季铵化改性聚芳砜酰胺碱性阴离子交换膜的研究的任务书.docx

季铵化改性聚芳砜酰胺碱性阴离子交换膜的研究的任务书
任务书
一、研究背景
阴离子交换膜是电化学能源转化领域重要的组成部分，广泛应用于燃料电池、电解水、电渗析、反渗透等领域。阴离子交换膜可分为酸性阴离子交换膜和碱性阴离子交换膜两种，酸性阴离子交换膜已经得到广泛应用，而碱性阴离子交换膜的研究还处于起步阶段。在碱性条件下，阴离子交换膜承受的质子浓度小，因此具有更好的电子传递效率和稳定性。
目前，市场上通用的碱性阴离子交换膜多为聚氯乙烯基材料，具有拓铺缩腻、化学稳定性差、不能耐受高温等缺点，不适合用于高性能的电化学设备中。因此，如何开发更具性能的碱性阴离子交换膜已成为研究的热点。
季铵化改性聚芳砜酰胺（QAPAF）是一种新型的高分子材料，在酸性和碱性的介质中都具有优异的化学稳定性和热稳定性，适用于高温环境下的应用。此外，QAPAF还具有易修饰、易制备等优点，可以通过改变结构和化学合成方法来调控其性质和应用。
因此，在这样的背景下，本课题选择季铵化改性聚芳砜酰胺作为研究对象，开发具有优良性能的碱性阴离子交换膜，进一步推动电化学能源转化领域的发展。
二、研究目标
本课题旨在通过改性化的方法，制备高性能的碱性阴离子交换膜，并对其性能进行系统的表征和评价，并探讨其在高温环境下的应用。具体任务和目标如下：
1.制备季铵化改性聚芳砜酰胺材料。
2.采用季铵化方法，改性可溶性聚芳砜酰胺材料，制备出碱性阴离子交换膜。
3.对制备的碱性阴离子交换膜进行表征和评价，包括质量、厚度、离子交换容量、阻抗等性能参数的测试。
4.利用测试得到的结果，优化碱性阴离子交换膜的制备条件和处理方法。
5.探讨其在高温条件下的应用效果，如在燃料电池、电解水、电渗析、反渗透等领域的应用效果。
6.编写实验报告并完成论文撰写。
三、研究方法和实验步骤
1.材料制备：选择聚对苯二甲酸亚胺（PI）作为主要的合成原料，通过空气氧化剂与1，4-二氨基苯的反应制备PI片段，再经二氯甲烷与N-甲基吡咯烷酮的稀溶液混合后，利用离心机将混合后的溶液离心1.5小时，待离心液充分混合后，将离心去除的溶液进行溶剂蒸发，得到可溶性PI。
2.制备QAPAF材料：将合成好的PI溶解于内含DMSO的棕色烷烃混合溶液中，加入适量的光气进行气相亲电取代反应，反应时间为4小时。反应结束后，将反应液进行溶剂蒸发，得到QAPAF材料。
3.制备碱性阴离子交换膜：将QAPAF材料溶液放入含有间甲苯磺酰氧化钠(NaOMe)的高温溶剂中，反应温度控制在150℃-200℃区间。反应时间为12小时，反应完成后采用酸洗方法进行碱性阴离子交换膜的制备。
4.性能测试：先进行交换膜质量和厚度的测试，采用量热法测定其物理力学性质，并通过测量电化学性能参数，如离子交换容量和阻抗，对制备的碱性阴离子交换膜的性能进行表征和评估。
5.优化并探讨应用：通过对测试结果的分析和处理，优化碱性阴离子交换膜的制备条件和处理方法，并探讨其在高温条件下的应用效果，进行实际应用的测试和验证。
四、研究预期
通过对于季铵化改性聚芳砜酰胺碱性阴离子交换膜的研究，本课题预期可以获得以下成果：
1.成功制备出具有优秀性能的碱性阴离子交换膜。
2.系统评估表征碱性阴离子交换膜的性能，包括交换膜质量和厚度、离子交换容量和阻抗等参数。
3.优化碱性阴离子交换膜的制备条件和处理方法，提高其性能和适用范围。
4.探讨其在高温条件下的应用效果，如在燃料电池、电解水、电渗析、反渗透等领域的应用效果。
5.提出研究结果和结论，撰写论文发表，并对结果进行总结和展望。