一种聚偏氟乙烯-杂多酸-壳聚糖复合质子交换膜的制备方法

摘要

本发明涉及燃料电池技术领域，具体公开了一种聚偏氟乙烯-杂多酸-壳聚糖复合质子交换膜的制备方法。该方法首先通过静电纺丝得到聚偏氟乙烯纤维膜，再通过粘附性超强的聚多巴胺将杂多酸包覆在纤维表面，然后将荷正电的天然高分子壳聚糖填充进纤维膜的孔隙，利用壳聚糖与杂多酸之间强烈的静电相互作用力可以有效防止杂多酸在电池使用过程中的流失问题，同时也能大大增加纤维膜的机械性能，所制得的复合膜在室温和高温下均具有高的质子传导率和机械性能。本发明的聚偏氟乙烯-杂多酸-壳聚糖复合质子交换膜有望在质子交换膜燃料电池领域具有广阔的应用前景。

主权项

一种聚偏氟乙烯‑杂多酸‑壳聚糖复合质子交换膜的制备方法，该方法依次包括以下步骤：（1）将聚偏氟乙烯溶解于混合有机溶剂中，配成聚偏氟乙烯浓度为5wt%~30wt%的静电纺丝溶液；所述混合有机溶剂由酰胺类溶剂和酮类溶剂组成，其中，酮类溶剂在混合有机溶剂中的体积百分比含量为2~40%；所述酰胺类溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺或N,N‑二甲基乙酰胺，酮类溶剂为丙酮或丁酮；（2）将步骤（1）所得静电纺丝溶液加入到静电纺丝装置的注射器中，在环境温度为10~30℃、纺丝电压为20~40 kV、纺丝针头流量为0.1~1 mL/h的条件下进行静电纺丝，得到聚偏氟乙烯静电纺丝纤维膜； （3）配置三（羟甲基）氨基甲烷浓度为1~10 mmol/L的Tris‑HCl缓冲液，所述Tris‑HCl缓冲液pH值为8.0~9.0，将步骤（2）所得聚偏氟乙烯静电纺丝纤维膜浸泡于该Tris‑HCl缓冲液中；（4）往步骤（3）所得浸泡有聚偏氟乙烯静电纺丝纤维膜的Tris‑HCl缓冲液中加入多巴胺盐酸盐，多巴胺盐酸盐与Tris‑HCl缓冲液的比例为0.5~8 mg：1mL，室温磁力搅拌使多巴胺氧化聚合10~48h后，得到聚多巴胺处理的聚偏氟乙烯静电纺丝纤维膜；（5）将步骤（4）所得聚巴胺处理的聚偏氟乙烯静电纺丝纤维膜加入到浓度为2wt%~25wt%的杂多酸水溶液中，室温浸泡8~24h，取出纤维膜，并经去离子水洗涤干燥即得聚偏氟乙烯‑杂多酸膜；所述杂多酸为磷钨酸、磷钼酸或硅钨酸；（6）配置乙酸浓度为0.5wt%~3wt%的乙酸水溶液，然后将壳聚糖溶解在该乙酸水溶液中配成壳聚糖浓度为0.2wt%~5wt%的壳聚糖溶液，将步骤（5）所得聚偏氟乙烯‑杂多酸膜加入到该壳聚糖溶液中，室温浸泡15~45min，取出晾干，再重复浸泡、晾干2~6次，最后干燥得聚偏氟乙烯‑杂多酸‑壳聚糖复合质子交换膜。