CN108276596A - 一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜 - Google Patents

一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：烯基琥珀酸酐2‑4、乙酰丙酮钒0.1‑0.2、八钼酸铵1‑2、纳米碳粉14‑20、油酸二乙醇酰胺1‑2、纤维聚苯胺溶液75‑80。本发明的质子交换膜加入的纳米碳粉能够有效的提高成品膜的力学稳定性，加入的乙酰丙酮钒等能够提高成品交换膜的耐热稳定性，本发明的交换膜加入的聚苯胺能够有效的提高成品膜的导电率，综合性能优越。

Description

一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜
技术领域
本发明属于交换膜领域，具体涉及一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜。
背景技术
质子交换膜是PEMFC中的核心部件，决定燃料电池的性能。它不仅是—种隔膜材料，而且又能作为质子载体完成质子的传递。目前广泛使用的是美国杜邦公司生产的全氟磺酸Nafion膜，这类全氟磺酸膜具有质子导电性好，耐腐蚀性强，寿命长等优点。但高昂的价格(800美金/m2)、较低的工作温度(<100℃)、较高的甲醇渗透率以及含氟材料带来的环境问题等限制了其商业应用。因此，寻找价格低廉，在较宽温度范围内具有高电导率，优良的热及化学稳定性的新型质子交换膜材料是PEMFC的重要研究方向。然而目前的质子膜存在耐热稳定性差，质子传导率较低的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：
烯基琥珀酸酐2-4、乙酰丙酮钒0.1-0.2、八钼酸铵1-2、纳米碳粉14-20、油酸二乙醇酰胺1-2、纤维聚苯胺溶液75-80。
所述的一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜，所述的纤维聚苯胺溶液是由下述重量份的原料组成的：
氰乙基纤维素3-5、苯胺60-70、过硫酸钠1.5-2、乙酸异丁酸蔗糖酯1-2、月桂酰肌氨酸钠0.3-1。
所述的一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜，所述的纤维聚苯胺溶液的制备方法包括以下步骤：
(1)取过硫酸钠，加入到其重量27-30倍的去离子水中，搅拌均匀；
(2)取氰乙基纤维素，加入到其重量2-3倍的氯化亚砜中，升高温度为60-65℃，保温搅拌10-14分钟，加入乙酸异丁酸蔗糖酯，搅拌至常温，得纤维分散液；
(3)取月桂酰肌氨酸钠，加入到其重量25-40倍的去离子水中，搅拌均匀，加入苯胺，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为70-75℃，加入纤维分散液，搅拌均匀，滴加上述过硫酸钠水溶液，保温搅拌4-5小时，出料，得纤维聚苯胺溶液。
一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取烯基琥珀酸酐，加入到其重量10-15倍的去离子水中，搅拌均匀，与纤维聚苯胺溶液混合，送入到55-60℃的恒温水浴中，保温2-3小时，出料，过滤，将沉淀用二甲基甲酰胺、去离子水依次洗涤，真空65-70℃下干燥30-40分钟，得纤维改性聚苯胺；
(2)取乙酰丙酮钒，加入到其重量100-110倍的二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，加入纳米碳粉，超声10-20分钟，得碳粉分散液；
(3)取八钼酸铵，与纤维改性聚苯胺混合，搅拌均匀，加入到混合料重量17-20倍的二甲基甲酰胺中，超声25-30分钟，得酰胺分散液；
(4)取上述碳粉分散液、酰胺分散液混合，搅拌均匀，加入油酸二乙醇酰胺，超声1-2小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱在70-85℃下真空干燥20-30小时，待膜成型后，放入95-105℃的恒温干燥箱处理1-2小时，揭膜，将膜水洗，常温干燥，即得所述酸掺杂聚苯胺质子交换膜。
本发明的优点：
本发明以苯胺为单体，月桂酰肌氨酸钠的水溶液为反应溶剂，过硫酸钠为引发剂，在聚合过程中引入含有氰乙基纤维素的分散液，实现了纤维与聚苯胺的有效相容，本发明的质子交换膜加入的纳米碳粉能够有效的提高成品膜的力学稳定性，加入的乙酰丙酮钒等能够提高成品交换膜的耐热稳定性，本发明的交换膜加入的聚苯胺能够有效的提高成品膜的导电率，综合性能优越。
具体实施方式
实施例1
一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：
烯基琥珀酸酐2、乙酰丙酮钒0.1、八钼酸铵1、纳米碳粉14、油酸二乙醇酰胺1、纤维聚苯胺溶液75。
