PTFE基有機(jī)-無機(jī)復(fù)合膜制備及其電氧化合成N2O5性能研究.pdf

1、五氧化二氮（N2O5）作為一種綠色硝化劑，在硝化反應(yīng)中有著巨大的應(yīng)用前景。在制備N2O5的各種方法中，四氧化二氮（N2O4）電氧化法是目前最有工業(yè)化前景的方法。對于電氧化法制備N2O5的過程，隔膜是關(guān)鍵材料之一，其性能對N2O5收率和能量消耗水平有決定性作用。
　　聚四氟乙烯膜（PTFE）具有良好的化學(xué)抗腐蝕性，但其膜電阻高、N2O4和H2O滲透率高、NO+和NO2+電遷移嚴(yán)重。本文選擇PTFE膜作為基膜，通過負(fù)載合適的無機(jī)、有機(jī)

2、材料制備有機(jī)-無機(jī)復(fù)合膜，以降低膜電阻、提高阻N2O4和阻水性能、同時抑制NO+和NO2+的電遷移，達(dá)到提高N2O5收率、降低電耗的目標(biāo)。
　　首先以正硅酸乙酯為硅源，采用直接浸漬法制得了SiO2負(fù)載量可達(dá)3.7％的PTFE/SiO2改性膜。改性膜的水和N2O4跨膜滲透率及電阻隨SiO2負(fù)載量增加而明顯降低。電氧化合成N2O5結(jié)果表明，隨SiO2負(fù)載量增加，電流效率提高、比能降低。
　　然后采用Nafion溶液改性法制備了P

3、TFE/Nafion膜，并進(jìn)一步負(fù)載SiO2制備了對稱和非對稱PTFE/Nafion/SiO2膜。發(fā)現(xiàn)，加入Nafion可以顯著降低膜電阻，但過量負(fù)載SiO2導(dǎo)致復(fù)合膜的電阻升高。當(dāng)SiO2富集層位于陽極一側(cè)時，可以有效抑制陽極N2O4向陰極的濃差滲透，從而降低陽極N2O4的非反應(yīng)性消耗；當(dāng)SiO2富集層位于陰極一側(cè)時，則可以提高電流效率，降低比能。
　　接著以PTFE/Nafion復(fù)合膜為基膜，采用同時直接浸漬法，制備了PTFE

4、/Nafion/SiO2-TiO2復(fù)合膜。結(jié)果表明，添加TiO2可以顯著提高隔膜的阻水性能，從而提高電流效率。
　　最后分別選用選擇硅烷偶聯(lián)劑3-氨基丙基三乙氧基硅烷（3-APTES）和N-(beta-氨乙基)-gama-氨丙基三甲氧基硅烷（DAMO）采用直接浸漬法制備含有-NH2、-NH-荷正電基團(tuán)的復(fù)合膜。結(jié)果表明，復(fù)合膜由于-NH2、-NH-的存在可有效的抑制陽極NO+、NO2+向陰極的電遷移，從而顯著提高N2O5：N2O4