CN113698660A - 聚合物多孔材料及其制备方法、多孔阴离子聚合物材料及其制备方法和应用 - Google Patents

聚合物多孔材料及其制备方法、多孔阴离子聚合物材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113698660A
CN113698660A CN202111050712.0A CN202111050712A CN113698660A CN 113698660 A CN113698660 A CN 113698660A CN 202111050712 A CN202111050712 A CN 202111050712A CN 113698660 A CN113698660 A CN 113698660A
Authority
CN
China
Prior art keywords
porous
preparation
polymer
preparing
polyimide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111050712.0A
Other languages
English (en)
Inventor
邵国胜
武智恒
陆柳
沈永龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou New Century Material Genome Engineering Research Institute Co ltd
Original Assignee
Zhengzhou New Century Material Genome Engineering Research Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou New Century Material Genome Engineering Research Institute Co ltd filed Critical Zhengzhou New Century Material Genome Engineering Research Institute Co ltd
Priority to CN202111050712.0A priority Critical patent/CN113698660A/zh
Publication of CN113698660A publication Critical patent/CN113698660A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/28—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a liquid phase from a macromolecular composition or article, e.g. drying of coagulum
    • C08J9/286—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a liquid phase from a macromolecular composition or article, e.g. drying of coagulum the liquid phase being a solvent for the monomers but not for the resulting macromolecular composition, i.e. macroporous or macroreticular polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/04—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent
    • C08J9/06—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a chemical blowing agent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/36—After-treatment
    • C08J9/40—Impregnation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1065—Polymeric electrolyte materials characterised by the form, e.g. perforated or wave-shaped
