高温质子交换膜燃料电池用Nafion®/SiO2 复合膜研究进展

传统的质子交换膜燃料电池在高温下工作时,质子膜会因温度升高而发生脱水和膜电阻升高的现象,这对提高燃料电池的工作性能是一个致命的阻碍.由于Nafion(R)/SiO2复合膜具有较好的吸水和保水性能和较好的阻止甲醇渗透的能力,人们通过溶胶-凝胶法或重铸法合成了Nafion(R)/SiO2复合膜,并于高温(80～140℃)下应用在质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池中.简单介绍了Nafion(R)/SiO2复合膜的制备方法、结构性能及研究情况,并分析了存在的问题和其广阔的应用前景.     

高温质子交换膜燃料电池用Nafion／SiO2复合膜研究进展

传统的质子交换膜燃料电池在高温下工作时，质子膜会因温度升高而发生脱水和膜电阻升高的现象，这对提高燃料电池的工作性能是一个致命的阻碍．由于Nafion／SiO2复合膜具有较好的吸水和保水性能和较好的阻止甲醇渗透的能力，人们通过溶胶一凝胶法或重铸法合成了Nafion／SiO2复合膜，并于高温(80～140℃)下应用在质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池中．简单介绍了Nafion／SiO2复合膜的制备方法、结构性能及研究情况，并分析了存在的问题和其广阔的应用前景．     

纳米氧化物/Nafion复合膜的制备与性能表征

分别以SiO2、TiO2、Al2O3和ZnO等纳米氧化物为改性剂,采用流延法制得纳米氧化物/Nafion复合膜.XRD和ATR/FT-IR分析表明纳米氧化物在复合膜均匀分散,也没有发生团聚现象.对复合膜的质子传导和阻醇性能进行了测定,结果发现,纳米氧化物/Nafion复合膜具有较好的质子传导性能;阻醇性能均有较大幅度的提高,且以SiO2和TiO2改性的Nafion膜最为明显,甲醇透过系数分别从约10降低到约10-7和10-8数量级.这说明纳米氧化物/Nafion复合膜是一类较好的直接甲醇燃料电池用质子交换膜材料.     

中温燃料电池用质子交换膜的研究进展

Nafion(R) 等全氟磺酸膜由于寿命长,导电性能优越,长久以来一直应用于质子交换膜燃料电池中,但其价格昂贵,甲醇阻隔性能差,工作温度高于100℃后,导电性随着水的挥发流失而迅速下降.而解决燃料电池中催化剂一氧化碳中毒和提高燃料转化效率的有效办法是提高工作温度.能在中高温环境中工作的质子导电材料已成为研究热点之一.综述了近年来应用于中温质子交换膜燃料电池中质子导电膜的研究进展,并评述了非水体系和高温水汽体系.     

原位合成法二氧化硅/硅钨酸改性聚乙烯醇质子交换膜的研制

以聚乙烯醇(PVA)为基体,利用原位合成法制备了二氧化硅(SiO2)和硅钨酸(SiWA)微粒在PVA基质中均匀分布的二氧化硅/硅钨酸改性聚乙烯醇(SiO2/SiWA-m-PVA)质子交换膜,利用扫描电镜(SEM)和热重分析仪(TG)分别对膜的形貌及热稳定性进行了表征,四氯化硅与钨酸钠摩尔比对SiO2/SiWA-m-PVA质子交换膜的质子导电性能、阻醇性能的影响.结果表明,四氯化硅与钨酸钠摩尔比为1∶1时,原位合成的二氧化硅和硅钨酸在质子交换膜中分散均匀,在温度低于100℃时SiO2/SiWA-m-PVA膜保水性能好;室温质子电导率为1.48×10-2 S/cm,甲醇渗透率为1.37×10-7 cm2/s,比相同条件下Nafion117膜甲醇渗透率低一个数量级,应用于直接甲醇燃料电池单电池能量密度可达11.82 mW/cm2.     

Nafion膜高温改性研究进展

Nafion膜作为商业化应用最成熟的膜材料在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中得到广泛应用.特殊的大分子结构使Nafion膜在中低温条件下具有优异的综合性能.然而当燃料电池工作温度升高到100℃以上时，由于蒸发失水Nafion膜的质子电导率会出现迅速衰减，同时失水造成的膜体积变化对其机械稳定性也造成不良影响；另一方面，燃料电池工作温度的提升不仅能够改善电极相关反应的动力学，还可以有效提升催化剂对于一氧化碳、硫化氢等杂质气体的抗毒化能力.因此，Nafion膜在高温、低湿条件下综合性能的改善将进一步促进PEMFC技术的高温实用化进程.本文针对近些年Nafion膜高温改性研究相关工作，重点从改性材料以及改性修饰策略两方面进行了梳理和总结.     

