專利名稱：：沸石填充殼聚糖膜和制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種沸石填充殼聚糖膜和制備方法及其應(yīng)用。屬于有機(jī)一無機(jī)雜化直接甲醇燃料電池用質(zhì)子交換膜制備及應(yīng)用技術(shù)。技術(shù)背景燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒，直接以電化學(xué)反應(yīng)的方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置，是一種高效潔凈新能源。其中直接甲醇燃料電池是直接以甲醇水溶液為燃料，質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)的燃料電池，可室溫快速啟動，尤其適用于移動電源，成為21世紀(jì)一種重要的新型能源。質(zhì)子交換膜是直接甲醇燃料電池最關(guān)鍵部件之一，目甜常用的質(zhì)子交換膜幾乎都是全氟磺酸膜。但此類膜用作直接甲醇燃料電池膜時存在著嚴(yán)重的甲醇滲透現(xiàn)象。研究表明，當(dāng)甲醇濃度為lmol/L時，甲醇滲透量可高達(dá)40%;電池電流密度為150mA/cm2時，甲醇滲透電流密度達(dá)80mA/cm2。甲醇滲透給DMFC帶來嚴(yán)重的不利影響如。許多研究者致力于新型直接甲醇燃料電池用質(zhì)子交換膜的研究。到目前為止，適用于直接甲醇燃料電池質(zhì)子交換膜材料的主要有以下幾類一、聚苯并咪唑、聚苯乙烯、聚醚醚酮、聚醚砜、聚酰亞胺和聚磷腈等制備的均質(zhì)膜;二、共混膜材料；三、有機(jī)無機(jī)雜化膜。以醋酸為溶劑制備的3A、4A、5A、13X、絲光沸石和HZSM5沸石填充殼聚糖膜用于直接甲醇燃料電池的質(zhì)子交換膜未見文獻(xiàn)報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種沸石填充殼聚糖膜和制備方法及其應(yīng)用，沸石填充殼聚糖膜質(zhì)子交換膜用于直接甲醇燃料電池，具有較高的阻醇和質(zhì)子傳導(dǎo)性能。本發(fā)明提供的一種沸石填充殼聚糖膜是以沸石和殼聚糖為原料，按照沸石與殼聚糖質(zhì)量比為10%-30%進(jìn)行配料，其制備方法包括如下步驟1)將超生分散的沸石與殼聚糖加入溶解在2%的醋酸溶液中，8(TC下攪拌2小時,繼續(xù)以超聲攪拌30分鐘，靜置脫泡即得鑄膜液；2)將鑄膜液倒在潔凈玻璃板上，在25'C下干燥成膜，然后將膜用2mol/LH2S04水溶液交聯(lián)24h;3)用去離子水將交聯(lián)后的膜洗至中性后浸泡24h，然后在室溫下真空干燥箱中真空干燥24h。本發(fā)明提供的沸石填充殼聚糖膜的制備方法包括如下歩驟1)將超生分散的沸石與殼聚糖加入到2wt.。/。的醋酸的水溶液中溶解,8(TC下攪拌2小時,繼續(xù)以超聲攪拌30分鐘，靜置脫泡印得鑄膜液；2)將鑄膜液倒在潔凈玻璃板上，在25'C下干燥成膜，然后將膜用2mol/LH2S04水溶液交聯(lián)24h;3)用去離子水將交聯(lián)后的膜洗至中性后浸泡24h,然后在室溫下真空干燥箱中真空干燥24h。步驟l)所述的沸石與殼聚糖加入到2wt。/。的醋酸溶液中溶解是分別將沸石和殼聚糖加入到醋酸水溶液中，得到分散過的沸石懸濁液和均相殼聚糖溶液，再將沸石懸濁液加入到均相的殼聚糖溶液中混合拌拌均勻.所述的沸石是平均粒徑為2.0pm的3A、4A、5A、13X、絲光沸石或HZSM5,膜的厚度為50-90(im。所述的沸石填充殼聚糖膜的應(yīng)用，可用于直接甲醇燃料電池的質(zhì)子交換膜。具有良好的阻醇和質(zhì)子傳導(dǎo)性能，甲醇滲透率達(dá)到10—、m々s,質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到0.02S/cm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于膜制備過程簡單，可控性強(qiáng)。原料來源豐富，價格低廉，制膜成本低。例如所制得的HZSM5填充殼聚糖膜質(zhì)子交換膜用于直接甲醇燃料電池有較高的阻醇和質(zhì)子傳導(dǎo)性能，甲醇滲透率達(dá)到1(T、i^/s,質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到0.02S/cm。具體實(shí)施方式實(shí)施例1將超生分散的平均粒徑為2.0pm的HZSM5沸石按與殼聚糖質(zhì)量比10%加入溶解1.5g殼聚糖的2wt。/。的醋酸溶液中，8(TC下攪拌2小時,繼續(xù)以超聲攪拌30分鐘，靜置脫泡即得鑄膜液，將鑄膜液倒在潔凈玻璃板上，在25'C下干燥成膜，然后將膜用2mol/LH2S04水溶液交聯(lián)24h。