2，3-二甲基-1-乙基咪唑磷酸二氢盐离子液体的合成及复合膜的制备与性能研究

论文摘要

本论文以质子交换膜（Proton Exchange Membrane,PEM）材料为研究内容,为了克服以Nafion膜为代表的商品化全氟磺酸型PEM在高于100℃工作时,由于膜失水质子传导率显著降低的缺点,开发能在110℃以上使用的高温质子交换膜。而离子液体具有高离子电导率、不挥发、热稳定性和化学稳定性高等特点,使其能够应用于质子交换膜中。本研究采用两步法,以1,2-二甲基咪唑、溴代乙烷及磷酸二氢钾为原料合成离子液体2,3-二甲基-1-乙基咪唑磷酸二氢盐（DMEtImH2PO4）,通过红外分析、差热天平及电导率测定对DMEtImH2PO4的性能进行表征。在200℃时,DMEtImH2PO4的电导率为177.3 mS/cm。采用溶液浇注法,将DMEtImH2PO4与磺化聚醚醚酮（SPEEK）复合成膜。研究复合膜SPEEK/DMEtImH2PO4在80℃～170℃温度范围内无水条件下的电导率及室温下的机械性能。在170℃时,SPEEK的磺化度为70%,DMEtImH2PO4的质量分数为50%的SPEEK/DMEtImH2PO4的电导率为8.33mS/cm。在SPEEK（SD=70%）/DMEtImH2PO4复合膜中掺杂H3PO4,能提高复合膜电导率。在SPEEK/DMEtImH2PO4复合膜中掺杂分子筛ZSM-5,可提高室温下的机械性能。当ZSM-5的质量分数为10%时,复合膜的拉伸强度达到18.03 MPa。掺杂了聚偏氟乙烯（PVDF）的SPEEK/PVDF/DMEtImH2PO4复合膜在高温下的机械性能明显提高,在110℃,SPEEK的磺化度为74%的SPEEK/PVDF（7:3）/（30wt%）DMEtImH2PO4复合膜的拉伸强度达到1.73 MPa,断裂伸长率为51.76%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 离子液体简介
• 1.2.1 离子液体定义
• 1.2.2 离子液体的种类
• 1.2.2.1 按负离子进行分类
• 1.2.2.2 按正离子进行分类
• 1.2.3 离子液体的特点
• 1.2.4 室温离子液体的合成
• 1.2.4.1 直接合成法
• 1.2.4.2 两步合成法
• 1.2.5 离子液体传导机理
• 1.3 质子交换膜
• 1.3.1 质子交换膜概述
• 1.3.2 质子交换膜分类
• 1.3.2.1 全氟磺酸质子交换膜
• 1.3.2.2 部分含氟磺酸质子交换膜
• 1.3.2.3 非氟质子交换膜
• 1.3.3 质子交换膜的改性
• 1.3.3.1 质子交换膜的电导率的改善
• 1.3.3.2 质子交换膜的机械性能的改善
• 1.4 本课题研究背景及意义
• 2PO₄的合成与性能表征'>第2章 离子液体DMETIMH₂PO₄的合成与性能表征
• 2.1 实验设备、分析仪器及原料
• 2.1.1 实验设备及分析仪器
• 2.1.2 实验原料
• 2.2 实验部分
• 2PO₄的合成'>2.2.1 离子液体DMETIMH₂PO₄的合成
• 2PO₄的表征'>2.2.2 离子液体DMEtImH₂PO₄的表征
• 2.2.2.1 红外光谱检测
• 2.2.2.2 热失重分析
• 2.2.2.3 电导率的测定及活化能的计算
• 2.3 实验结果与讨论
• 2PO₄的红外光谱分析'>2.3.1 离子液体DMEtImH₂PO₄的红外光谱分析
• 2PO₄的热稳定性'>2.3.2 离子液体DMEtImH₂PO₄的热稳定性
• 2PO₄的电导率及活化能'>2.3.3 离子液体DMEtImH₂PO₄的电导率及活化能
• 2.4 本章小结
• 第3章 磺化聚醚醚酮复合膜的研究
• 3.1 实验设备、分析仪器及实验原料
• 3.1.1 实验设备和分析仪器
• 3.1.2 实验原料
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 PEEK的磺化及SPEEK磺化度的测定
• 3.2.1.1 PEEK的磺化
• 3.2.1.2 SPEEK磺化度的测定
• 2PO₄复合膜的制备'>3.2.2. SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜的制备
• 2PO₄复合膜的改性'>3.2.3 SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜的改性
• 3PO₄对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜电导率的改善'>3.2.3.1 H₃PO₄对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜电导率的改善
• 2PO₄复合膜机械性能的改善'>3.2.3.2 分子筛ZSM-5对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜机械性能的改善
• 2PO₄复合膜机械性能的改善'>3.2.3.3 PVDF对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜机械性能的改善
• 3.2.4 SPEEK复合膜的性能测定
• 3.2.4.1 热失重分析
• 3.2.4.2 复合膜的电导率
• 3.2.4.3 复合膜的机械性能
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 SPEEK的磺化度与磺化温度以及磺化时间的关系
• 3.3.2 SPEEK复合膜的热失重分析
• 2PO₄复合膜的热稳定性'>3.3.2.1 SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜的热稳定性
• 2PO₄/ZSM-5复合膜的热稳定性'>3.3.2.2 SPEEK/DMEtImH₂PO₄/ZSM-5复合膜的热稳定性
• 3.3.3 SPEEK复合膜的电导率
• 2PO₄的含量对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜的电导率的影响'>3.3.3.1 DMEtImH₂PO₄的含量对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜的电导率的影响
• 2PO₄复合膜的电导率的影响'>3.3.3.2 SPEEK的磺化度对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜的电导率的影响
• 3PO₄对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜电导率的改善'>3.3.3.3 H₃PO₄对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜电导率的改善
• 2P₄复合膜电导率的影响'>3.3.3.4 分子筛ZSM-5对SPEEK/DMEtImH₂P₄复合膜电导率的影响
• 2PO₄复合膜电导率的影响'>3.3.3.5 PVDF对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜电导率的影响
• 3.3.4 SPEEK复合膜的机械性能
• 2PO₄的含量对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜的机械性能的影响'>3.3.4.1 DMEtImH₂PO₄的含量对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜的机械性能的影响
• 2PO₄复合膜的机械性能的影响'>3.3.4.2 SPEEK的磺化度对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜的机械性能的影响
• 3PO₄对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜机械性能的影响'>3.3.4.3 H₃PO₄对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜机械性能的影响
• 2PO₄复合膜机械性能的改善'>3.3.4.4 分子筛ZSM-5对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜机械性能的改善
• 3.3.4.5 PVDF对SPEEK膜机械性能的改善
• 2PO₄复合膜机械性能的改善'>3.3.4.6 PVDF对SPEEK/DMEtImH₂PO₄复合膜机械性能的改善
• 3.4 本章小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