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1069—Polymeric electrolyte materials characterised by the manufacturing processes
    • H01M8/1086—After-treatment of the membrane other than by polymerisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2379/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C08J2361/00 - C08J2377/00
    • C08J2379/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08J2379/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Abstract

本发明涉及聚合物多孔材料及其制备方法、多孔阴离子聚合物材料及其制备方法和应用，属于材料制备技术领域。一种聚合物多孔材料的制备方法，包括以下步骤：首先将混合物进行微生物发泡，得到发泡液，然后将发泡液进行成型处理，即得；所述混合物主要由发酵菌、水、碳源、聚酰亚胺和聚酰亚胺的良性溶剂组成。本发明的聚合物多孔材料的制备方法通过发酵菌种的有氧、无氧呼吸产生气泡，并可通过发酵菌种和糖类物质的比例控制发酵程度，来调整产生气泡的尺寸，具有工艺简单、流程短、快速高效、设备依赖性低、成本低廉、适用于工业化大规模生产的优点。

Description

聚合物多孔材料及其制备方法、多孔阴离子聚合物材料及其 制备方法和应用
技术领域
本发明涉及聚合物多孔材料及其制备方法、多孔阴离子聚合物材料及其制备方法和应用，属于材料制备技术领域。
背景技术
羟基阴离子交换膜(简称阴离子交换膜)是一种对阴离子有选择性透过的碱性电解质，也是一种阴离子选择性透过膜，在生物、医学、水处理、分离提纯、电化学领域尤其是碱性膜燃料电池领域得到广泛的应用。传统的阴离子交换膜需要拥有低的溶胀，良好的致密性和机械强度，但仍然面临着机械强度低、碱性条件下稳定性差、电导率低的问题，直接影响了交换膜在器件中的使用寿命和器件的能量转换效率。
为解决以上问题，大量研究工作围绕着阴离子交换膜的分子结构设计以及对现有膜的交联、掺杂改性进行，而其中复杂的反应步骤和潜在的环境污染将造成离子通道堵塞或中毒，降低其功能效果。
聚合物多孔材料拥有较大的比表面积和开放并且可调的孔道结构，其暴露开放的结构为材料提供更多的表面官能团，为实现阴离子交换程度的可调性提供了基础。另外，可调孔道结构可以为交换膜提供更快的离子传导路径，比传统阴离子膜具有更高的离子电导率，因而选择聚合物多孔材料并进行进一步处理作为阴离子交换膜材料具有巨大材料优势。近些年，一些可行的构筑多孔结构的技术已经被广泛使用，如模板刻蚀法、纳米刻蚀法、自组装法等。然而这些技术复杂，操作繁琐，成本较高，并且高分子聚合物的多孔结构的构建受限于高分子材料本身的属性，刻蚀或煅烧过程中不免会破坏高分子聚合物的官能团甚至主链结构，以及强度、韧性等性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单、快速、成本低廉的聚合物多孔材料的制备方法。
本发明的第二个目的在于提供一种聚合物多孔材料。
本发明的第三个目的在于提供一种多孔阴离子聚合物材料的制备方法。
本发明的第四个目的在于提供一种多孔阴离子聚合物材料。
本发明的第五个目的在于提供一种多孔阴离子聚合物材料在燃料电池中的应用。
为了实现上述目的，本发明的聚合物多孔材料的制备方法所采用的技术方案为：
一种聚合物多孔材料的制备方法，包括以下步骤：首先将混合物进行微生物发泡，得到发泡液，然后将发泡液进行成型处理，即得；所述混合物主要由发酵菌、水、碳源、聚酰亚胺和聚酰亚胺的良性溶剂组成。
本发明的聚合物多孔材料的制备方法通过发酵菌种的有氧、无氧呼吸产生气泡，并可通过发酵菌种和碳源的比例控制发酵程度，来调整产生气泡的尺寸，具有工艺简单、流程短、快速高效、设备依赖性低、成本低廉、适用于工业化大规模生产的优点，混合物中的少量水以及发酵菌在呼吸过程中产生的少量水会引起聚酰亚胺的微固化，有助于空腔的形成，进而帮助形成材料内部的三维多孔结构，当聚合物多孔材料的孔洞密度合适，尺寸足够时，三维空洞连通。
优选地，所述发酵菌为酵母菌或乳酸菌。
