阴离子交换膜

摘要： 燃料电池为氢能高效利用提供了解决方案,阴离子交换膜是燃料电池的核心部件。季鏻碱性功能基团常连接大体积供电基团提升耐碱性,但阻碍OH-传导。本文提出具有高传导和碱稳定性的柔性含醚季鏻功能侧链,季鏻阳离子与聚砜主链间的含醚脂肪间隔基团增强了侧链柔性,促进季鏻功能基团聚集;醚氧原子比N、C原子电负性更强,可提高亲水性;季鏻连接的三(2,4,6-三甲氧基苯基)大空间位阻通过阻隔OH^(-)进攻提升膜的碱稳定性。结果表明,柔性含醚季鏻侧链型聚砜阴离子交换膜显示出极低的溶胀率(约10%),较高的氢氧根离子电导率(80°C下为79.6 mS/cm)和优异的耐碱性(80°C、1 mol/L NaOH热碱溶液浸泡168 h后,氢氧根离子电导率保持率超过90%,而拉伸强度仅下降约2%).

摘要： 采用ATRP反应合成了聚苯乙烯甲基苯乙烯的全碳主链聚合物,侧链接枝含萘基及长烷基链的季铵型阳离子功能化基团,制备了萘基侧链型阴离子交换膜.电镜观察到膜内存在明显的微相分离结构,小角X光散射也证明其存在较大的离子域,这可归因于膜主链与侧链亲疏水性的显著差异.其中,PSMS-NAPMQA-5膜在80°C离子电导率为98.53 mS/cm.所有制备的膜在2 mol/L NaOH溶液80°C处理1000 h后均展现出良好的化学稳定性.

摘要： 碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFCs)可使用低成本的非Pt催化剂,具有反应高效及环境友好等优点,因可在一定程度上取代质子交换膜燃料电池(PEMFCs)而备受关注.阴离子交换膜(AEMs)作为AAEMFCs的核心部件,需要兼备优异的OH-传输性能、机械性能、热稳定性及碱稳定性等.但目前AEMs仍面临的巨大挑战是耐碱性较差,不能够大规模商业化应用.本文重点综述了聚合物主链结构对AEMs的碱稳定性的影响,分析总结了碱性环境下AEMs主链的降解机理及提高碱稳定性的解决思路,并对未来可能的发展方向进行了展望.

摘要： 据报道,牛津能源研究所(OIES)表示,碱性电解槽可大规模产氢且成本最低,但不适合某些形式的可再生能源发电。电解槽技术包括碱性电解槽、酸性电解槽(质子交换膜)、固体氧化物电解槽(SOE)、酸碱两性电解槽(阴离子交换膜)微生物和光电化学。目前只有碱性电解槽和质子交换膜电解槽完全商业化。碱性电解槽投资成本通常在800~1500美元/千瓦,比质子交换膜电解槽低约二分之一。但碱性电解槽也有缺点,例如最小负载下限较高,将阻止碱性电解槽与某些类型的可再生能源耦合。质子交换膜电解槽是将氢气生产与太阳能和风力发电相结合的最佳选择。

摘要： 碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFCs)因其优异的动力学反应特性、可使用低成本的非Pt催化剂、可抑制燃料渗透等优点而得到迅速发展.阴离子交换膜(AEMs)作为AAEMFCs的核心部件,对AAEMFCs的性能起到直接且关键的影响.为满足AAEMFCs的使用性能,AEMs通常需要具备高OH^(-)电导率及优异的热稳定性、机械稳定性及碱稳定性.然而目前AEMs的碱稳定性仍面临着巨大挑战.AEMs碱稳定性的下降主要是由于碱性环境下AEMs的聚合物骨架和阳离子基团的降解所致.本文将结合近年来国内外研究进展梳理AEMs的阳离子基团的碱稳定性问题及解决思路,并对其未来的发展趋势进行了合理的预测.

