[發(fā)明專利]殼聚糖/酸固載有機(jī)改性凹凸棒土復(fù)合質(zhì)子交換膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910094052.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN109830728B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文勝;李婷;龔春麗;劉海;汪廣進(jìn);張丙清;胡富強(qiáng);鐘菲;汪杰;鄭根穩(wěn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北工程學(xué)院
• 主分類號(hào): H01M8/1072
• 分類號(hào): H01M8/1072;H01M8/1081;H01M8/1088;H01M8/1046
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 楊彩蘭

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種殼聚糖/酸固載有機(jī)改性凹凸棒土復(fù)合質(zhì)子交換膜及其制備方法。該方法包括以下步驟：1)制備季銨化凹凸棒土；2)以酸對(duì)季銨化凹凸棒土進(jìn)行固載，得到酸固載的季銨化凹凸棒土；3)以酸固載的季銨化凹凸棒土和殼聚糖的酸溶液共混制備鑄膜液，并鑄膜；4)以酸對(duì)干膜進(jìn)行交聯(lián)，得到殼聚糖/酸固載有機(jī)改性凹凸棒土復(fù)合質(zhì)子交換膜。本發(fā)明使凹凸棒土經(jīng)過(guò)帶氨基的試劑改性，能夠提高凹凸棒土在聚合物基體中的分散性，并且增加酸質(zhì)子結(jié)合位點(diǎn)，以進(jìn)行吸附超強(qiáng)固體酸的改性，提高質(zhì)子傳導(dǎo)率，從而更好的發(fā)揮凹凸棒土的增強(qiáng)作用以及較好的質(zhì)子傳導(dǎo)性能，得到功能化的凹凸棒土。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種殼聚糖/酸固載有機(jī)改性凹凸棒土復(fù)合質(zhì)子交換膜及其制備方法。

背景技術(shù)

直接甲醇燃料電池因其具有能量密度高，環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)而作為清潔能源廣泛被研究，質(zhì)子交換膜作為直接甲醇燃料電池的關(guān)鍵組分既有作為隔膜的屬性也有電解質(zhì)的屬性，其機(jī)械強(qiáng)度以及質(zhì)子傳導(dǎo)率都對(duì)直接甲醇燃料電池的耐久性和電池性能有著至關(guān)重要的影響。

殼聚糖屬于生物質(zhì)資源中的一種，具有來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉和環(huán)境友好等特點(diǎn)，同時(shí)，其分子中具有羥基和氨基等親水性基團(tuán)，成膜性好，具有較高的阻醇性，可被作為質(zhì)子交換膜廣泛研究。但是，未經(jīng)處理的殼聚糖膜呈脆性且存在較高含量的結(jié)晶度區(qū)域，導(dǎo)致其離子遷移困難，質(zhì)子傳導(dǎo)率低。通常需要對(duì)其進(jìn)行改性處理。有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合的方法不僅操作比較簡(jiǎn)單，而且綜合了無(wú)機(jī)的材料的穩(wěn)定性和有機(jī)材料的柔韌性，同時(shí)無(wú)機(jī)填料的增加能有效破壞有機(jī)物的結(jié)晶度，被認(rèn)作改善殼聚糖性能的最有效方法。

凹凸棒土是一種具有鏈層狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物，含有豐富的吸附水、結(jié)合水、結(jié)構(gòu)水和結(jié)構(gòu)羥基，表面富含負(fù)電荷可陽(yáng)離子交換，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但是作為無(wú)機(jī)物仍然存在在聚合物基體間分散性差的問(wèn)題，以及無(wú)質(zhì)子傳導(dǎo)率的缺點(diǎn)，因而采用對(duì)其進(jìn)行含功能基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑改性，然后負(fù)載雜多酸固體來(lái)解決無(wú)機(jī)物在基體中的相容性差以及質(zhì)子傳導(dǎo)率差得缺點(diǎn)。

鑒于此，本發(fā)明圍繞有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合的方法提供一種新型的復(fù)合質(zhì)子交換膜。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種殼聚糖/酸固載有機(jī)改性凹凸棒土復(fù)合質(zhì)子交換膜及其制備方法。

本發(fā)明所提供的技術(shù)方案如下：

一種殼聚糖/酸固載有機(jī)改性凹凸棒土復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

1)制備季銨化凹凸棒土；

2)以酸對(duì)步驟1)得到的季銨化凹凸棒土進(jìn)行固載，得到酸固載的季銨化凹凸棒土；

3)以步驟2)得到的酸固載的季銨化凹凸棒土和殼聚糖制備酸性的鑄膜液，并鑄膜；

4)以酸對(duì)步驟3)得到的所述鑄膜進(jìn)行交聯(lián)，得到殼聚糖/酸固載有機(jī)改性凹凸棒土復(fù)合質(zhì)子交換膜。

上述技術(shù)方案，使用具備良好親水性及高比表面的凹凸棒土經(jīng)過(guò)帶氨基的試劑改性，能夠提高凹凸棒土在聚合物基體中的分散性，并且增加酸質(zhì)子結(jié)合位點(diǎn)，以進(jìn)行吸附超強(qiáng)固體酸的改性，提高質(zhì)子傳導(dǎo)率，從而更好的發(fā)揮凹凸棒土的增強(qiáng)作用以及較好的質(zhì)子傳導(dǎo)性能，得到功能化的凹凸棒土。

具體的，步驟1)中，季銨化試劑為偶聯(lián)劑，所述偶聯(lián)劑含有可與羥基反應(yīng)的基團(tuán)，以及可季銨化的基團(tuán)。

上述技術(shù)方案，使用具備良好親水性及高比表面的凹凸棒土經(jīng)過(guò)帶氨基的硅烷偶聯(lián)劑改性，能夠提高凹凸棒土在聚合物基體中的分散性，并且增加酸質(zhì)子結(jié)合位點(diǎn)，以進(jìn)行吸附超強(qiáng)固體酸的改性，提高質(zhì)子傳導(dǎo)率，從而更好的發(fā)揮凹凸棒土的增強(qiáng)作用以及較好的質(zhì)子傳導(dǎo)性能，得到功能化的凹凸棒土。

優(yōu)選的，步驟1)中，所述的偶聯(lián)劑為二甲基十八烷基[3-三甲氧基硅丙基]氯化銨。