2.3 SPAES离子交换膜的性能表征 9

2.3.1核磁谱图及粘度测试 9

2.3.2离子交换膜纯水通量的测定 10

2.3.3离子交换膜的结构表征 10

2.3.4离子选择透过性的测定 10

3   结果分析 12

3.1 磺化聚合物的核磁谱图 12

3.2磺化聚合物的粘度 12

3.3离子交换膜的制备过程 12

3.4 SPAES(1/9)离子交换膜的纯水通量 12

3.5离子交换膜的选择透过性能 13

结  论 18

致  谢 19

参考文献 20

1  绪论

 1.1离子交换膜的选择透过性机理

目前有传统的双电层理论，Donnan膜平衡理论以及由孟洪[1]等人提出的“空穴传导-双电层假说等。对离子交换膜的选择透过性机理的理论研究。

1.1.1 传统的双电层理论

以阳膜为例，双电层理论[2]认为膜中的活性基团电离之后带有电荷，在固定基团附近与电解质溶液带有相反电荷的离子从而可以形成双电层，此时固定基团构成的负电场足够强，使膜外溶液中带正电荷的离子被吸入孔隙中从而透过阳膜，并排斥带负电荷的离子使之不能进入或者透过阳膜，阴膜的情况正好相反，从而使离子交换膜具有选择透过性。

1.1.2 Donnan膜平衡理论论文网

Donnan膜平衡理论[3]中认为，把离子交换膜浸入到电解质溶液中时，电解质溶液中的活性离子与膜内的活性离子发生交换作用，达到最后的平衡，构成平衡体系。

1.1.3 空穴传导—双电层理论

空穴传导-双电层理论[1]认为离子交换膜在溶液中由于反离子向溶液中的迁移，在膜内留下空穴，空穴的存在使膜内固定离子过剩，并由此形成局部静电场并且在膜的内外侧形成双电子层，双电子层的存在阻止了溶液中相同电性离子进入离子交换膜，而膜中空穴的存在则为相反电性离子进入膜内提供了位置和可能，溶液中相反电性离子在外电场作用下进入膜内并占据空穴位置，但这种占据只是暂时的，在电场的作用下处于空穴位置的反离子又会从空穴解离[4]，移向下一处空穴，正是由于不断的占据和解离使反离子在膜内跳跃的从一侧移到另一侧，从而使离子交换膜具有选择透过性。

1.2离子交换膜

在过去的20年中，大量的研究工作都是围绕燃料电池PEM性质要求来制备相应的膜材料。目前已经商品化或正在研究的离子交换膜大都为磺酸型和磷酸型的膜材料，大体可以分为全氟磺酸聚合物膜，以聚苯乙烯及其衍生物的聚合物离子交换膜，非氟芳香族聚合物膜以及复合/掺杂膜等。

1.2.1 全氟磺酸系列离子交换膜

    全氟磺酸聚合物的结构主要分为两部分：一部分是末端带有亲水性离子交换基团（磺酸基团）的支链[5,6]，另一部分是疏水的聚四氟乙烯骨架。含氟的聚合物具有很好的热力学稳定性和化学稳定性，据文献报道在强碱，强氧化剂和还原剂中都很稳定[7,8]。全氟磺酸结构中，磺酸根是固定离子，它与H+结合形成的磺酸基团既可提供离子（H+）又可吸引水分子。全氟烷基与磺酸基相连结，氟原子具有强吸电子性，使磺酸基的酸性强度相当于硫酸，因此全氟磺酸膜具有较好的离子导电性。另一方面，骨架采用的是碳氟链，其碳-氟键的键能较高（4.85×105 J/mol），氟原子半径较大（0.64×10-10 m），在C-C键附近形成一道保护屏障，因此碳氟链提供了很好的疏水性，也使聚合物膜具有较高的化学稳定性和较强的机械强度。