优选地，所述碳源为糖类化合物。
优选地，所述糖类化合物选自葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、半乳糖、羧甲基壳聚糖中的一种或任意组合。
优选地，所述聚酰亚胺的良性溶剂为极性有机溶剂。优选地，所述极性有机溶剂为与水互溶的极性有机溶剂。
优选地，所述极性有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或任意组合。
优选地，所述碳源与聚酰亚胺的良性溶剂的质量比为1-8:100。
进一步优选地，所述碳源与聚酰亚胺的良性溶剂的质量比为1.9-5.73:100。
优选地，所述聚酰亚胺与与聚酰亚胺的良性溶剂的质量比为8-33:100。
进一步优选地，所述聚酰亚胺与与聚酰亚胺的良性溶剂的质量比为21.2:100。
优选地，所述碳源、聚酰亚胺与聚酰亚胺的良性溶剂的质量比为1-8:8-33:100。
优选地，所述聚酰亚胺为聚酰亚胺粉末。
优选地，所述发酵菌与碳源的质量比为0.1-8:100。
进一步优选地，所述发酵菌与碳源的质量比为1-5.25:100。
优选地，所述水的使用量相对于每mg发酵菌为0.1-5μL。
优选地，所述水的使用量相对于每mg发酵菌为0.25-3μL。
进一步优选地，所述水的使用量相对于每mg发酵菌为2.64-2.78μL。
优选地，所述微生物发泡的温度为25-45℃。优选地，所述微生物发泡的时间为1-3h。
优选地，所述成型处理为成膜处理。优选地，成膜处理包括以下步骤：将发泡液刮涂在基材上，然后除去溶剂。优选地，所述基材为玻璃。优选地，所述除去溶剂采用真空干燥进行。优选地，所述真空干燥的温度为70℃，时间为2-3h。通过真空干燥除去溶剂，可以实现溶剂有效挥发，并且使制得的聚合物多孔材料的表面平整。
本发明的聚合物多孔材料所采用的技术方案为：
一种由上述聚合物多孔材料的制备方法制得的聚合物多孔材料。
本发明的聚合物多孔材料用于制备多孔阴离子聚合物材料时，可以使多孔阴离子聚合物材料具有高柔性和高强度的优点，并且具有较高的OH-离子电导率。
本发明的多孔阴离子聚合物材料的制备方法所采用的技术方案为：
一种多孔阴离子聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：将上述聚合物多孔材料的制备方法制备的聚合物多孔材料进行羟基化处理，即得。
本发明的多孔阴离子聚合物材料的制备方法通过将上述制备的聚合物多孔材料进行羟基化处理，聚合物多孔材料中有三维多孔结构和高密度合适尺寸的发泡孔道，有利于OH-在聚合物多孔材料内部扩散；羟基化处理可以在聚合物中引入的大量亲水官能团，降低了OH-在孔道中“Grotthuss/Vehicular”传导能垒，进一步提高了多孔聚合物材料对OH-的传导能力，制备的多孔阴离子聚合物材料可以应用于生物、医学、水处理、分离提纯、电化学领域尤其是碱性膜燃料电池领域。
优选地，所述羟基化处通过将聚合物多孔材料在碱性溶液中浸泡来实现。优选地，所述碱性溶液中OH-的摩尔浓度为0.1-1mol/L。
优选地，所述碱性溶液主要由碱性化合物和水组成。优选地，所述碱性化合物为NaOH和/或KOH。优选地，所述碱性化合物在碱性溶液中的摩尔浓度为0.1-1mol/L。
优选地，所述碱性溶液的温度为30-70℃；浸泡的时间为1-5h。
优选地，所述多孔阴离子聚合物材料为膜状材料。
本发明的多孔阴离子聚合物材料所采用的技术方案为：
一种由上述多孔阴离子聚合物材料的制备方法制得的多孔阴离子聚合物材料。
本发明的多孔阴离子聚合物材料同时具有高柔性和高强度的优点，并且具有较高的OH-离子电导率，可以应用于生物、医学、水处理、分离提纯、电化学领域尤其是碱性膜燃料电池领域。
本发明的多孔阴离子聚合物材料在燃料电池中的应用所采用的技术方案为：
一种由上述多孔阴离子聚合物材料的制备方法制备的多孔阴离子聚合物材料在燃料电池中的应用，所述多孔阴离子聚合物材料为膜状材料。
本发明的多孔阴离子聚合物材料同时具有高柔性和高强度的优点，并且具有较高的OH-离子电导率，可以应用于碱性膜燃料电池领域。
附图说明
图1为实施例14制备的多孔阴离子聚合物材料的扫描电镜图、光学显微镜透射光图和表面孔直径分布直方图；
图2为实施例15制备的多孔阴离子聚合物材料的扫描电镜图、光学显微镜透射光图和表面孔直径分布直方图；
图3为实施例16制备的多孔阴离子聚合物材料的扫描电镜图、光学显微镜透射光图和表面孔直径分布直方图；
图4为实施例17制备的多孔阴离子聚合物材料的扫描电镜图、光学显微镜透射光图和表面孔直径分布直方图；
图5为实施例18制备的多孔阴离子聚合物材料的扫描电镜图、光学显微镜透射光图和表面孔直径分布直方图；
