聚芳硫醚砜质子交换膜的制备及改性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文聚芳硫醚砜质子交换膜的制备及改性研究论文作者：蔡聿星学生类别：全日制学科门类：理学学科专业：高分子化学与物理指导教师：丁会利职称：教授资助基金项目：(必要时填写)DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemistryandPhysicsofPolymersPREPARATIONANDMODIFICATIONOFPROTONEXCHANGEMEMBRANESBASEDONSULFONATEDPOLY(ARYLENETHIOETHERSULFO

2、NE)SByCaiYuxingSupervisor:Prof.DingHuiliMay2017原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有

3、权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要质子交换膜燃料电池（PEMFCs）作为清洁、高效的新能源而备受关注。质子交换膜（PEM）作为PEMFC系统的核心组件，它的性能直接影响燃料电池的使用。已商业化的Nafion具有成本高昂、低湿度下质子传导率损失严重等缺点。磺化聚芳醚类聚合物膜材料具有良好的机械性能、化学稳定性和热稳定性。本文以分子结构设计为起点，合成了聚芳硫醚砜聚合物（SPTES）。并

4、根据SPTES聚合物磺化度(DS)较高时，溶胀率高以及废弃后污染较大的特点，分别对SPTES进行了改性木质素磺酸钠和ZrP无机粒子改性。降低SPTES聚合物质子交换膜的成本，增强膜的稳定性。首先，合成了不同磺化度的SPTES聚合物，通过分析测试得到了聚合物的性能特点，对聚合物流延法成膜。通过表征，SPTES质子交换膜表现出了较好的性能；磺化度为50%的SPTES-50薄膜的性能：吸水率为51%，IEC为1.25mequiv./g，质子传导率为100mS/cm；各方面性能都优于Nafion117膜。第二，选用天然原料木质素磺酸盐（LS）为添加相制备复合膜材料，并对复合膜进行各项性能测试；随着掺杂

5、量的升高，复合膜的质子传导率和吸水率呈现先增加后减小的趋势；当掺杂量为10%wt时，SPTES-MLS-10复合膜的质子传导率最高为105mS/cm，同等条件下Nafion117膜的质子传导率为80mS/cm，但成本却降低不少。第三，通过原位复合法制备不同磷酸锆（ZrP）含量的复合质子交换膜，对复合膜进行各方面的性能测试发现复合膜具有较好的热稳定性、较好的吸水保水性、较高的质子传导性以及较低的甲醇吸收性。当掺杂为17.5%即SPTES/ZrP-17.5的质子传导率为130mS/cm是相同条件下SPTES膜的1.46倍，复合膜的溶胀率要比纯膜小的多。关键字：质子交换膜；聚芳硫醚砜；木质素磺酸盐；

6、原位复合法IABSTRACTTheprotonexchangemembranefuelcell(PEMFCs),asacleanandhigh-efficiencynewenergysource,hasattractedwideattention.Moreover,theprotonexchangemembrane(PEM)iscorecomponentofPEMFCsystemanditspropertydirectlyaffectstheperformanceoffuelcells.Highcostandgreatlossofprotonconductivityatlowhumiditya

7、reseriousdrawbacksofcommercializedNafion.Thesulfonatedpolyaromaticetherpolymermembranematerialischaracterizedbyexcellentmechanicalproperty,chemicalstabilityandheatstability.Inthispaper,thepoly(arylene