摘要： 将氯甲基化率为150%的聚芳醚砜(PSF)依次与对羟基苯甲醇、二氯亚砜反应,通过哌啶季铵化、碱化制备侧链型哌啶功能化聚芳醚砜阴离子交换膜(QPSF-Pip150)。控制交联剂与哌啶的比例,制备不同交联度的交联型阴离子交换膜(cQPSF-Pipx-TAPy)。通过核磁共振氢谱(1HNMR)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)等对聚合物的结构及性能进行了表征与测试。结果表明:所制得的交联型阴离子交换膜在80°C下的离子传导率最高可达到131.5 mS/cm,而溶胀率仅有19.7%,在60°C、1 mol/L NaOH溶液中浸泡20 d,其离子传导率仍保持初始的73.1%~85.9%。交联有效提高了阴离子交换膜的力学性能、热稳定性、尺寸稳定性和碱性稳定性。

摘要： 在近十年中,阴离子交换膜燃料电池得到迅速发展,阴离子交换膜作为阴离子交换膜燃料电池的核心部位,其性能好坏直接影响碱性燃料电池的使用。为了更好地合成新型的阴离子交换膜,提高阴离子交换膜的耐碱性与离子传导率,提升阴离子交换膜的使用寿命。因此本文采用具有含极性氰基(-CN)基团的侧链与具有优异碱稳定性的聚联苯哌啶聚合物进行接枝反应,制备了含极性分子氰基的侧链型阴离子交换膜。

摘要： 开发清洁高效的可再生能源对于实现绿色能源转换和低碳发展具有重要战略意义。氢能作为一种“零碳排放”的可再生能源,可以通过电解水制氢技术实现氢能与电能的高效转化。阴离子交换膜(AEM)电解水制氢技术能够提高电流密度,增加能量转化效率,优于碱性水溶液电解水制氢,并且可以使用纯水或低浓度碱性水溶液为电解液,降低强碱溶液对设备的腐蚀,更重要的是可以采用非贵金属作为电极催化剂,相较于质子交换膜电解水(PEM)技术,极大地降低装置的成本。文章阐述了AEM电解水制氢的技术发展现状,重点围绕AEM的结构组成与制备技术方面进行讨论,为进一步开发高性能AEM水电解制氢装置提供方向。

摘要： 阴离子交换膜(AEMs)作为燃料电池的核心部件,其发展得到了普遍关注。然而,AEMs中聚合物骨架和阳离子基团无序的直接相连的结构导致了膜在应用过程中存在离子电导率低、碱稳定性差和机械性能不足等问题,因此对连接二者的分子结构进行设计,开发综合性能优异的AEMs很有必要。本文介绍了AEMs选择性透过的基本机理,并从不同的分子结构出发,总结了近年来应用较为广泛的嵌段结构、接枝结构、交联结构、局部高密度结构以及由局部高密度结构与其他三种结构组成的复合结构AEMs的研究进展;从离子电导率、碱稳定性、机械性能以及吸水率等方面对AEMs的性能提升进行了归纳,重点关注AEMs离子电导率和吸水率的权衡问题,并从分子结构及其组合使用的角度对燃料电池用AEMs的未来发展方向进行了展望。

摘要： 为了探索制备高性能碱性阴离子交换膜的新途径,以商业化的3,4,5三羟基苯甲酸甲酯、3二甲基氨基1丙醇和3溴丙炔为初始原料,通过光延反应、还原反应、威廉姆逊醚合成法和季铵化反应等反应,合成了一种含有3个季铵盐基团的新侧链前体(MBTTA);通过点击化学将MBTTA接枝到叠氮化聚苯醚上,制得一类具有爪形季铵化侧链的聚苯醚(TQPPO-x-I);通过FT-IR、1H NMR对MBTTA、TQPPO-x-I进行结构表征。热重分析表明TQPPO-x-I具有良好的热稳定性;透射电镜分析表明TQPPO-x-OH膜具有明显的微相分离结构;电导率测试表明,TQPPO-20-OH膜在30、80°C时的离子传导率分别为43.0、85.5 mS/cm。

