)共聚物, 通过浸没沉淀法制备了PVDF-g-PAA亲水性油水分离膜. 通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)和过滤试验分析了膜的结构和分离性能. 研究了不同接枝条件对PVDF-g-PAA膜接枝率的影响. 同时, 通过膜接枝率与膜表面接触角的关系确定最佳接枝条件. 结果表明, TEAH使PVDF脱去HF产生碳碳双键且PAA接枝到改性的PVDF骨架上, 膜内外孔隙分布均匀; PVDF-g-PAA膜的接触角随着接枝率的提高而降低. 接枝单体AA含量为45%, 接枝温度为85 ℃, 接枝4 h制备的PVDF-g-PAA膜的接枝率为20.1%, 孔隙度为65.3%, 平均孔径为78.0 nm, 接触角为57.5°, 且在60 s内接触角降至14.3°; 纯水通量提高到571.33 L/(m²·h), 截留率和水通量恢复率分别达到94.3%和88.7%, 且通量衰减率仅为9.8%. 与纯PVDF膜相比, PVDF-g-PAA膜的分离性能显著提高.     

P(VDF-co-TrFE-co-CTFE)-g-SPS共聚物的合成表征

采用商业聚(偏氟乙烯-co-三氟氯乙烯)(P(VDF-co-CTFE)为原料,结合氢化反应、ATRP和磺化反应系统合成了一系列聚(偏氟乙烯-co-三氟乙烯-co-三氟氯乙烯)-g-磺化聚苯乙烯(P(VDF-co-TrFE-co-CTFE)-g-SPS)共聚物.重点研究了测试环境(如温度和相对湿度)、聚合物微观结构(接枝密度,接枝长度等)对聚合物形貌、吸水率和质子传导率的影响.研究表明,在接枝量相同的情况下,随着接枝密度的降低,聚合物的相分离更加明显,亲水相从孤岛型逐渐转变为部分连续型;聚合物的吸水率随磺酸基摩尔含量增加而提高;聚合物的质子传导率随着温度的提高和湿度的降低而降低;在较低温度下,聚合物的电导率随接枝密度的增加而降低,而在较高温度下,聚合物的电导率随接枝密度的增加而升高.组成优化的P(VDF-co-TrFE-co-CTFE)-g-SPS共聚物在30～120℃和高湿度条件下,其质子传导率明显优于Nafion112膜.     

PVDF膜改性的方法研究

本文介绍了目前国内外聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜改性中常用的膜表面改性方法和膜材料改性方法。PVDF膜表面改性主要通过膜表面的物理改性、磺化改性、表面接枝改性、光化学改性、低温等离子体改性等方法来实现;而PVDF膜材料的改性主要是通过PVDF与亲水性高分子材料或小分子无机粒子的共混以及膜材料本体的化学改性来实现。改性PVDF膜的亲水性增强,使水通量增加,提高了机械性能,改善了抗污染性,增加了膜的使用寿命。     

PVDF膜改性方法研究进展

本文介绍了目前国内外聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜改性中常用的膜表面改性方法和膜材料改性方法。PVDF膜表面改性主要通过膜表面的物理改性、磺化改性、表面接枝改性、光化学改性、低温等离子体改性等方法来实现;而PVDF膜材料的改性主要是通过PVDF与亲水性高分子材料或小分子无机粒子的共混以及膜材料本体的化学改性来实现。改性PVDF膜的亲水性增强,使水通量增加,提高了机械性能,改善了抗污染性,增加了膜的使用寿命。     

咪唑接枝交联型磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备及在直接甲醇燃料电池中的应用

通过咪唑接枝、共价交联制备出交联型咪唑改性磺化聚醚醚酮(SPEEK)质子交换膜.通过接枝咪唑可以大幅提高质子电导率,25℃下电导率可达0.14 S/cm,高于Nafion膜(0.086 S/cm),并随着交联度的增加,质子电导率逐渐降低,但交联膜的致密网络结构使得甲醇渗透明显降低,当交联度为20%时膜的电导率和甲醇选择性分别高达0.105 S/cm和4.57×10~5S·s/cm~3,实现了质子电导和甲醇阻隔的均衡.通过共价交联,膜的氧化稳定性和尺寸稳定性大幅提升.采用交联度为20%的改性SPEEK膜,被动式直接甲醇燃料电池(DMFC)在25℃下的最大输出功率密度达29.7 mW/cm~2,可与商业化Nafion 115膜相媲美,展现出良好的应用前景.     