图6为实施例14-18和对比例1-4制备的多孔阴离子聚合物材料的离子电导率；
图7为实施例14-18和对比例1-4制备的多孔阴离子聚合物材料的溶胀率；
图8为实施例14-18和对比例1-4制备的多孔阴离子聚合物材料的抗拉强度。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进一步说明。
本发明实施例中的聚酰亚胺粉末由巴斯夫生产，产品型号为Matrimid 5218。
一、本发明的聚合物多孔材料的制备方法的具体实施例如下：
实施例1
本实施例的聚合物多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.36g无水葡萄糖加入到20mLN,N-二甲基甲酰胺(18.87g)中，在水浴中进行磁力搅拌，在70℃和1000rpm的转速条件下，无水葡萄糖溶解完全，然后再缓慢加入4g聚酰亚胺粉末，并在70℃下进行搅拌，待聚酰亚胺粉末完全溶解后，得到混合液A。
(2)在室温下，将3.6mg酵母菌加入到10μL去离子水中，搅拌，得到均匀的酵母菌分散液；然后将酵母菌分散液缓慢滴加到温度为35℃且处于磁力搅拌的混合液A中，滴加完毕后，停止磁力搅拌，得到混合液B，将混合液B在35℃水浴中静置1小时进行微生物发泡，得到发泡液。
(3)将适量发泡液通过刮刀涂膜机涂布于平整玻璃上，然后在真空干燥箱中于70℃下烘干2h成膜，再将膜从玻璃板上剥离，得到聚合物多孔材料。
实施例2
本实施例的聚合物多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.36g无水葡萄糖加入到20mLN,N-二甲基甲酰胺(18.87g)中，在水浴中进行磁力搅拌，在70℃和1000rpm的转速条件下，无水葡萄糖溶解完全，然后再缓慢加入4g聚酰亚胺粉末，并在70℃下进行搅拌，待聚酰亚胺粉末完全溶解后，得到混合液A。
(2)在室温下，将18.9mg酵母菌加入到50μL去离子水中，搅拌，得到均匀的酵母菌分散液；然后将酵母菌分散液缓慢滴加到温度为35℃且处于磁力搅拌的混合液A中，滴加完毕后，停止磁力搅拌，得到混合液B，将混合液B在35℃水浴中静置1小时进行微生物发泡，得到发泡液。
(3)将适量发泡液通过刮刀涂膜机涂布于平整玻璃上，然后在真空干燥箱中于70℃下烘干3h成膜，再将膜从玻璃板上剥离，得到聚合物多孔材料。
实施例3
本实施例的聚合物多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1.08g无水葡萄糖加入到20mLN,N-二甲基甲酰胺(18.87g)中，在水浴中进行磁力搅拌，在70℃和1000rpm的转速条件下，无水葡萄糖溶解完全，然后再缓慢加入4g聚酰亚胺粉末，并在70℃下进行搅拌，待聚酰亚胺粉末完全溶解后，得到混合液A。
(2)在室温下，将10.9mg酵母菌加入到30μL去离子水中，搅拌，得到均匀的酵母菌分散液；然后将酵母菌分散液缓慢滴加到温度为35℃且处于磁力搅拌的混合液A中，滴加完毕后，停止磁力搅拌，得到混合液B，将混合液B在35℃水浴中静置1小时进行微生物发泡，得到发泡液。
(3)将适量发泡液通过刮刀涂膜机涂布于平整玻璃上，然后在真空干燥箱中于70℃下烘干2.5h成膜，再将膜从玻璃板上剥离，得到聚合物多孔材料。
实施例4
本实施例的聚合物多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1.08g无水葡萄糖加入到20mLN,N-二甲基甲酰胺(18.87g)中，在水浴中进行磁力搅拌，在70℃和1000rpm的转速条件下，无水葡萄糖溶解完全，然后再缓慢加入4g聚酰亚胺粉末，并在70℃下进行搅拌，待聚酰亚胺粉末完全溶解后，得到混合液A。
(2)在室温下，将56.8mg酵母菌加入到150μL去离子水中，搅拌，得到均匀的酵母菌分散液；然后将酵母菌分散液缓慢滴加到温度为35℃且处于磁力搅拌的混合液A中，滴加完毕后，停止磁力搅拌，得到混合液B，将混合液B在35℃水浴中静置1小时进行微生物发泡，得到发泡液。
(3)将适量发泡液通过刮刀涂膜机涂布于平整玻璃上，然后在真空干燥箱中于70℃下烘干2h成膜，再将膜从玻璃板上剥离，得到聚合物多孔材料。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于，将酵母菌替换为乳酸菌。
实施例6
本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中无水葡萄糖的质量为0.6g，步骤(2)中将12mg酵母菌加入到32.4μL去离子水中，将混合液B在25℃水浴中静置2小时进行微生物发泡。