摘要： 本文阐述了阴离子交换膜的单价选择性原理并通过结合国内外单价选择性阴离子交换膜的发展进程和相关实例,介绍了单价选择性阴离子膜在生产及生活中的的实际应用.根据其的广泛性应用及结合实际生产需要,单价选择性阴离子交换膜在海水淡化、废水处理、离子的分离提纯、生物医药及燃料电池中都有广泛的应用。在研究过程中，也可以从相关的角度进行考虑，对已有的应用技术和应用实例进行仔细分析，得出一些改进意见，在以后的实验中进行验证。虽然单价选择性在许多方面有着很大的优势，但是不可避免的存在膜污染、使用寿命短、长时间使用改性层会逐渐脱落等是急需解决的问题。另外，如何达到高电导率，低膜电阻等提高膜的分离效率，也是未来的发展方向。

摘要： 全钒液流电池是一种新型电化学储能装置,隔膜是其关键材料.目前,使用较多的全氟磺酸型Nafion膜价格昂贵,阻钒性能差,不利于全钒液流电池的大规模商业化应用,迫切需要开发低成本的具有优良综合性能的替代膜.以聚砜、聚苯砜等传统商业化芳基聚合物为基材的膜材料在离子交换容量较高时,溶胀度大,机械强度和稳定性欠佳,难以满足全钒液流电池用高离子传导性、高稳定性膜材料的需求,亟待发展新型高性能膜材料.以1,3‐二(4‐羟苯基)金刚烷,4,4’‐二氟二苯酮为单体经溶液缩聚、氯甲基化、季铵化制备出了季铵化含金刚烷结构聚芳醚酮阴离子交换膜(QADMPEK).将离子交换容量为2.2mmol/g的QADMPEK膜组装在全钒液流电池中测试,其能量效率达82％(100mA/cm2),优于商业化全氟磺酸型Nafion117膜(相同测试条件下,能量效率=77％).研究结果初步表明,QADMPEK膜在全钒液流中具有很好的应用前景.

摘要： 对采油废水进行处理后作为配聚用水回用，既能减少环境污染，又能缓解水资源匮乏的现状.采用自制六槽电渗析(ED)装置,考察了不同电流密度下原油对均相和异相阴离子交换膜的污染情况.测定了电渗析试验过程中被考察阴膜的V-t曲线,将污染后两种阴膜的性能指标变化进行了对比分析,探讨了污染机理.I-V曲线测定结果表明,均相阴膜的极限电流密度高于异相阴膜;电渗析试验过程中两种阴膜的V-t曲线均呈现先快速上升后平稳上升或达到平衡的趋势,且均相阴膜的跨膜电压上升更快,更易达到平衡;原油污染后,两种阴膜的膜电阻均比原膜显著增加,且随电流密度的加大,膜电阻增加值更大.两种阴膜的交换容量相比原膜均没有明显改变.污染后,异相阴膜浓淡两侧的接触角均增加,而均相阴膜仅淡水侧的接触角明显变大,而浓水侧变化不显著;红外光谱分析表明,污染后的均相和异相阴膜的浓淡两侧均出现了原油和表面活性剂的特征吸收峰,证实了原油对两种阴膜的污染.

摘要： 本文合成了有着多种N3-取代基的咪唑阳离子并研究了它们的碱性稳定性.N3-取代基对碱性稳定的影响效果通过1H NMR谱和密度泛函理论(DFT)计算加以研究.异丙基取代的咪唑阳离子([DMⅡm]+)有着最高的LUMO能级并在NaOH水溶液中表现出最高的碱性稳定性.相比于季铵盐阳离子和[BTMA]+,[DMⅡm]+在NaOH水溶液和提高的温度中同样表现出了较高的碱性稳定性.这项发现激励了[DMⅡm]+基碱性阴离子交换膜的制备.

摘要： 本工作研究了咪唑盐和咪唑类碱性阴离子交换膜(AEMs)的耐碱性,合成和表征了C2-取代的(甲基,异丙基或苯基)咪唑盐,3-乙基-1,2-二甲基咪唑溴([EDMIm][Br]),3-乙基-2-异丙基-1-甲基咪唑溴([EIMIm][Br]),和3-乙基-1-甲基-2-苯基咪唑溴([EMPhIm][Br]).C2-取代对咪唑盐耐碱性的影响通过1HNMR和13C NMR来进行分析.通过C2-未取代的咪唑盐与3-乙基-1-甲基-2-苯基咪唑溴([EMPhIm][Br]的比较,C2-取代的咪唑盐的耐碱性在高温下增强了,这是因为取代基的位阻现象,在氢氧化攻击下保护了咪唑阳离子.此外,理论计算表明较高的LUMO能量也可以提高咪唑盐的耐碱性.发现C2-取代的咪唑盐的耐碱性顺序是[EDMIm][Br]＞ [EIMIm][Br] ＞[EMPhIm][Br].本工作提供了一项简便的方法来提高C2-取代的咪唑盐的化学稳定性,其在碱性阴离子交换膜制备上有着潜在的应用.

