Preparação e desempenho de membranas de troca de prótons de poli(arilétercetona) bis-diazanaphtalona sulfonada com unidades hidrofílicas sem ligação éter

Yi-ping He ,  

Qian Liu ,  

Fan-chen Sun ,  

Wei-wei Kong ,  

Peng Shi ,  

Hao-tong Qu ,  

Shou-hai Zhang ,  

Xi-gao Jian ,  

摘要

Para resolver os problemas de controle dos sítios do grupo sulfonato no processo tradicional de pós-sulfonação, a fácil degradação da cadeia principal e a insuficiente estabilidade intrínseca à oxidação dos materiais da membrana, este trabalho projetou e sintetizou o monômero sulfonado de bis-diazanaphtalona (SDBD-Na). O grupo sulfonato foi introduzido especificamente no anel benzênico na fase do monômero. Utilizando SDBD, 4-(4'-hidroxifenil)-2,3-diazanaphtaleno-1-ona (DHPZ) e 4,4'-difluorodifenilcetona (DFK) como monômeros, foi preparada uma série de poli(arilétercetona) bis-diazanaphtalona sulfonada (S-PDPEKs) com unidades hidrofílicas sem ligação éter, mediante polimerização em solução a alta temperatura. Os polímeros obtidos apresentaram viscosidade intrínseca entre 1,18 e 2,77 dL·g-1, capacidade de troca iônica (IEC) entre 0,89 e 1,46 mmol·g-1, resistência à tração entre 51 e 93 MPa, com excelente desempenho mecânico. A 80 ℃, a taxa de absorção de água das membranas S-PDPEKs variou entre 11,2% e 24,3%, com taxa de inchaço inferior à do Nafion 212, apresentando boa estabilidade dimensional. No reagente Fenton a 80 ℃, o tempo de ruptura das membranas S-PDPEKs variou entre 6,3 e 18,0 h, o tempo de dissolução entre 14,5 e 40,0 h, apresentando maior estabilidade oxidativa comparada aos sistemas de pós-sulfonação (b-SPDPESs, SPDPEKKs). A condutividade de prótons das membranas S-PDPEKs variou entre 15,0 e 81,3 mS·cm-1. As membranas S-PDPEKs foram montadas em células a combustível de hidrogênio-ar, alcançando uma densidade máxima de potência (Pmax) de 156,7 mW·cm-2.

关键词

membranas de troca de prótons; poli(arilétercetona) sulfonada; bis-diazanaphtalona; monômero sulfonado; estabilidade oxidativa

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