Preparación y propiedades de membranas de intercambio protónico de poli(aril éter cetona) bis-diazanapftalona sulfonadas con unidades hidrofílicas sin enlace 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 abordar los problemas de sitios de ácido sulfónico incontrolables en el proceso tradicional de post-sulfonación, la fácil degradación de la cadena principal y la insuficiente estabilidad oxidativa intrínseca del material de membrana, este trabajo diseñó y sintetizó un monómero sulfonado de bis-diazanapftalona (SDBD-Na). El grupo sulfónico se introdujo específicamente en el anillo bencénico desde la etapa del monómero. Usando SDBD, 4-(4'-hidroxifenil)-2,3-diazanapftaleno-1-ona (DHPZ) y 4,4'-difluorodifenilcetona (DFK) como monómeros, se preparó una serie de poli(aryl éter cetonas) bis-diazanapftalona sulfonadas (S-PDPEKs) sin enlaces éter en las unidades hidrofílicas mediante polimerización en solución a alta temperatura. Los polímeros obtenidos tienen una viscosidad intrínseca entre 1.18 y 2.77 dL·g-1, capacidad de intercambio iónico (IEC) entre 0.89 y 1.46 mmol·g-1, resistencia a la tracción entre 51 y 93 MPa, con excelentes propiedades mecánicas. A 80 ℃, la tasa de absorción de agua de las membranas S-PDPEKs está entre 11.2% y 24.3%, con una tasa de hinchamiento menor que Nafion 212, mostrando buena estabilidad dimensional. En reactivo de Fenton a 80 ℃, el tiempo de fractura de las membranas S-PDPEKs está entre 6.3 y 18.0 h, el tiempo de disolución entre 14.5 y 40.0 h, con mejor estabilidad oxidativa que los sistemas de post-sulfonación (b-SPDPESs, SPDPEKKs). La conductividad protónica de las membranas S-PDPEKs está entre 15.0 y 81.3 mS·cm-1. Las membranas S-PDPEKs se ensamblaron en celdas de combustible de hidrógeno-aire, alcanzando una densidad máxima de potencia (Pmax) de 156.7 mW·cm-2.

关键词

membranas de intercambio protónico; poli(aril éter cetona) sulfonada; bis-diazanapftalona; monómero sulfonado; estabilidad oxidativa

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