Préparation et propriétés des membranes échangeuses de protons en poly(aryléthercétone) sulfoné bis-diazonnaphtalone à unités hydrophiles sans liaison éther

Yi-ping He ,  

Qian Liu ,  

Fan-chen Sun ,  

Wei-wei Kong ,  

Peng Shi ,  

Hao-tong Qu ,  

Shou-hai Zhang ,  

Xi-gao Jian ,  

摘要

Pour résoudre les problèmes de sites sulfonés incontrôlables dans le procédé de post-sulfonation traditionnel, de dégradation facile de la chaîne principale et de stabilité intrinsèque insuffisante du matériau de la membrane à l'oxydation, ce travail a conçu et synthétisé un monomère sulfoné de bis-diazonnaphtalone (SDBD-Na). Le groupe sulfonique a été introduit de manière ciblée sur le cycle benzénique dès le stade du monomère. En utilisant SDBD, 4-(4'-hydroxyphényl)-2,3-diazonnaphtalène-1-one (DHPZ) et 4,4'-difluorodiphénylcétone (DFK) comme monomères, une série de poly(aryléthercétone)s sulfonés bis-diazonnaphtalones (S-PDPEKs) sans liaison éther et avec des unités hydrophiles a été préparée par polymérisation en solution à haute température. Les polymères obtenus présentent une viscosité intrinsèque comprise entre 1,18 et 2,77 dL·g-1, une capacité d'échange ionique (IEC) entre 0,89 et 1,46 mmol·g-1, une résistance à la traction comprise entre 51 et 93 MPa, avec d'excellentes performances mécaniques. À 80 ℃, le taux d'absorption d'eau des membranes S-PDPEKs est compris entre 11,2 % et 24,3 %, avec un taux de gonflement inférieur à celui du Nafion 212, indiquant une bonne stabilité dimensionnelle. Dans le réactif de Fenton à 80 ℃, le temps de rupture des membranes S-PDPEKs est compris entre 6,3 et 18,0 h, le temps de dissolution entre 14,5 et 40,0 h, montrant une meilleure stabilité à l'oxydation que les systèmes post-sulfonés (b-SPDPESs, SPDPEKKs). La conductivité protonique des membranes S-PDPEKs varie de 15,0 à 81,3 mS·cm-1. Les membranes S-PDPEKs ont été assemblées dans une pile à combustible hydrogène-air, atteignant une densité de puissance maximale (Pmax) de 156,7 mW·cm-2.

关键词

membranes échangeuses de protons; poly(aryléthercétone) sulfoné; bis-diazonnaphtalone; monomère sulfoné; stabilité à l'oxydation

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