摘要： 合成了在不同的取代位置(N1-,C2,和N3-)进行取代的含有丁基的咪唑阳离子,1-丁基-2,3-二甲基咪唑([N1-BDMIm]+),2-丁基-1.3-二甲基咪唑([C2-BDMIm]+)和3-丁基-1,2-二甲基咪唑([N3-BDMIm]+).定量的1H NM和密度泛函理论计算用于测定咪唑阳离子在碱性溶液中的化学稳定性.结果表明咪唑阳离子的耐碱性被C2-取代基深刻的影响了.咪唑阳离子的耐碱性与在C2-位置上不同的取代基有关,研究了2-乙基-1-丁基-3-甲基咪唑([C2-EBMIm]+),1,2-二丁基-3-甲基咪唑([C2-BBMIm]+),和2-羟甲基-1-丁基-3-甲基咪唑([C2-HMBMIm]+).在高温下,丁基取代咪唑阳离子([C2-BBMIm]+)表现出最强的耐碱性.合成的基于[C2-BBMIm]+阳离子的阴离子交换膜表现出有前途的耐碱性.这些发现将为基于咪唑的阴离子交换膜燃料电池铺平道路.

摘要： 本文建立了基于阴离子交换膜(AEM)的直接甲醇燃料电池(DMFC)的一维两相流恒温解析模型,以研究不同工况下AEM-DMFC中的质量传输和电化学现象.本模型研究了甲醇进口浓度的变化对AEM-DMFC性能的影响,并分析了CO2对阳极扩散层(ADL)和催化层(ACL)孔隙率的影响和不同浓度下甲醇渗透量的大小和电池开路电压的变化.研究结果表明,甲醇进口浓度越大,渗透越严重,开路电压越低.甲醇进口浓度较低时,输出电压在高电流密度区域会急剧降低.CO2的存在会导致ADL和ACL有效孔隙率降低.

摘要： 扩散渗析法是处理有色金属生产过程中产生酸性废液的有效办法.介绍废酸在阴离子交换膜中扩散行为的研究进展及扩散渗析在有色金属行业的应用情况,并简要评述扩散渗析法在有色金属行业的应用前景.理论上扩散渗析法可应用于任何无机废酸体系，酸回收率≥80%，金属盐截留率≥90%。在有色金属生产过程中，由于大多用来回收浸出液中的残留废酸，且回收酸浓度不受限制，扩散渗析膜法在处理这类酸性废液具有独特的优势。但由于处理量的限制，如一个用膜500m2扩散渗析器，一天的处理量仅6-7吨左右。扩散渗析法以其低能耗、工艺适应性强、无二次污染等优点，对优化有色金属生产过程，组合无污染冶金工艺流程有着十分重要的作用。随着环保意识逐渐加强及膜技术的进步，这一技术将在有色金属行业得到日益广泛的应用。

摘要： 扩散渗析法是处理有色金属生产过程中产生酸性废液的有效办法.介绍废酸在阴离子交换膜中扩散行为的研究进展及扩散渗析在有色金属行业的应用情况,并简要评述扩散渗析法在有色金属行业的应用前景.