实施例7
本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中无水葡萄糖的质量为0.6g，步骤(2)中将12mg酵母菌加入到32.4μL去离子水中，将混合液B在25℃水浴中静置3小时进行微生物发泡。
实施例8
本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中无水葡萄糖的质量为0.6g，步骤(2)中将21mg酵母菌加入到56.7μL去离子水中，将混合液B在45℃水浴中静置2小时进行微生物发泡。
实施例9
本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中无水葡萄糖的质量为0.6g，步骤(2)中将21mg酵母菌加入到56.7μL去离子水中，将混合液B在45℃水浴中静置3小时进行微生物发泡。
实施例10
本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中无水葡萄糖的质量为0.84g，步骤(2)中将16.8mg酵母菌加入到45.4μL去离子水中，将混合液B在25℃水浴中静置2小时进行微生物发泡。
实施例11
本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中无水葡萄糖的质量为0.84g，步骤(2)中将16.8mg酵母菌加入到45.4μL去离子水中，将混合液B在25℃水浴中静置3小时进行微生物发泡。
实施例12
本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中无水葡萄糖的质量为0.84g，步骤(2)中将29.4mg酵母菌加入到79.4μL去离子水中，将混合液B在45℃水浴中静置2小时进行微生物发泡。
实施例13
本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中无水葡萄糖的质量为0.84g，步骤(2)中将29.4mg酵母菌加入到79.4μL去离子水中，将混合液B在45℃水浴中静置3小时进行微生物发泡。
二、本发明的聚合物多孔材料的具体实施例如下：
本实施例的聚合物多孔材料由实施例1-13任一项的聚合物多孔材料的制备方法制备得到。
三、本发明的多孔阴离子聚合物材料的制备方法的具体实施例如下：
实施例14
本实施例的多孔阴离子聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
将实施例1得到的聚合物多孔材料浸泡于0.1mol/L的KOH溶液中，在70℃下进行羟基化处理5小时，再用超纯水反复冲洗，得到多孔阴离子聚合物材料。
实施例15
本实施例的多孔阴离子聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
将实施例2得到的聚合物多孔材料浸泡于0.4mol/L的KOH溶液中，在50℃下进行羟基化处理3小时，再用超纯水反复冲洗，得到多孔阴离子聚合物材料。
实施例16
本实施例的多孔阴离子聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
将实施例3得到的聚合物多孔材料浸泡于1mol/L的KOH溶液中，在30℃下进行羟基化处理2.5小时，再用超纯水反复冲洗，得到多孔阴离子聚合物材料。
实施例17
本实施例的多孔阴离子聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
将实施例4得到的聚合物多孔材料浸泡于1mol/L的KOH溶液中，在50℃下进行羟基化处理1小时，再用超纯水反复冲洗，得到多孔阴离子聚合物材料。
实施例18
本实施例的多孔阴离子聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
将实施例5得到的聚合物多孔材料浸泡于0.55mol/L的KOH溶液中，在50℃下进行羟基化处理3小时，再用超纯水反复冲洗，得到多孔阴离子聚合物材料。
其他实施例中，将实施例6-13得到的聚合物多孔材料分别浸泡于0.4mol/L的KOH溶液中，在50℃下进行羟基化处理3小时，再用超纯水反复冲洗，得到相应的多孔阴离子聚合物材料。
对比例1
本对比例的多孔阴离子聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照实施例1的方法制备聚合物多孔材料，区别在于，制备过程中，不添加酵母菌和水。
(2)将得到的聚合物多孔材料浸泡于0.4mol/L的KOH溶液中，在50℃下进行羟基化处理3小时，再用超纯水反复冲洗，得到多孔阴离子聚合物材料。
