基于聚乙烯醇的阴离子交换膜的制备及性能研究

摘要

聚乙烯醇(PVA)由于化学性质稳定，易于成膜，机械强度高，阻醇性能好，价格便宜而被应用于阴离子交换膜的制备。但是PVA导电能力很差，易溶胀，应用受到限制。因此提高其电导率和降低其溶胀性是亟待解决的技术难题。
　　本论文以聚乙烯醇为原材料制备阴离子交换膜，用环氧丙基三甲基氯化铵(EPTMA)对聚乙烯醇季铵化，得到季铵化的聚乙烯醇(QAPVA)。通过正交实验确立了聚乙烯醇和环氧丙基三甲基氯化铵的物质的量的比，研究了反应温度和反应时间对取代度的影响，确定了聚乙烯醇季铵化改性的最佳工艺条件。当聚乙烯醇和环氧丙基三甲基氯化铵物质的量的比为1.0∶2.0，反应温度为50℃，反应时间为26 h时，季铵化的取代度(DS)最大，为69.6％。
　　为了克服聚乙烯醇膜在水中的高溶胀性的缺点，选用具有高度生物相容性的无机物——羟基磷灰石(HA)作为改性材料，采用溶液共混法，制备复合膜HA/PVA和HA/QAPVA。研究了HA的加入量对膜的吸水率，溶胀率，电导率，机械性能等的影响。HA的掺杂极大的改善了膜的溶胀性能。当HA的质量分数为75％时，HA/PVA复合膜溶胀率为10.5％，HA/QAPVA复合膜的溶胀率为55.6％。在电导率方面，PVA干膜没有电导率。而当温度为50℃，HA的质量分数为20％时，HA/PVA复合膜电导率可达到5.11×10-3 S/cm。但HA/QAPVA的电导率较QAPVA的电导率有所降低。在机械性能方面，HA的掺杂提高了膜的拉伸强度，但降低了膜的断裂伸长率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 碱性燃料电池

1．2 阴离子交换膜

1．2．1 阴离子交换膜在燃料电池中的应用

1．2．2 阴离子交换膜的分类

1．2．3 阴离子交换膜的制备

1．3 羟基磷灰石的概述

1．3．1 HA的结构特点

1．3．2 HA的吸附性能

1．3．3 HA的应用

1．3．4 HA与聚合物复合的方法

1．4 本课题研究的背景与内容

第2章 羟基磷灰石(HA)的合成和性能表征

2．1 实验部分

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．1．2 羟基磷灰石的制备

2．1．3 样品的表征

2．2 实验结果与讨论

2．2．1 HA的红外光谱分析

2．2．2 XRD谱图分析

2．2．3 HA的热稳定性

2．3 小结

第3章 季铵化聚乙烯醇(QAPVA)的合成以及性能的表征

3．1 实验部分

3．1．1 实验试剂及分析仪器

3．1．2 季铵化聚乙烯醇的合成

3．1．3 取代度DQ(％)的测定

3．1．4 QAPVA的表征

3．1．5 QAPVA膜性能的表征

3．2 实验结果与讨论

3．2．1 正交结果的分析

3．2．2 季铵化聚乙烯醇(QAPVA)的红外光谱解析

3．2．3 QAPVA热稳定性

3．2．4 QAPVA膜吸水率，溶胀率和离子交换容量

3．2．5 QAPVA电导率

3．2．6 QAPVA机械性能

3．3 小结

第4章 基于PVA改性的复合膜的制备与性能表征

4．1 实验部分

4．1．1 原料与仪器

4．1．2 HA／PVA和HA／QAPVA复合膜的制备

4．1．3 复合膜表征

4．1．4 复合膜性能测试

4．2 结果与讨论

4．2．1 复合膜红外谱图分析

4．2．2 复合膜的热稳定性

4．2．3 HA／PVA复合膜的吸水率，溶胀率和离子交换容量

4．2．4 HA／QAPVA复合膜的吸水率，溶胀率和离子交换容量

4．2．5 电导率

4．2．6 机械性能

4．3 本章小结

第5章 结论

致谢

参考文献