Preparation of Anionic Conductive Membrane for Fuel Cells Based on Crown Ether Modified Deacetylated Chitin

doi:10.12422/j.issn.1006-396X.2024.02.009

Abstract

Abstract:

Under alkaline conditions,the aldehyde group is introduced into dibenzo-18-crown-6 (DB18C6) with the help of chloroform (CHCl₃) to prepare dimethyl dibenzo-18-crown-6 (DDB18C6).Then,using DDB18C6 and soluble deacetylated chitin (CTS) as raw materials,Schiff reaction was used to synthesize a grafted crown ether CTS membrane with an increasing mass fraction of small molecule crown ethers,which was named C _a-CTS membrane (a=m(DDB18C6)/m(C _a -CTS membrane）).The C _a -CTS membrane is ion exchanged in alkali solution.The C _a -CTS membrane absorbs K⁺ through the oxygen hole structure,and then the C _a -CTSK membrane is prepared.Eeach stage the sample membrane was subjected to structural characterization and performance testing.The results show that with the increase of the crown ether grafting degree,the thermal stability of CTS can be improved;when a=0.20,the grafting degree of C_0.20-CTSK membrane can reach 43.91%,the water absorption rate can reach 168.6%,the IEC value is 1.38 mmol/g. At a temperature of 70 ℃,the conductivity of C_0.20-CTSK membrane can reach 46.8 mS/cm; the introduction of grafting of crown ether improves the alkali resistance stability of this series of membranes. After the C _a -CTSK series membranes are soaked in 6 mol/L KOH solution for 480 hours, the conductivity decreases only 4.0%.

Key words: Chitosan, Dimethyldibenzo-18-crown-6, Anionic conductive film, Fuel cell, Crown ether

摘要：

在碱性条件下，借助三氯甲烷（CHCl₃）将醛基引入二苯并-18-冠-6（DB18C6）中，制得二甲酰基二苯并-18-冠-6（DDB18C6）；以DDB18C6与可溶性脱乙酰甲壳素（CTS）为原料，利用Schiff反应合成了小分子冠醚质量分数递增的接枝冠醚CTS膜，将其命名为C _a -CTS膜（a=m（DDB18C6）/m（C _a-CTS膜））；将C _a -CTS膜于碱液中进行离子交换，C _a -CTS膜通过氧空穴结构吸附K⁺，进而制得C _a -CTSK膜；对各阶段的样品膜进行了结构表征和性能测试。结果表明，随着冠醚接枝度的增加，CTS的热稳定性得到改善；当a=0.20时，C_0.20-CTSK膜的接枝度可达43.91%，吸水率可达168.6%，IEC为1.38 mmol/g；在温度为70 ℃的条件下，C_0.20-CTSK膜的电导率可达46.8 mS/cm；冠醚的接枝引入改善了该系列膜的耐碱稳定性；C _a -CTSK系列膜在6 mol/L的 KOH溶液中浸泡480 h，电导率降低幅度仅为4.0%。

关键词: 脱乙酰甲壳素, 二甲酰基二苯并-18-冠-6, 阴离子导电膜, 燃料电池, 冠醚

CLC Number:

TQ425.23

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Figures/Tables 8

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序号	膜的名称	G/%
1	C_0.05⁃CTS	14.69
2	C_0.10⁃CTS	27.33
3	C_0.15⁃CTS	34.89
4	C_0.20⁃CTS	43.91
5	C_0.25⁃CTS	37.54

序号	膜的名称	G/%
1	C_0.05⁃CTS	14.69
2	C_0.10⁃CTS	27.33
3	C_0.15⁃CTS	34.89
4	C_0.20⁃CTS	43.91
5	C_0.25⁃CTS	37.54

膜	断裂伸长率/%	厚度/μm	拉伸强度/MPa	离子交换量（IEC）/（mmol·g^-1）
C₀⁃CTSK	15.76	195.13±1.2	26.33	0.48
C_0.05⁃CTSK	13.32	202.31±1.3	22.75	0.75
C_0.10⁃CTSK	14.36	219.12±1.4	25.66	0.89
C_0.15⁃CTSK	15.26	238.14±1.5	28.73	1.15
C_0.20⁃CTSK	17.73	285.17±1.3	18.22	1.38
C_0.25⁃CTSK	15.46	304.16±1.4	13.69	1.13
Polystyrene(ethylene utylenes)^[21]	—	—	—	0.68
QPPO⁃1^[22]	—	—	—	0.87
Nafion 112^[23]	—	—	25.1	0.95
Poly(M⁃c⁃B⁃c⁃V)^[24]	—	—	—	1.25

膜	断裂伸长率/%	厚度/μm	拉伸强度/MPa	离子交换量（IEC）/（mmol·g^-1）
C₀⁃CTSK	15.76	195.13±1.2	26.33	0.48
C_0.05⁃CTSK	13.32	202.31±1.3	22.75	0.75
C_0.10⁃CTSK	14.36	219.12±1.4	25.66	0.89
C_0.15⁃CTSK	15.26	238.14±1.5	28.73	1.15
C_0.20⁃CTSK	17.73	285.17±1.3	18.22	1.38
C_0.25⁃CTSK	15.46	304.16±1.4	13.69	1.13
Polystyrene(ethylene utylenes)^[21]	—	—	—	0.68
QPPO⁃1^[22]	—	—	—	0.87
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