所述的一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜，所述的纤维聚苯胺溶液是由下述重量份的原料组成的：
氰乙基纤维素3、苯胺60、过硫酸钠1.5、乙酸异丁酸蔗糖酯1、月桂酰肌氨酸钠0.3。
所述的一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜，所述的纤维聚苯胺溶液的制备方法包括以下步骤：
(1)取过硫酸钠，加入到其重量27倍的去离子水中，搅拌均匀；
(2)取氰乙基纤维素，加入到其重量2倍的氯化亚砜中，升高温度为60℃，保温搅拌10分钟，加入乙酸异丁酸蔗糖酯，搅拌至常温，得纤维分散液；
(3)取月桂酰肌氨酸钠，加入到其重量25倍的去离子水中，搅拌均匀，加入苯胺，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为70℃，加入纤维分散液，搅拌均匀，滴加上述过硫酸钠水溶液，保温搅拌4小时，出料，得纤维聚苯胺溶液。
一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取烯基琥珀酸酐，加入到其重量10倍的去离子水中，搅拌均匀，与纤维聚苯胺溶液混合，送入到55℃的恒温水浴中，保温2小时，出料，过滤，将沉淀用二甲基甲酰胺、去离子水依次洗涤，真空65℃下干燥30分钟，得纤维改性聚苯胺；
(2)取乙酰丙酮钒，加入到其重量100倍的二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，加入纳米碳粉，超声10分钟，得碳粉分散液；
(3)取八钼酸铵，与纤维改性聚苯胺混合，搅拌均匀，加入到混合料重量17倍的二甲基甲酰胺中，超声25分钟，得酰胺分散液；
(4)取上述碳粉分散液、酰胺分散液混合，搅拌均匀，加入油酸二乙醇酰胺，超声1小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱在70℃下真空干燥20小时，待膜成型后，放入95℃的恒温干燥箱处理1小时，揭膜，将膜水洗，常温干燥，即得所述酸掺杂聚苯胺质子交换膜。
实施例2
一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：
烯基琥珀酸酐4、乙酰丙酮钒0.2、八钼酸铵2、纳米碳粉20、油酸二乙醇酰胺2、纤维聚苯胺溶液80。
所述的一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜，所述的纤维聚苯胺溶液是由下述重量份的原料组成的：
氰乙基纤维素5、苯胺70、过硫酸钠2、乙酸异丁酸蔗糖酯2、月桂酰肌氨酸钠1。
所述的一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜，所述的纤维聚苯胺溶液的制备方法包括以下步骤：
(1)取过硫酸钠，加入到其重量30倍的去离子水中，搅拌均匀；
(2)取氰乙基纤维素，加入到其重量3倍的氯化亚砜中，升高温度为65℃，保温搅拌14分钟，加入乙酸异丁酸蔗糖酯，搅拌至常温，得纤维分散液；
(3)取月桂酰肌氨酸钠，加入到其重量40倍的去离子水中，搅拌均匀，加入苯胺，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为75℃，加入纤维分散液，搅拌均匀，滴加上述过硫酸钠水溶液，保温搅拌5小时，出料，得纤维聚苯胺溶液。
一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取烯基琥珀酸酐，加入到其重量15倍的去离子水中，搅拌均匀，与纤维聚苯胺溶液混合，送入到60℃的恒温水浴中，保温3小时，出料，过滤，将沉淀用二甲基甲酰胺、去离子水依次洗涤，真空70℃下干燥40分钟，得纤维改性聚苯胺；
(2)取乙酰丙酮钒，加入到其重量110倍的二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，加入纳米碳粉，超声20分钟，得碳粉分散液；
(3)取八钼酸铵，与纤维改性聚苯胺混合，搅拌均匀，加入到混合料重量20倍的二甲基甲酰胺中，超声30分钟，得酰胺分散液；
(4)取上述碳粉分散液、酰胺分散液混合，搅拌均匀，加入油酸二乙醇酰胺，超声2小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱在85℃下真空干燥30小时，待膜成型后，放入105℃的恒温干燥箱处理2小时，揭膜，将膜水洗，常温干燥，即得所述酸掺杂聚苯胺质子交换膜。
性能测试：
对实施例1-2制备得到的质子交换膜进行性能测定，耐热性测试按照GB/T13464-92测试，质子传导率测试按照GB/T20042.3-2009测试；
实施例1的质子交换膜的质子导电率为3.07×10-2Scm-1、耐热温度为230.6℃；
实施例2的质子交换膜的质子导电率为3.11×10-2Scm-1、耐热温度为228.9℃。

