《單支鏈三功能化增強鹼性陰離子交換膜的耐溶脹性》是依託大連理工大學,由焉曉明擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：單支鏈三功能化增強鹼性陰離子交換膜的耐溶脹性
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：焉曉明
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
如何通過膜材料的分子結構設計在保證高氫氧根傳導性的前提下增強高功能化度膜的耐溶脹性，已成為鹼性陰離子交換膜領域迫切需要解決的關鍵科學問題。本項目提出設計合成單支鏈上具有三個氫氧根傳導功能基團的聚醚醚酮膜材料，利用單支鏈三功能化，提高功能基團在聚合物鏈段上的聚集度，降低親水功能基團引入對憎水性聚合物主鏈的破壞程度，使聚合物膜材料既擁有高的功能化度，又有高的憎/親水重複單元比值，這將增強成膜過程中的憎/親水微觀相分離推動力，形成較好的憎/親水相雙連續結構，得到同時具有高氫氧根傳導性和強耐溶脹性的鹼性陰離子交換膜。本項目將建立膜材料化學結構（功能基團的聚集度以及陰、陽離子結構）、微觀結構（憎/親水微相分離）與膜性能（氫氧根傳導性和耐溶脹性）三者之間的相互關係，並闡明膜材料功能基團陰、陽離子間的相互作用對膜內微觀相分離結構的影響規律。以上研究將為高性能鹼性陰離子交換膜的製備提供新的思路。
結題摘要
本項目針對離子交換膜的高離子傳導率和耐溶脹性不可兼得的問題，圍繞離子交換膜的構效關係，通過膜材料的結構設計，以及膜材料鏈段間的作用力調控，最佳化微觀結構，同時提升膜的離子傳導性和耐溶脹性。主要取得了如下研究成果：提出長支鏈化和單支鏈多功能化的協同作用，構建親/憎水雙連續的微觀相分離結構，製備了高性能離子交換膜；採用親水側鏈誘導、小分子自組裝、靜電紡絲等方法，調控聚合物分子鏈取向和堆積方式，構建寬而連通的離子通道，提高膜離子傳導性；設計具有緻密皮層的非對稱膜，最佳化膜介尺度通道結構，進一步減小跨膜離子傳遞阻力；引入極性基團以及兩性離子結構，增加分子間作用力，提高膜的耐溶脹性。在以上項目成果的指導下，建成日產300m2寬幅為1米的連續制膜設備，所製備的膜用於2kw液流電池中試裝置，能量效率超過商業化Nafion膜，累計運行超過4000小時。 項目研究相關成果在Journal of Membrane Science、Journal of Materials Chemistry A等本領域高水平國際期刊上發表已標註本項目資助的SCI論文22篇，其中JCR一區15篇, IF＞6論文9篇，參與撰寫專著1部。以項目負責人為第一發明人申請/授權中國發明專利11/3項。參加國內外學術會議15人次，特邀報告1人次，口頭報告8人次，擔任分會主席4人次。以項目成果為基礎，項目負責人主持並完成2項企業委託項目。項目負責人獲遼寧青年科技獎（2017）、首屆大連市青年科技之星（2014）等榮譽稱號，獲大連市高層次人才支持計畫（2015）資助，作為主要參與人獲得中國石油與化工聯合會科技進步一等獎（2017）。 本項目成果得到了國內外學者的廣泛認可，我們提出自組裝誘導相分離方法和多孔膜製備方法被認為是離子交換膜領域的重要研究進展。 以本項目膜研究成果作為重要支撐之一，項目負責人所在團隊於2017年獲批科技部重點領域創新團隊“新型高效過程耦合強化創新團隊”，項目負責人是團隊的骨幹，負責高性能分離膜製備研究；獲批建設遼寧省石化行業高效節能分離技術工程實驗室，項目負責人擔任副主任，負責高性能膜製備研究。