磺化聚酰亚胺/SiO2复合膜的制备及其质子交换性能研究

制备了具有不同硅含量的磺化聚酰亚胺/二氧化硅(SPI/SiO2)复合膜,研究了SiO2的引入对复合膜的力学性能、耐热性能、尺寸稳定性以及抗氧化和耐水解稳定性的影响规律,并对其质子传导率和甲醇渗透率进行了评价。结果表明,与商业化的Nafion115膜相比,复合膜表现出更优异的阻醇特性和选择透过性,其中SPI/SiO2-2复合膜具有更突出的高温质子传导特性。     

低温燃料电池用聚(2,5-苯并咪唑)/磺化海泡石复合质子交换膜的制备与性能EI北大核心CSCD

采用原位法制备了一种适用于低温燃料电池的新型聚(2,5-苯并咪唑)/磺化海泡石(ABPBI/S-Sep)复合质子交换膜。对海泡石酸活化和磺化改性前后的化学结构、亲水性和分散性以及复合膜的形貌、吸水率、磷酸掺杂水平与质子传导率等性能进行了表征和测试。结果显示,所制备的S-Sep粒子在ABPBI聚合物基体中分散均匀,并能促进聚合物分子链的规整排布;与纯ABPBI膜相比,S-Sep粒子的添加显著增强了复合膜对水和磷酸的吸收和保留能力,且在相同或相近磷酸掺杂水平下,ABPBI/S-Sep复合膜的质子传导率显著提高。在40～90℃温度范围内,饱和湿度98%RH时复合膜的质子传导率与Nafion 212相当;在低湿度60%RH时,高磷酸掺杂水平的ABPBI/S-Sep复合膜质子传导率略低于98%RH的结果,但显著优于Nafion 212的质子传导性能。不同温湿度环境下的质子传导率结果表明S-Sep改性ABPBI复合膜具备低温环境使用的特点,可替代Nafion类全氟磺酸膜应用于低温质子交换膜燃料电池。     

低温燃料电池用聚(2,5-苯并咪唑)/磺化海泡石复合质子交换膜的制备与性能

采用原位法制备了一种适用于低温燃料电池的新型聚(2,5-苯并咪唑)/磺化海泡石(ABPBI/S-Sep)复合质子交换膜。对海泡石酸活化和磺化改性前后的化学结构、亲水性和分散性以及复合膜的形貌、吸水率、磷酸掺杂水平与质子传导率等性能进行了表征和测试。结果显示,所制备的S-Sep粒子在ABPBI聚合物基体中分散均匀,并能促进聚合物分子链的规整排布;与纯ABPBI膜相比,S-Sep粒子的添加显著增强了复合膜对水和磷酸的吸收和保留能力,且在相同或相近磷酸掺杂水平下,ABPBI/S-Sep复合膜的质子传导率显著提高。在40～90℃温度范围内,饱和湿度98%RH时复合膜的质子传导率与Nafion 212相当;在低湿度60%RH时,高磷酸掺杂水平的ABPBI/S-Sep复合膜质子传导率略低于98%RH的结果,但显著优于Nafion 212的质子传导性能。不同温湿度环境下的质子传导率结果表明S-Sep改性ABPBI复合膜具备低温环境使用的特点,可替代Nafion类全氟磺酸膜应用于低温质子交换膜燃料电池。     

磺化聚芳醚酮砜/TiO2复合质子交换膜的制备与性能

为了满足高温燃料电池对质子交换膜的要求,通过溶胶共混法制备了掺有不同含量TiO2纳米粒子的磺化聚芳醚酮(SPAEKS)/TiO2复合膜。红外光谱证实TiO2被引入到SPAEKS共聚物中。扫描电镜(SEM)照片显示,纳米级的TiO2粒子能够均匀地分散在SPAEKS共聚物基体中。通过对复合膜的性能测试发现TiO2的引入,复合膜的热稳定性、吸水率、保水能力及阻醇性能都有所提高。而且SPAEKS/TiO2复合膜的质子传导率高于SPAEKS膜,并在高温时尤为明显,能够满足高温燃料电池的需要。     

聚丙烯中空纤维微孔膜减压膜蒸馏

研究了聚丙烯中空纤维微孔膜（PPHM）减压膜蒸馏（VMD）对0．51mol／LNaCl水溶液的分离性能．实验表明,在40～65℃盐水温度范围内,两个膜组件的脱盐效率接近100％,蒸馏通量J随盐水温度的升高而增大,J与膜两侧的蒸汽压差△p成线性关系．PPHM的装填密度不同时,器件的蒸馏系数Km没有明显差别,但装填密度较低时膜两侧的△p较大,使得J较大,表明渗透过蒸汽在膜下游的传质对蒸馏通量有很大影响．     

平板膜生物反应器中超滤膜的筛选

认为膜的筛选应该采用膜所要应用的实际工况即错流过滤的方式来进行.结果表明,用1 h的过滤试验来进行膜筛选,可能会带来不正确的结果,并确定筛选试验的过滤时间为4h.本试验最终选择PVDF膜为后续试验用膜.     

Developments in liquid membrane technology and membrane distillation

Euromembrane 2000 was held in Israel on 24–27 September 2000. In keeping with the conference's tradition, it brought together people working in different areas of membranology, and it covered both research & development and applications. Based entirely on abstracts of papers which were presented at the conference, this thematic round-up focuses on a number of the talks which dealt solely with developments in liquid membranes, their characteristics and properties, and membrane distillation.     

科研用平板刮膜机

推荐一种科研用小型平板刮膜机 .介绍了该机的开发背景及其构造和性能 .用此刮膜机进行了刮膜实验 ,所制膜的重复性好 ,能将所研制膜的参数和工艺条件准确地定量控制 ,从而为膜的研制提供了必要的工具     

Fouling characteristics of membrane filtration in membrane bioreactors

The application of microfiltration and ultrafiltration membranes to waste-water treatment is attracting increasing interest, even though they can be limited by their tendency to foul. This problem is particularly acute in side-stream membrane bioreactors, in which a relatively high flux is employed compared with the submerged membrane bioreactor configuration. Experiments simulating the conditions found in a side-stream membrane bioreactor have been conducted to determine the effect that changes in operating conditions have on the fouling characteristics of different membranes.