摘要： 废水中的氮主要以氨氮形式存在,会引起水体富营养化从而导致水质恶化.传统处理氨氮废水方法以生物硝化反硝化法为典型代表,考虑到该工艺的处理效率低、污泥产量高、需投加碳源,最近几年许多学者将传统硝化反硝化过程与微生物燃料电池(microbial fuelcell,MFC)技术相结合,试图解决这些问题.研究表明:利用阳离子膜的单室或双室微生物燃料电池能够有效去除含氨废水,即在阴极室同步接种硝化反硝化污泥实现对氨氮的去除.虽然在微生物燃料电池阴极室内同时实现硝化反硝化,具备污泥产量小、所需碳源量少、并能够收获电能等优点,这种方法的弊端在于反硝化细菌的不易培养,表现在驯化时间过长和驯化条件需要严格控制.rn 本文针对这些问题，提出借助于阴离了交换膜(anion-exchange membrane,AEM)实现微生物燃料电池阴极硝化与阳极反硝化相耦合。它包括脱氮与产电两个单元:在基于AEM的MFC中，阴极在曝气的条件下通过硝化细菌将氨氮转化为NO2-和N03-;NO2-和N03-在扩散或迁移作用下从阴极室，经过AEM，转移至阳极室;阳极室的反硝化细菌以NO2-和N03-为电子受体，并将其还原为N2。同时，阳极的有机基质厌氧氧化产生电子，阴极氧气作为最终电子受体形成产电回路。该方法的条件温和、启动时间快、不需外加酸碱调节pH、所需碳源量小(即COD/N值低)。

摘要： 阴离子交换体和阳离子交换体的混合物的生产方法，其特征在于包括阴离子交换体转换步骤(1)，其中使通过将二氧化碳气体溶解在纯化水或超纯水中而获得的二氧化碳水溶液与阴离子交换体(B)和阳离子交换体的混合物接触，从而将阴离子交换体(B)转换为具有碳酸氢根离子形式或具有碳酸氢根离子形式和碳酸根离子形式二者的阴离子交换体(A)，并获得阴离子交换体(A)和阳离子交换体的混合物。根据本发明，可将阴离子交换体和阳离子交换体的混合物的阴离子交换体在维持混合状态的同时转换为碳酸氢根离子形式、或碳酸氢根离子形式和碳酸根离子形式二者。

摘要： 本发明公开了一种阴离子交换膜的制备方法，包括：使用1mg/L～2mg/L的多元酰氯溶液对基膜的表面进行改性，其中，所述基膜包括季铵基团以及羟基；持续3min～5min后，擦干所述基膜的表面的液体，得到处理后的所述基膜；将处理后的所述基膜在40°C～60°C下加热30min～60min，得到阴离子交换膜。本发明还公开了一种阴离子交换膜。本发明通过对侧链含有季铵基团以及羟基的基膜采用多元酰氯溶液进行改性，未反应的酰氯基团经水解后得到羧基，通过季铵基团提供阴离子传输通道，利用羧基对高价阴离子的排斥作用，降低高价阴离子的通量，提高低价阴离子的通量，进而，提高对低价阴离子的通量与选择性，制备的阴离子交换膜具有高通量、高选择性、高极限电流密度以及低面电阻等优势。

摘要： 本发明提供了一种用于阴离子交换膜燃料电池的聚乙烯醇/聚季铵盐阴离子交换膜的制备方法，属于燃料电池领域。制备方法包括如下步骤：(1)将聚乙烯醇和聚季铵盐分别溶于溶剂中，得到聚乙烯醇溶液和聚季铵盐溶液；(2)将聚乙烯醇溶液和聚季铵盐溶液混合均匀，去除气泡，然后除去溶剂，得聚乙烯醇/聚季铵盐膜；(3)戊二醛交联聚乙烯醇/聚季铵盐膜得聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜；(4)将聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜浸于碱溶液中，使聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜氢氧根离子化后即得。得到的交换膜具有良好的力学性能和热稳定性，电导率优于现有技术，化学性能稳定，可显著延长其使用寿命。本发明交换膜可应用于阴离子交换膜燃料电池，具有良好的应用前景。

摘要： 本发明公开了碱性燃料电池用阴离子交换膜的制备方法及阴离子交膜,包括以下步骤：CSEBS溶液和BPEI溶液制取；CSEBS/BPEI成膜溶液制取；交联CSEBS膜；主链苯环亚甲基氯季铵化和BPEI季铵化；氯离子转换为OH‑。本发明制备出的碱性燃料电池用高离子交换容量阴离子交换膜离子交换容量高，力学性能好。