对比例2
本对比例的多孔阴离子聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照实施例3的方法制备聚合物多孔材料，区别在于，制备过程中，不添加酵母菌和水。
(2)将得到的聚合物多孔材料浸泡于0.4mol/L的KOH溶液中，在50℃下进行羟基化处理3小时，再用超纯水反复冲洗，得到多孔阴离子聚合物材料。
对比例3
本对比例的多孔阴离子聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照实施例1的方法制备聚合物多孔材料，区别在于，制备过程中，不添加无水葡萄糖、酵母菌和水。
(2)将得到的聚合物多孔材料浸泡于0.4mol/L的KOH溶液中，在50℃下进行羟基化处理3小时，再用超纯水反复冲洗，得到多孔阴离子聚合物材料。
对比例4
本对比例的多孔阴离子聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照实施例1的方法制备聚合物多孔材料，区别在于，制备过程中，不添加无水葡萄糖和酵母菌。
(2)将得到的聚合物多孔材料浸泡于0.4mol/L的KOH溶液中，在50℃下进行羟基化处理3小时，再用超纯水反复冲洗，得到多孔阴离子聚合物材料。
四、本发明的多孔阴离子聚合物材料的具体实施例如下：
本实施例的多孔阴离子聚合物材料由实施例14-18任一项的多孔阴离子聚合物材料的制备方法制备得到。
五、本发明的多孔阴离子聚合物材料在燃料电池中的应用的具体实施例如下：
将实施例14-18任一项的多孔阴离子聚合物材料的制备方法制备得到的多孔阴离子聚合物材料作为多孔阴离子交换膜应用于燃料电池即可。
实验例
1.表面结构
利用扫描电镜和光学显微镜观察实施例14-18和对比例1-4制备的多孔阴离子聚合物材料的表面结构，对比例1-4制备的多孔阴离子聚合物材料均无观察到孔结构，实施例14-18制备的多孔阴离子聚合物材料的表面结构和表面孔直径分布直方图如图1-5所示，从图1-5中可以看出，实施例14-18制备的多孔阴离子聚合物材料的表面孔直径平均值分别为0.39、1.23、3.67、4.39和0.51μm。结果表明，实施例14-18实现了多孔阴离子聚合物材料的孔大小的均匀调控，通过调整葡萄糖和发酵菌的相对含量实现了对多孔阴离子聚合物材料表面孔直径在0.39-4.39μm范围内的调控，由实施例6-13得到的聚合物多孔材料制备的多孔阴离子聚合物材料也有相似的表面结构，表明发酵条件与多孔阴离子聚合物材料的孔结构有显著关联性。因此，通过工艺调节可以提供满足针对燃料电池、水处理和分离提纯等不同领域所需的具有不同孔尺寸的多孔阴离子聚合物材料，本发明的多孔阴离子聚合物材料的制备方法表现出广泛的应用范围。
2.OH-离子电导率
分别使用两电极高频阻抗法测试实施例14-18和对比例1-4制备的多孔阴离子聚合物材料在超纯水环境和30℃条件下的离子电导率，结果如图6所示，从图6中可以看出，实施例14-18和对比例1-4的多孔阴离子聚合物材料的OH-离子电导率分别为29.3、24.1、25.7、23.7、30.2、14.5、8.0、10.5和10.3mS/cm。结果表明，实施例14-17中通过对多孔阴离子聚合物材料的孔尺寸进行调控，可以有效调整多孔阴离子聚合物材料的离子电导率。由实施例1和实施例18可知，不同的发酵菌均可以得到接近30mS/cm的高离子电导率。与对比例1-4相比，实施例14-18制备的多孔阴离子聚合物材料均能得到更优的离子电导率，由实施例6-13得到的聚合物多孔材料制备的多孔阴离子聚合物材料也有较优的离子电导率，可知多孔阴离子聚合物材料的离子电导率对不同发酵条件不敏感。与对比例1-4相比，实施例14-18制备的多孔阴离子聚合物材料均表现出更加优越的离子导电性，应用于燃料电池时有助于减少电池内部的内阻值，提升燃料电池的综合性能。
3.溶胀率和抗拉强度
分别将实施例14-18和对比例1-4制备的多孔阴离子聚合物材料在去离子水中浸泡24h，得到在去离子水中浸泡24h后的多孔阴离子聚合物材料的厚度与浸泡前的多孔阴离子聚合物材料的厚度，多孔阴离子聚合物材料在水中浸泡后的厚度增加值与浸泡前的厚度的比值即为溶胀率，测试结果如图7所示，从图7可知，实施例14-18和对比例1-4的多孔阴离子聚合物材料的溶胀率分别为26.7％、27.6％、38.3％、44.8％、28.3％、45.2％、20.4％、35.0％和37.1％，结果表明，通过对发酵条件的调整，可以调控多孔阴离子聚合物材料的孔尺寸，进而可以明显改变多孔阴离子聚合物材料的的溶胀率，此调控同样适用于实施例6-13，在水环境下，可以保证多孔阴离子聚合物材料在阴离子选择透过过程中的结构稳定性。
