具有相分离结构的阴离子交换膜的设计合成与性能研究

发布时间：2024-03-05 03:09

　　离子交换膜是全钒液流电池(VRBF)的重要组成部分,本文从分子设计的角度出发,合成了一系列新型的具有相分离结构的阴离子交换膜(AEM)材料,并对其离子传导率、吸水率和溶胀率、热稳定性、机械性能等性能进行了测试,探讨聚合物结构与性能的关系,为阴离子交换膜的研究开发提供技术积累。主要内容有:(1)设计合成一种新型的带有十个富电子苯环的单体4,4’-((2,3,5,6-四(4-苯氧基苯氧基)-1,4-亚苯基)双(氧基))二酚(c),将其与4,4’-二氟二苯甲酮和4,4’-二羟基二苯砜进行缩聚,得到具有局部密集富电子苯环的聚芳醚化合物(bPAEs)。以这些富电子苯环为反应位点进行氯甲基化和随后的季铵化反应,得到一种新型的具有局部密集季铵盐基团的阴离子交换膜(QA-bPAEs)。用小角X射线散射(SAXS)对膜内部微相结构进行表征,发现膜具有明显的相分离结构。该系列膜在离子交换容量(IEC)为1.19 mmol g-1时,温度为80℃时离子传导率达最大(氯离子传导率为11.2 mS cm-1)。然而,氯甲基化反应不易控制,反应过程中容易出现交联,导致bPAEs氯甲基化程度不到50%。(2)设计合...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 全钒液流电池
        1.1.1 全钒液流电池的概述
        1.1.2 全钒液流电池的发展
        1.1.3 全钒液流电池的结构与工作原理
    1.2 离子交换膜
        1.2.1 质子交换膜
        1.2.2 阴离子交换膜
    1.3 阴离子交换膜的结构与设计
        1.3.1 无规分布型阴离子交换膜
        1.3.2 嵌段分布型阴离子交换膜
        1.3.3 局部密集分布型阴离子交换膜
    1.4 本文工作主要内容
        1.4.1 本课题研究背景及意义
        1.4.2 本课题研究内容及创新点
第二章 实验部分
    2.1 实验药品及试剂
    2.2 测试仪器及条件
    2.3 单体及聚合物的合成
        2.3.1 基于局部密集氯甲基化的阴离子交换膜的合成
        2.3.2 基于局部密集溴甲基化的阴离子交换膜的合成
第三章 基于局部密集氯甲基化的阴离子交换膜
    3.1 前言
    3.2 单体及聚合物的合成与表征
        3.2.1 单体的合成与表征
        3.2.2 聚合物的合成与表征
    3.3 氯甲基化反应的工艺条件的探索
        3.3.1 投料比的影响
        3.3.2 反应时间的影响
    3.4 阴离子交换膜的性能研究
        3.4.1 QA-bPAE的IEC、吸水率和溶胀率
        3.4.2 QA-bPAE的离子传导率
        3.4.3 QA-bPAE的微相结构
        3.4.4 QA-bPAE的热稳定性
        3.4.5 QA-bPAE的机械性能
        3.4.6 QA-bPAE的氧化稳定性
    3.5 本章小结
第四章 基于局部密集溴甲基化的阴离子交换膜
    4.1 前言
    4.2 单体及聚合物的合成与表征
        4.2.1 单体的合成与表征
        4.2.2 聚合物的合成与表征
    4.3 阴离子交换膜的性能研究
        4.3.1 QA-mPAE的IEC,吸水率和溶胀率
        4.3.2 QA-mPAE的离子传导率
        4.3.3 QA-mPAE的微相结构
        4.3.4 QA-mPAE的热稳定性
        4.3.5 QA-mPAE的机械性能
        4.3.6 QA-mPAE的氧化稳定性
        4.3.7 QA-mPAE的VO²⁺渗透率
        4.3.8 全钒液流电池性能
    4.4 本章小结
结论
展望
参考文献
致谢
个人简介
在学期间已发表及录用的论文



本文编号：3919580