摘要： 根据本发明，提供一种(1)含有催化剂和阴离子交换容量为1.8～3.5mmol/g的非交联型烃系阴离子交换树脂而成的阴离子交换膜型燃料电池用的催化剂层，(2)含有烃系阴离子交换膜和该催化剂层而成的阴离子交换膜型燃料电池用的膜-电极接合体，(3)具备该膜-电极接合体的阴离子交换膜型燃料电池。

摘要： 本发明公开一种阴离子交换膜、制备方法及碱性阴离子交换膜的制备与应用，属于阴离子交换膜技术领域，阴离子交换膜由式(I)所示结构的化合物构成，阴离子交换膜的制备方法包括：(1)共聚物的制备；(2)多阳离子聚合物的制备；(3)阴离子交换膜的制备。所述碱性阴离子交换膜的制备包括：将所述阴离子交换膜置于碱溶液中，浸泡24‑72h，再洗涤至中性，得到碱性阴离子交换膜。同时本发明还公开了阴离子交换膜及碱性阴离子交换膜在阴离子交换膜燃料电池中的应用。本发明提供的阴离子交换膜及碱性阴离子交换膜具有高离子传导率，明显亲疏水微相分离结构以及优异化学稳定性的阴离子交换膜，在阴离子交换膜燃料电池领域具有很好的应用前景。

摘要： 本发明公开了碱性燃料电池用阴离子交换膜的制备方法及阴离子交膜,包括以下步骤：CSEBS溶液和BPEI溶液制取；CSEBS/BPEI成膜溶液制取；交联CSEBS膜；主链苯环亚甲基氯季铵化和BPEI季铵化；氯离子转换为OH‑。本发明制备出的碱性燃料电池用高离子交换容量阴离子交换膜离子交换容量高，力学性能好。

摘要： 本发明提供了一种非交联型阴离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：将原始聚合物与有机溶剂混合，再加入四氯化锡与氯甲基试剂，反应后得到氯甲基化的聚合物；将氯甲基化的聚合物胺化，得到胺化的聚合物；将胺化的聚合物与原始聚合物在有机溶剂中混合，将得到的聚合物共混溶液流延在基体上，得到非交联型阴离子交换膜。本申请还提供了一种交联型阴离子交换膜的制备方法。本申请还提供了非交联型阴离子交换膜与交联型阴离子交换膜。进一步的，本申请还提供了一种全钒氧化还原液流电池。本申请制备的非交联型阴离子交换膜与交联型阴离子交换膜均具有较好的尺寸稳定性、化学稳定性与机械强度。

摘要： 本发明提供了一种用于阴离子交换膜燃料电池的聚乙烯醇/聚季铵盐阴离子交换膜，属于燃料电池领域。该交换膜是将聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜浸于碱溶液中，使聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜氢氧根离子化后而得；所述聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜是用戊二醛交联聚乙烯醇/聚季铵盐膜后而得；所述聚乙烯醇/聚季铵盐膜由如下重量配比的原料制备而成：聚乙烯醇1～5份，聚季铵盐0.1～5份。该交换膜具有良好的力学性能和热稳定性；同时，其吸水率和溶胀度能够满足使用要求；此外，该交换膜电导率高，优于现有技术；该交换膜还具有良好的抗氧化性和耐碱性，化学性能稳定，可显著延长其使用寿命。该交换膜可应用于阴离子交换膜燃料电池，具有良好的应用前景。

摘要： 本发明提供了一种用于阴离子交换膜燃料电池的聚乙烯醇/聚季铵盐阴离子交换膜的制备方法，属于燃料电池领域。制备方法包括如下步骤：(1)将聚乙烯醇和聚季铵盐分别溶于溶剂中，得到聚乙烯醇溶液和聚季铵盐溶液；(2)将聚乙烯醇溶液和聚季铵盐溶液混合均匀，去除气泡，然后除去溶剂，得聚乙烯醇/聚季铵盐膜；(3)戊二醛交联聚乙烯醇/聚季铵盐膜得聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜；(4)将聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜浸于碱溶液中，使聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜氢氧根离子化后即得。得到的交换膜具有良好的力学性能和热稳定性，电导率优于现有技术，化学性能稳定，可显著延长其使用寿命。本发明交换膜可应用于阴离子交换膜燃料电池，具有良好的应用前景。