PDF《SPES/PWA/SiO2 复合质子交换膜的性能》

1 实验部分 1.1 试剂和仪器 聚醚砜(PES): 德国BASF公司, Ultrason E6020P, MW=58000;

N,N鄄二甲基乙酰胺(DMAC): 分析纯, 国 药集团化学试剂有限公司;

正硅酸乙酯(TEOS): 分 析纯, 天津市博迪化工有限公司;

磷钨酸(PWA): 工 业纯, 国药集团化学试剂有限公司;

浓硫酸: 分析纯, 开封东大化工有限公司;

氯磺酸: 化学纯, 中国亨新 化工试剂厂. 热重分析仪: 美国 TA 公司 SDT鄄Q600;

差示扫 描量热仪: 美国 TA 公司 DSC Q鄄100;

扫描电子显微 镜: 日本 HITACHI X鄄650;

X 射线能谱分析仪: 英国 Oxford 仪器公司Energy Dispersive X鄄ray (EDX) 1350;

气相色谱仪: 美国 HP 公司 GC鄄5890 series II. 频率响应分析仪: 英国 Solatron 公司 1260. 1.2 聚醚砜的磺化与复合膜的制备 聚醚砜的磺化以浓硫酸为溶剂, 氯磺酸为磺化 剂来进行, 具体步骤参照文献[26] . 离子交换容量(IEC) 值的测定采用酸碱滴定法, 将SPES 膜样品浸泡在 大量的

1 mol ・ L-1 的NaCl 溶液中至少

48 h, 使样品 中的磺酸基团中的 H+ 都交换成 Na+ , 然后用 0.01 mol ・ L-1 的NaOH 标准溶液来滴定浸泡后液体中氢 离子. 离子交换容量值由下面公式来进行计算: IEC= c伊V m 伊100% (1) 其中c是NaOH溶液的浓度(mol ・ L-1 ), V是所用 NaOH 溶液的体积(L), m 是SPES 的质量(g). 实验得到 SPES 的磺化度为 35%, 对应的离子交换容量值为 1.34 mmol ・ g-1 . 室温下将 SPES 溶于 DMAC 形成质量分数为 6%的均相溶液待用. 称取一定量的 PWA 溶于去离 子水, 向其中加入一定量的 TEOS, 超声振荡

30 min, 将该混合物倒入已配好的 SPES 溶液中, 超声 振荡

30 min 后, 再磁力搅拌

1 h, 其中 PWA 与所形 成的 SiO2 的质量比固定为 2:5. 然后将混合物倒入 成膜板中, 置于烘箱,

60 益烘

4 h,

80 益烘

10 h,

100 益烘

4 h. 最后待自然冷却后, 取膜, 复合膜用 SPES鄄2968 No.11 龚春丽等: SPES/PWA/SiO2 复合质子交换膜的性能 P鄄S x 表示, 其中 x 为SiO2 占SPES 的质量分数. 1.3 复合膜结构与性能表征 膜的热稳定性采用热重分析仪进行测试, 温度 30-700 益, 升温速率

10 益・min-1 , N2 保护. 玻璃化转 变温度(Tg)采用 DSC 进行测定. 为了消除热历史, 扫 描两次, 第一次温度范围 25-250 益, N2 保护, 升温 速率

20 益・min-1 , 淬火后进行第二次扫描, 温度范围 25-300 益, N2 保护, 升温速率

10 益・min-1 , 取第二次 的扫描图谱作为测试结果. 膜的吸水率就是干膜吸水的质量比率, 将一定 质量的干膜浸泡于去离子水中,

24 h 后取出, 用滤纸 迅速吸去膜表面的水分后准确称取其质量, 其吸水 率(Wt)可根据公式(2)计算: Wt= Ww-Wd Wd 伊100% (2) 式中, Ww 为膜在室温下的湿重(g);

Wd 为膜在室温下 的干重(g). 溶胀性测试是分别测定干膜和在

80 益去离子 水中保持了

24 h 的湿膜的长、 宽和厚度尺寸, 然后 由式(3)计算出溶胀率: 驻l= lw-ld ld 伊100% (3) 式中, lw 为膜处于湿态时的长度;

ld 为膜处于干态下 的长度. 宽度和厚度的尺寸改变也如式(3)进行求取. PWA 在膜中的稳定性参考文献中所述的方法[27] 进行测定: 将膜在

100 益真空干燥

24 h 后称重(W1), 再将该样品分别浸泡在室温去离子水和沸水中保存

24 h, 分别取出后在

100 益真空干燥

24 h 后称重 (W2), PWA 在膜........