然后在室温环境下，测试处于完全润湿情况下的实施例14-18和对比例1-4制备的多孔阴离子聚合物材料的抗拉强度，测试结果如图8所示，从图8可知，实施例14-18制备的多孔阴离子聚合物材料具有更大的抗拉强度，由实施例6-13得到的聚合物多孔材料制备的多孔阴离子聚合物材料也有较优的抗拉强度，表明通过多孔结构的构建和优化，本发明制备的多孔阴离子聚合物材料可以同时兼顾较高的离子电导率和优良的机械强度。

Claims (10)

1.一种聚合物多孔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将混合物进行微生物发泡，得到发泡液，然后将发泡液进行成型处理，即得；所述混合物主要由发酵菌、水、碳源、聚酰亚胺和聚酰亚胺的良性溶剂组成。
2.如权利要求1所述的聚合物多孔材料的制备方法，其特征在于，所述碳源、聚酰亚胺与聚酰亚胺的良性溶剂的质量比为1-8:8-33:100；所述发酵菌与碳源的质量比为0.1-8:100；所述水的使用量相对于每mg发酵菌为0.1-5μL。
3.如权利要求1所述的聚合物多孔材料的制备方法，其特征在于，所述微生物发泡的温度为25-45℃。
4.如权利要求1所述的聚合物多孔材料的制备方法，其特征在于，所述成型处理为成膜处理。
5.一种由权利要求1-4任一项所述的聚合物多孔材料的制备方法制备的聚合物多孔材料。
6.一种多孔阴离子聚合物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将如权利要求1-4任一项所述的聚合物多孔材料的制备方法制备的聚合物多孔材料进行羟基化处理，即得。
7.如权利要求6所述的多孔阴离子聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述羟基化处理通过将聚合物多孔材料在碱性溶液中浸泡来实现；所述碱性溶液中OH-的摩尔浓度为0.1-1mol/L。
8.如权利要求7所述的多孔阴离子聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液的温度为30-70℃；浸泡的时间为1-5h。
9.一种由权利要求6-8任一项所述的多孔阴离子聚合物材料的制备方法制备的多孔阴离子聚合物材料。
10.一种由权利要求6-8任一项所述的多孔阴离子聚合物材料的制备方法制备的多孔阴离子聚合物材料在燃料电池中的应用，其特征在于，所述多孔阴离子聚合物材料为膜状材料。
CN202111050712.0A 2021-09-08 2021-09-08 聚合物多孔材料及其制备方法、多孔阴离子聚合物材料及其制备方法和应用 Pending CN113698660A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111050712.0A CN113698660A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 聚合物多孔材料及其制备方法、多孔阴离子聚合物材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111050712.0A CN113698660A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 聚合物多孔材料及其制备方法、多孔阴离子聚合物材料及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113698660A true CN113698660A (zh) 2021-11-26

Family

ID=78659291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111050712.0A Pending CN113698660A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 聚合物多孔材料及其制备方法、多孔阴离子聚合物材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113698660A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103022530A (zh) * 2012-12-14 2013-04-03 辽宁师范大学 多孔隔膜及其制备方法以及在燃料电池中的应用
