[發明專利]沸石填充殼聚糖膜和制備方法及其應用

無效

• 申請號: 200710060364.9
• 申請日: 2007-12-19
• 公開（公告）號: CN101259382A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 姜忠義;王景濤;吳洪;鄭曉紅;苑偉康;鄭斌
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D71/08;H01M4/94;H01M8/12;H01M8/22
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司
• 代理人: 趙敬

技術領域

本發明涉及一種沸石填充殼聚糖膜和制備方法及其應用。屬于有機-無機雜化直接甲醇燃料電池用質子交換膜制備及應用技術。

背景技術

燃料電池是一種不經過燃燒，直接以電化學反應的方式將燃料的化學能轉變為電能的高效發電裝置，是一種高效潔凈新能源。其中直接甲醇燃料電池是直接以甲醇水溶液為燃料，質子交換膜為電解質的燃料電池，可室溫快速啟動，尤其適用于移動電源，成為21世紀一種重要的新型能源。質子交換膜是直接甲醇燃料電池最關鍵部件之一，目前常用的質子交換膜幾乎都是全氟磺酸膜。但此類膜用作直接甲醇燃料電池膜時存在著嚴重的甲醇滲透現象。研究表明，當甲醇濃度為1mol/L時，甲醇滲透量可高達40％；電池電流密度為150mA/cm²時，甲醇滲透電流密度達80mA/cm²。甲醇滲透給DMFC帶來嚴重的不利影響如。許多研究者致力于新型直接甲醇燃料電池用質子交換膜的研究。

到目前為止，適用于直接甲醇燃料電池質子交換膜材料的主要有以下幾類：一、聚苯并咪唑、聚苯乙烯、聚醚醚酮、聚醚砜、聚酰亞胺和聚磷腈等制備的均質膜；二、共混膜材料；三、有機無機雜化膜。

以醋酸為溶劑制備的3A、4A、5A、13X、絲光沸石和HZSM5沸石填充殼聚糖膜用于直接甲醇燃料電池的質子交換膜未見文獻報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種沸石填充殼聚糖膜和制備方法及其應用，沸石填充殼聚糖膜質子交換膜用于直接甲醇燃料電池，具有較高的阻醇和質子傳導性能。

本發明提供的一種沸石填充殼聚糖膜是以沸石和殼聚糖為原料，按照沸石與殼聚糖質量比為10％-30％進行配料，其制備方法包括如下步驟：

1)將超生分散的沸石與殼聚糖加入溶解在2％的醋酸溶液中，80℃下攪拌2小時，繼續以超聲攪拌30分鐘，靜置脫泡即得鑄膜液；

2)將鑄膜液倒在潔凈玻璃板上，在25℃下干燥成膜，然后將膜用2mol/L?H₂SO₄水溶液交聯24h；

3)用去離子水將交聯后的膜洗至中性后浸泡24h，然后在室溫下真空干燥箱中真空干燥24h。

本發明提供的沸石填充殼聚糖膜的制備方法包括如下步驟：

1)將超生分散的沸石與殼聚糖加入到2wt.％的醋酸的水溶液中溶解，80℃下攪拌2小時，繼續以超聲攪拌30分鐘，靜置脫泡即得鑄膜液；

2)將鑄膜液倒在潔凈玻璃板上，在25℃下干燥成膜，然后將膜用2mol/L?H₂SO₄水溶液交聯24h；

3)用去離子水將交聯后的膜洗至中性后浸泡24h，然后在室溫下真空干燥箱中真空干燥24h。

步驟1)所述的沸石與殼聚糖加入到2wt.％的醋酸溶液中溶解是：分別將沸石和殼聚糖加入到醋酸水溶液中，得到分散過的沸石懸濁液和均相殼聚糖溶液，再將沸石懸濁液加入到均相的殼聚糖溶液中混合拌拌均勻.

所述的沸石是平均粒徑為2.0μm的3A、4A、5A、13X、絲光沸石或HZSM5，膜的厚度為50-90μm。

所述的沸石填充殼聚糖膜的應用，可用于直接甲醇燃料電池的質子交換膜。具有良好的阻醇和質子傳導性能，甲醇滲透率達到10^-7cm²/s，質子傳導率達到0.02S/cm。

本發明的優點在于：膜制備過程簡單，可控性強。原料來源豐富，價格低廉，制膜成本低。例如所制得的HZSM5填充殼聚糖膜質子交換膜用于直接甲醇燃料電池有較高的阻醇和質子傳導性能，甲醇滲透率達到10^-7cm²/s，質子傳導率達到0.02S/cm。

具體實施方式

實施例1

將超生分散的平均粒徑為2.0μm的HZSM5沸石按與殼聚糖質量比10％加入溶解1.5g殼聚糖的2wt.％的醋酸溶液中，80℃下攪拌2小時，繼續以超聲攪拌30分鐘，靜置脫泡即得鑄膜液，將鑄膜液倒在潔凈玻璃板上，在25℃下干燥成膜，然后將膜用2mol/LH₂SO₄水溶液交聯24h。用去離子水將交聯后的膜洗至中性后浸泡24h，然后在室溫下真空干燥箱中真空干燥24h成膜(膜1)，膜的平均厚度為60μm。

實施例2