聚偏氟乙烯微孔膜的亲水化改性及功能化研究进展

聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜的亲水化改性方法有物理共混、化学共聚、表面涂覆、表面化学处理、表面接枝等几种。其中物理共混和表面涂覆法比较成熟且已获得应用，而PVDF微孔膜的表面化学处理、等离子体或光引发改性技术以及环境敏感性等将成为PVDF微孔膜的改性和功能化研究的主要方向。     

聚偏氟乙烯膜的改性研究进展

主要介绍了聚偏氟乙烯(PVDF)膜在近年来改性方法的最新研究进展,从辐照改性、等离子体改性、共混改性和化学改性等几方面进行了详细介绍,简要介绍了PVDF膜作为离子交换膜的一些最新应用.     

聚偏氟乙烯膜改性方法研究进展

膜污染是聚偏氟乙烯(PVDF)膜在污水处理工程应用中的主要障碍,膜亲水改性是改善膜污染的主要方法。本文根据改性方法的异同,按照表面涂覆、表面接枝、共混改性、共聚改性等方法进行了综述。通过分析不同改性方法对PVDF亲水效果、渗透能力、抗污能力及长期有效性等方面的影响,讨论了各种改性方法的优缺点,为PVDF膜处理的应用提供技术和理论支持。     

PVDF基两性离子交换树脂的辐射合成及性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)树脂为基材,采用共辐射接枝方法,在PVDF树脂上接枝苯乙烯(St)/甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)二元单体,随后对接枝产物进行磺化和质子化反应引入磺酸基和叔氨基正离子得到了一种新型的PVDF基两性离子交换树脂.红外光谱、X射线光电子能谱(XPS)、热重和扫描电镜(SEM)分析证明了辐射引发接枝共聚及功能化反应的成功进行.接枝反应条件如溶剂、剂量和二元单体浓度对接枝率(GY)有明显的影响.随着接枝率的增加,功能树脂的离子交换容量随之增大,但接枝链St与DMAEMA的摩尔比不变,其阳离子及阴离子交换容量最大分别可达2.16 mmol/g,1.06 mmol/g.     

PVDF粉体^(60)Co-γ射线共辐射接枝NVP北大核心CSCD

采用60Co-γ射线共辐射接枝聚合法,将N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)接枝到聚偏氟乙烯(PVDF)粉体上,以改善其亲水性。考察了反应过程中各种因素对接枝率(rDG)的影响,并对接枝产物进行了表征。结果表明:通过60 Co-γ射线共辐射可有效实现NVP在PVDF粉体上的接枝。当辐射吸收剂量为40kGy,阻聚剂六水合硫酸亚铁铵浓度为3mmol/L,NVP体积分数为15%,甲醇为溶剂时,rDG达到18.6%,且接枝后PVDF粉体的亲水性明显提高。     

表面引发的原子转移自由基聚合法在聚偏二氟乙烯表面制备可控的聚甲基丙烯酸甲酯刷

采用表面引发的原子转移自由基聚合法(ATRP)在聚偏二氟乙烯(PVDF)表面制备结构可控的聚甲基丙烯酸甲酯刷。通过碱处理和紫外光照溴代的方法,将ATRP引入到PVDF表面; 然后采用ATRP法将甲基丙烯酸甲酯接枝到溴代的PVDF表面。采用傅里叶变换红外光谱和X-射线光电子能谱对改性前后PVDF表面的结构进行了表征。结果表明甲基丙烯酸甲酯成功地接枝到了PVDF表面。     

甲基丙烯酸甲酯在聚偏氟乙烯膜上的辐照接枝

采用电子加速器(EB)预辐照接枝的方法,在聚偏氟乙烯(PVDF)膜上接枝甲基丙烯酸甲酯(MMA),制备了PVDF-g-PMMA膜。研究了辐照剂量、单体浓度、反应温度、反应时间以及溶剂等因素对接枝率的影响规律。结果表明,接枝率随辐照剂量的增大而增加;反应初期接枝率随着单体质量分数的增大迅速增加,当单体质量分数达40%时,增加缓慢;单体质量分数达70%时,接枝率最高;从40℃开始接枝率缓慢上升,至60℃时陡增,之后接枝率基本不变;醇类是接枝反应很好的溶剂。用FT-IR、DSC分析了接枝物的组成及热性能。接枝膜成分为PVDF-g-PMMA共聚物,接枝膜在117℃处出现Tg峰,随着接枝率的增加该峰越来越明显,说明发生了接枝反应。随着接枝率的增加,熔融峰左移并最终消失,说明PMMA的接枝破坏了原PVDF膜的结晶性。吸液率随着浸泡时间的增加而增大,PVDF接枝膜达到的最大吸液率为290%,所需要的时间比原PVDF膜长。接枝率为50%的PVDF膜的离子电导率为6.0×10-3S/cm,吸液率达290%,MMA的接枝改善了PVDF电解质膜的电学性能。