用去離子水將交聯(lián)后的膜洗至中性后浸泡24h，然后在室溫下真空干燥箱中真空干燥24h成膜(膜l)，膜的平均厚度為60jxm。實(shí)施例2將超生分散的平均粒徑為2.0pm的HZSM5沸石按與殼聚糖質(zhì)量比20%加入溶解1.5g殼聚糖的2wt。/。的醋酸溶液中，80'C下攪拌2小時,繼續(xù)以超聲攪拌30分鐘，靜置脫泡即得鑄膜液，將鑄膜液倒在潔凈玻璃板上，在25。C下干燥成膜，然后將膜用2mol/LH2S04水溶液交聯(lián)24h。用去離子水將交聯(lián)后的膜洗至中性后浸泡24h，然后在室溫下真空干燥箱中真空干燥24h成膜(膜2)，膜的平均厚度為60nm。實(shí)施例3將超生分散的平均粒徑為2.0pm的HZSM5沸石按與殼聚糖質(zhì)量比30%加入溶解1.5g殼聚糖的2wt乂的醋酸溶液中，8(TC下攪拌2小時，繼續(xù)以超聲攪拌30分鐘，靜置脫泡即得鑄膜液，將鑄膜液倒在潔凈玻璃:反上，在25'C下干燥成膜，然后將膜用2mol/LH2S04水溶液交聯(lián)24h。用去離子水將交聯(lián)后的膜洗至中性后浸泡24h，然后在室溫下真空干燥箱中真空干燥24h成膜(膜3)，膜的平均厚度為60pm。對比例11.5g殼聚糖溶解于75ml2wt.M的醋酸溶液中，8(TC下攪拌2小時，靜置脫泡即得鑄膜液，將鑄膜液倒在潔凈玻璃板上，在25'C下干燥成膜，然后將膜用2mol/LH2SOwK溶液交聯(lián)24h。用去離子水將交聯(lián)后的膜洗至中性后浸泡24h，然后在室溫下真空干燥箱中真空干燥24h成膜(膜4)，膜的平均厚度為60pm。表1所示為實(shí)施例所制得的膜1，膜2，膜3和對比例一所制得的膜4用作直接甲醇燃料電池質(zhì)子交換膜的甲醇滲透率和質(zhì)子傳導(dǎo)率結(jié)果。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求1、一種沸石填充殼聚糖膜，其特征在于它是以沸石和殼聚糖為原料，按照沸石與殼聚糖質(zhì)量比為10％-30％進(jìn)行配料，其制備方法包括如下步驟1)將分散的沸石與殼聚糖加入溶解在2％的醋酸溶液中，80℃下攪拌2小時，繼續(xù)以超聲攪拌30分鐘，靜置脫泡即得鑄膜液；2)將鑄膜液倒在潔凈玻璃板上，在25℃下干燥成膜，然后將膜用2mol/LH2SO4水溶液交聯(lián)24h；3)用去離子水將交聯(lián)后的膜洗至中性后浸泡24h，然后在室溫下真空干燥箱中真空干燥24h；2、權(quán)利要求書1所述的沸石填充殼聚糖膜的制備方法，其特征在于它是包括如下歩驟1)將超生分散的沸石與殼聚糖加入到2。/。的醋酸溶液中溶解，80。C下攪拌2小時,繼續(xù)以超聲攪拌30分鐘，靜置脫泡即得鑄膜液；2)將鑄膜液倒在潔凈玻璃板上，在25。C下干燥成膜，然后將膜用2mol/LH2S04水溶液交聯(lián)24h;3)用去離子水將交聯(lián)后的膜洗至中性后浸泡24h，然后在室溫下真空干燥箱中真空干燥24h。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的沸石填充殼聚糖膜的制備方法，其特征在于歩驟1)所述的沸石與殼聚糖加入到2wty。的醋酸溶液中溶解是分別將沸石和殼聚糖加入到醋酸水溶液中，得到分散過的沸石懸濁液和均相殼聚糖溶液,再將沸石懸濁液加入到均相的殼聚糖溶液中混合拌拌均勻。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的沸石填充殼聚糖膜的制備方法,其特征在于所述的沸石是平均粒徑為2.0pm的3A、4A、5A、13X、絲光沸石或HZSM5，膜的厚度為50-90(im。5、權(quán)利要求l所述的沸石填充殼聚糖膜的應(yīng)用，其特征在于可用于直接甲醇燃料電池的質(zhì)子交換膜。全文摘要本發(fā)明涉及一種沸石填充殼聚糖(殼聚糖)膜和制備方法及其應(yīng)用。它是以沸石和殼聚糖為原料，質(zhì)量比10％-30％。其制備方法是將沸石與殼聚糖加入溶解在2％的醋酸溶液中，80℃下攪拌2小時，靜置得鑄膜液；將鑄膜液倒在玻璃板上25℃下干燥成膜，將膜用H₂SO₄水溶液交聯(lián)24h；水洗至中性后浸泡24h，真空干燥24h，膜的厚度為50-90μm。本發(fā)明的膜制備過程簡單，可控性強(qiáng)。原料來源豐富，價格低廉，制膜成本低。所制得的HZSM5填充殼聚糖膜質(zhì)子交換膜用于直接甲醇燃料電池有較高的阻醇和質(zhì)子傳導(dǎo)性能，甲醇滲透率達(dá)到10^-7cm²/s，質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到0.02S/cm。文檔編號H01M8/12GK101259382SQ20071006036公開日2008年9月10日申請日期2007年12月19日優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日發(fā)明者洪吳,姜忠義,王景濤,苑偉康,斌鄭,鄭曉紅申請人:天津大學(xué)