JP2014132057A (ja) * 2013-01-07 2014-07-17 Unitika Ltd ポリイミド多孔質フィルムおよびその用途
CN106140114A (zh) * 2016-07-28 2016-11-23 陕西科技大学 一种可吸附重金属离子的多孔复合材料及其制备方法和应用
CN111435734A (zh) * 2019-12-27 2020-07-21 蜂巢能源科技有限公司 多孔硅碳复合负极材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103022530A (zh) * 2012-12-14 2013-04-03 辽宁师范大学 多孔隔膜及其制备方法以及在燃料电池中的应用
JP2014132057A (ja) * 2013-01-07 2014-07-17 Unitika Ltd ポリイミド多孔質フィルムおよびその用途
CN106140114A (zh) * 2016-07-28 2016-11-23 陕西科技大学 一种可吸附重金属离子的多孔复合材料及其制备方法和应用
CN111435734A (zh) * 2019-12-27 2020-07-21 蜂巢能源科技有限公司 多孔硅碳复合负极材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
（澳）布拉德利兰德维格等: "《低温燃料电池材料》", 31 December 2019, 国防工业出版社 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Reduced graphene oxide/polyacrylamide composite hydrogel scaffold as biocompatible anode for microbial fuel cell
JP5110462B2 (ja) バクテリアセルロース有機ゲルを利用したリチウムイオン導電性材料、それを用いたリチウムイオン電池及びバクテリアセルロースエアロゲル
JPWO2006025148A6 (ja) バクテリアセルロース有機ゲルを利用したリチウムイオン導電性材料、それを用いたリチウムイオン電池及びバクテリアセルロースエアロゲル
KR20030090779A (ko) 중합체 전해질 막
CN101704957B (zh) 一种制备具有连续纳米孔道的聚合物薄膜的方法
CN114976165B (zh) 复合离子交换膜及其制备方法
CN112175232A (zh) 一种基于纳米纤维素-石墨烯-聚乙烯醇-聚乙二胺的导电水凝胶的制备方法
CN111533937A (zh) 改性氧化石墨烯/Nafion复合质子交换膜及其制备方法和应用
CN108816057B (zh) 一种聚多巴胺-离子液复合膜及其制备方法
CN114736411B (zh) 一种导电聚苯胺/氧化石墨烯修饰的Nafion复合质子交换膜及其应用
CN111925776B (zh) 一种聚吡咯纳米线界面改性三维石墨烯/pdms复合光热材料的制备方法
CN111128472B (zh) 一种在石墨烯表面电沉积制备导电聚合物薄膜的方法
CN113667161A (zh) 一种改性聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)接枝乙烯基咪唑阴离子交换膜的制备方法
CN115414801A (zh) 一步法制备持久亲水聚四氟乙烯分离膜的方法
CN113698660A (zh) 聚合物多孔材料及其制备方法、多孔阴离子聚合物材料及其制备方法和应用
CN113121859A (zh) 一种电聚合聚多巴胺-碳纳米管复合膜的制备方法
CN110491679B (zh) 氧化石墨烯-聚噻吩复合材料和基于该材料的超级电容器
CN114122398B (zh) 一种一体化导电粘合剂及其制备方法和应用
CN113690457B (zh) 一种燃料电池用纺丝溶液及其碳纸的制备方法
CN114068893A (zh) 一种复合材料及其制备方法和应用
CN108823983A (zh) 一种季铵化聚乙烯醇/壳聚糖静电纺丝固体电解质薄膜的制备方法
CN113941259A (zh) 一种兼具膜结构调控和亲水改性的高通量抗污超滤膜的制备方法
CN115926348B (zh) 一种水下超强循环粘附材料及其制备方法和应用
CN110937663B (zh) 一种掺杂酞菁锌的过滤型阴极膜的制备方法
CN111261914B (zh) 一种氧化石墨烯聚合物复合质子交换膜及制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination