关键词:
电解水制氢
阴离子交换膜
聚苯醚
交联剂
光交联
摘要:
阴离子交换膜电解水(AEMWE)由于其绿色高效的“绿氢”制备而成为最具发展潜力的可再生能源制氢技术之一。而作为AEMWE的核心组分,目前阴离子交换膜(AEM)的制备和应用仍有不足,主要体现在:自身结构局限性导致的离子传导率偏低和结构机械强度偏弱;传统热处理成膜耗时长难以快速制备。本研究将从结构设计和制备工艺角度出发,对聚苯醚基AEM进行研究以解决上述问题。
首先,针对AEM自身结构局限性导致的离子传导率偏低和结构机械强度偏弱,设计了刚性交联双侧链结构策略,交联形成丰富离子基团的同时构建致密有力的膜结构。所制备的膜展现了离子交换容量为1.73 mmol g–1,吸水率为46.3%,拉伸强度为11.43 MPa的优异性能,其在1 mol/L Na OH溶液中能稳定存在168 h。在电解池性能测试中,当电压为2.2 V时,电流密度能达到将近600 m A cm–2,与商业化AEM达到了相当的水平。
其次,针对AEM传统热处理方式成膜耗时长的问题,开发了一种基于光响应超快速制备AEM的方法,通过溴甲基化反应调控聚苯醚主链骨架上的溴含量,接枝含阳离子基团与光可聚合基团的单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯,赋予成膜骨架聚苯醚离子交换特性与光交联特性。结果表明,与传统热处理12 h以上相比,光交联膜可在15 min内快速固化,成膜速率大幅提高,离子交换容量达到2.19 mmol g–1,吸水率为38.17%。在电解池性能测试中,电压为2.1 V时,电流密度能达到580 m A cm–2;在电渗析脱盐测试中,脱盐率达到了98.34%,脱盐效果优异。