[發明專利]聚偏氟乙烯負載殼聚糖質子交換膜的制作方法

在審

• 申請號: 201710313902.4
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107093760A
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 汪杰;劉海;文勝;龔春麗;汪廣進;程凡
• 申請（專利權）人: 湖北工程學院
• 主分類號: H01M8/1069
• 分類號: H01M8/1069;H01M8/1086;H01M8/1041;C08J5/22
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司42104
• 代理人: 馮超,趙龍驤

技術領域

本發明涉及燃料電池質子交換膜的領域，具體地指一種聚偏氟乙烯負載殼聚糖質子交換膜的制作方法。

背景技術

全氟磺酸型膜是迄今為止在甲醇燃料電池中應用成功的質子交換膜，典型的為DuPont公司的膜，但其存在抗甲醇滲透性弱，價格昂貴，生產成本較高等問題。因此，設計和構筑低成本、高性能甲醇燃料電池質子交換膜，對加快其商業化進程具有重要的理論意義和應用價值。聚偏氟乙烯具有高熱穩定性、良好的耐化學性和成膜性，在濾膜、超濾膜、分離膜、鋰離子電池隔膜材料等領域有廣泛應用。有關聚偏氟乙烯(PVDF)用作燃料電池質子交換膜的報道較少，這主要是由于PVDF的離子交換容量太小，質子傳導率低。

殼聚糖是甲殼素脫去部分乙酰基后的產物，是一種常見的天然生物聚合物，化學名為[1,4]-2-氨基-2-脫氧-β-D葡聚糖。殼聚糖具有優異的成膜性、無毒性、抗菌性以及良好的生物相容性和可降解性，廣泛應用于食品、醫藥、水處理、化妝品和功能材料等領域。殼聚糖作為一種最有研究潛力的質子交換膜，具有價格低廉、環境友好性，可用于高溫和低濕度環境，低的甲醇滲透率，同時分子結構上富含-OH和-NH₂，可通過對其進行分子設計實現可控化學修飾。但殼聚糖作為質子交換膜使用存在膜的柔韌性、機械性能和熱穩定性不足的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種聚偏氟乙烯負載殼聚糖質子交換膜的制作方法，解決了PVDF作為質子交換膜存在質子傳導率低，殼聚糖作為質子交換膜存在膜的柔韌性、機械性能和熱穩定性不足的問題。

為實現上述目的，本發明提供的一種聚偏氟乙烯負載殼聚糖質子交換膜的制作方法，包括以下步驟：

1)向醋酸溶液中加入殼聚糖，室溫攪拌溶解形成透明殼聚糖溶液；

2)PVDF納米纖維膜置于砂芯漏斗的濾盤上，安裝在抽濾裝置上；

3)將透明殼聚糖溶液倒入砂芯漏斗中，并使用水泵真空抽濾，讓透明溶液通過PVDF納米纖維膜的孔隙過濾下來；待透明殼聚糖溶液抽濾至原來的一半，停止抽濾，取出負載有殼聚糖的PVDF納米纖維膜，

4)將負載有殼聚糖的PVDF納米纖維膜干燥；

5)將干燥后的PVDF納米纖維膜浸入NaOH溶液中浸泡1.5～2.5h，然后用水洗至中性，再用H₂SO₄溶液浸泡交聯12～24h，交聯后再將PVDF納米纖維膜洗至中性；

6)將上述洗好的PVDF納米纖維膜置于玻璃板中夾平，然后置于烘箱中干燥，放入烘箱中干燥，即得聚偏氟乙烯負載殼聚糖質子交換膜，即為PVDF納米纖維膜負載殼聚糖質子交換膜。

進一步地，所述步驟1)中，醋酸溶液質量分數為1.5～2.5％。

再進一步地，所述透明殼聚糖溶液中殼聚糖質量分數為2～4wt.％；所述殼聚糖的分子量為50萬～100萬，脫乙酰度為85％～90％。

再進一步地，所述步驟2)中，砂芯漏斗的直徑為30～60mm，PVDF納米纖維膜的厚度為60～90μm，直徑為40～60mm；所述的PVDF納米纖維膜中纖維的直徑為60～150nm，孔隙率為80～85％。

再進一步地，所述步驟4)中，干燥溫度為55～65℃，干燥時間為8～12h。

再進一步地，所述干燥溫度60℃，干燥時間為12h。

再進一步地，所述步驟5)中，NaOH溶液的摩爾濃度為0.5～1.5mol/L，H₂SO₄溶液的摩爾濃度為0.5～1.5mol/L。

再進一步地，所述步驟6)中，烘箱溫度為50～70℃，干燥時間為8～15h。

再進一步地，所述聚偏氟乙烯負載殼聚糖質子交換膜厚度為60～80μm。

本發明的有益效果在于：

(1)本發明的制作方法簡單，條件溫和，制備過程中不產生有害物質，對環境不造成影響，綠色環保；

(2)本發明充分結合了PVDF膜的機械強度和耐熱穩定性(耐候性)及殼聚糖膜的(低甲醇滲透性和)質子傳導性，克服了PVDF膜質子傳導率低和殼聚糖膜柔韌性、機械性能和熱穩定性不足的問題。

附圖說明

圖1為本發明制備的PVDF電紡納米纖維膜的表面SEM圖；

圖2為PVDF納米纖維膜負載CS質子交換膜的斷面SEM圖。

具體實施方式

為了更好地解釋本發明，以下結合具體實施例進一步闡明本發明的主要內容，但本發明的內容不僅僅局限于以下實施例。