Claims (4)

1.一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：
烯基琥珀酸酐2-4、乙酰丙酮钒0.1-0.2、八钼酸铵1-2、纳米碳粉14-20、油酸二乙醇酰胺1-2、纤维聚苯胺溶液75-80。
2.根据权利要求1所述的一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜，其特征在于，所述的纤维聚苯胺溶液是由下述重量份的原料组成的：
氰乙基纤维素3-5、苯胺60-70、过硫酸钠1.5-2、乙酸异丁酸蔗糖酯1-2、月桂酰肌氨酸钠0.3-1。
3.根据权利要求2所述的一种酸掺杂聚苯胺质子交换膜，其特征在于，所述的纤维聚苯胺溶液的制备方法包括以下步骤：
(1)取过硫酸钠，加入到其重量27-30倍的去离子水中，搅拌均匀；
(2)取氰乙基纤维素，加入到其重量2-3倍的氯化亚砜中，升高温度为60-65℃，保温搅拌10-14分钟，加入乙酸异丁酸蔗糖酯，搅拌至常温，得纤维分散液；
(3)取月桂酰肌氨酸钠，加入到其重量25-40倍的去离子水中，搅拌均匀，加入苯胺，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为70-75℃，加入纤维分散液，搅拌均匀，滴加上述过硫酸钠水溶液，保温搅拌4-5小时，出料，得纤维聚苯胺溶液。
4.一种如权利要求1-3中任一所述的酸掺杂聚苯胺质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取烯基琥珀酸酐，加入到其重量10-15倍的去离子水中，搅拌均匀，与纤维聚苯胺溶液混合，送入到55-60℃的恒温水浴中，保温2-3小时，出料，过滤，将沉淀用二甲基甲酰胺、去离子水依次洗涤，真空65-70℃下干燥30-40分钟，得纤维改性聚苯胺；
(2)取乙酰丙酮钒，加入到其重量100-110倍的二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，加入纳米碳粉，超声10-20分钟，得碳粉分散液；
(3)取八钼酸铵，与纤维改性聚苯胺混合，搅拌均匀，加入到混合料重量17-20倍的二甲基甲酰胺中，超声25-30分钟，得酰胺分散液；
(4)取上述碳粉分散液、酰胺分散液混合，搅拌均匀，加入油酸二乙醇酰胺，超声1-2小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱在70-85℃下真空干燥20-30小时，待膜成型后，放入95-105℃的恒温干燥箱处理1-2小时，揭膜，将膜水洗，常温干燥，即得所述酸掺杂聚苯胺质子交换膜。
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