膜科学与技术杂志2025年第2期
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- 聚苯胺复合离子膜及液流电池性能研究
- 铁-铬氧化还原液流电池(ICRFB)相对成本较低，在大规模储能领域中具有较好的应用前景。其中，质子交换膜作为铁-铬氧化还原液流电池的重要组件，对电池储能效率具有较大影响，因此开发新型高性能质子交换膜材料至关重要。本研究通过在Nafion膜中掺杂聚苯胺纳米管(PANI)，成功制备了一系列不同掺杂量的聚苯胺复合离子膜。PANI纳米管的引入提高了膜的保水率和尺寸稳定性，并增强了质子传导性能。实验结果表明，Nafion/PANI-0.5膜在80 ℃下的质子电导率达到223.4×10-2 S/cm。采用该膜的ICRFB单电池在电流密度为100 mA/cm2时，库仑效率(CE)和能量效率(EE)均优于Nafion膜，分别达到97.9%和87.2%。本研究制备的Nafion/PANI-0.5膜在ICRFB中的应用中展现出良好的性能，为提升液流电池储能系统的整体效能提供了新的思路。
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- 全氟磺酸聚合物限域空间乳液聚合及全氟离子膜应用研究
- 全氟磺酸（PFSA）聚合物在燃料电池和氯碱工业中具有重要应用，但传统合成方法在分子量和磺酸基团调控方面存在诸多问题。本研究提出了一种“限域空间单活性中心自由基聚合”的新方法，通过设计合成全氟聚醚羧酸铵（PFPE-NH4）作为乳化剂进行乳液聚合，实现了四氟乙烯（TFE）和全氟乙烯基醚磺酰氟（PSVE）单体的高效可控聚合。采用多种物理和化学表征方法对聚合分散状态及聚合物性能进行了详细分析。结果显示，新制备方法显著提高了PFSA聚合物的分子量及其分布（Mn=272 000，Mw/Mn=1.65），并且离子交换容量可通过单体组成比例进行调控。此外，大分子聚合物显著增强了材料的拉伸强度（34.6 MPa）。进一步，制备的离子交换膜在燃料电池和氯碱电解池中表现出优异的性能，包括高功率密度（1.59 W/cm2）、低开路电压（OCV）衰减率（0.16 mV/h）以及低电解槽电压增长率（0.91 mV/月）。本研究为高品质PFSA聚合物的制备提供了新的途径。
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- 芳香叔胺功能化聚丙烯中空纤维膜的制备与研究
- 本研究通过本体改性的策略，将芳香叔胺基团引入聚丙烯(PP)，合成了芳香叔胺基团含量（摩尔分数）为2%、2.5%、3.3%的聚丙烯共聚物PP[N(hexenol)]Ph2（PPPH），制备了具有亲水性能的PPPH中空纤维膜。采用核磁共振氢谱（NMR）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）及扫描电子显微镜（SEM）对膜的化学结构与表面形貌进行了详尽表征；同时，利用热重分析（TGA）、接触角测量及力学性能测试对膜的综合性能进行了系统评估。结果表明，芳香叔胺基团的引入提高了PP中空纤维膜的亲水性能及热稳定性能。当芳香叔胺基团的含量为3.3%时，水接触角降低到76°，PPPH中空纤维膜的热分解温度提升至450 ℃，PPPH中空纤维膜的孔径为125 nm，孔隙率为38.7 %，断裂强度为65.0 MPa，断裂伸长率为433.0%。改性后的中空纤维膜的纯水通量达到了385.0 L/(m2·h），是PP中空纤维膜纯水通量的1.6倍。此外，PPPH中空纤维膜在高浓度盐溶液以及碱性溶液环境中均表现出良好的化学稳定性。
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- 己六醇表面接枝改性制备抗污染聚酰胺反渗透膜研究
- 芳香族聚酰胺反渗透膜已广泛应用于海水及苦咸水淡化、废水处理及回用等领域，然而膜污染一直是制约反渗透系统经济性、稳定性和可靠性的关键问题之一。利用界面聚合后聚酰胺表面残留的酰氯基团，以己六醇为抗污染功能单体，对聚酰胺膜进行表面接枝改性，制备抗污染的高通量反渗透膜。实验结果表明，改性后的反渗透膜具有更小的接触角、更大的粗糙度、更大的水通量及更强的抗污染性。在保持脱盐率不变的前提下，改性膜（M-2）的水通量较未改性膜提高46.6%[达到61.0 L/(m2·h）]。采用牛血清蛋白进行膜表面污染实验，改性膜（M-2）的水通量下降率（17.4%）低于未改性膜（20.0%），采用纯水清洗后，改性膜（M-2）的通量恢复率（87.3%）高于未改性膜（84.1%）。结果显示，己六醇表面接枝改性反渗透膜能显著提高膜的水通量和抗污染性能。
