仿生多硅共聚物交联试剂的设计和高性能杂化离子交换膜的制备与表征

本项目从高分子设计出发，发展出具有仿生功能的多硅共聚物交联试剂，并以此为基础制备高稳定性和高电学性能的杂化离子交换膜，其主要思路为：选择一种含有离子交换基团或可以转化为离子交换基团的官能团的单体、和另外选择一种含有烷氧基硅基团的单体，利用共聚反应制备多硅共聚物交联剂，然后与其它离子交换材料和抗有机溶剂材料进行共混，进行sol-gel反应后成膜，通过对膜进行稳定性、电学性能和应用性能测试，优化膜的结构和制备流程，并探索交联试剂的sol-gel反应机理与膜性能之间的关系。.本研究发展的多硅共聚物交联试剂在结构上具有攀爬类植物的特点，兼具高交联能力和离子交换特征，所制备的杂化离子交换膜可达到实际应用水平。对材料-成膜的sol-gel机理-膜性能之间关系的研究，可为离子交换膜结构和性能的调控提供普适性的理论指导。

有机-无机杂化离子膜兼具有机膜和无机膜的优点，并能产生新颖的性能。但由于常规的无机组分常来自于无机颗粒或小分子烷氧基硅烷，所制备的膜存在交联度低、柔韧性不足、难以荷电等局限。本项目发展出具有仿生功能的多硅共聚物交联试剂，多硅共聚物具有一根长的主链、众多的侧链且含有大量的离子交换基团和-Si(OR)3基团，可以有效地交联有机组分，带给膜良好的柔韧性和离子交换性能。. 本项目通过选择一种含有离子交换基团或可以转化为离子交换基团的官能团的单体、和另外一种含有烷氧基硅基团的单体，利用共聚反应制备了多种多硅共聚物，然后与其它聚合物进行sol-gel反应后成膜，测试膜的稳定性、电学性能和应用性能，研究了多硅共聚物的sol-gel反应机理与膜性能之间的关系。结果表明，通过调控多硅共聚物的分子量、功能基团含量和种类，可变化多硅共聚物的极性、凝胶时间、交联能力和荷电密度。所制备的杂化离子膜从外观上可均匀透明，具有高的强度和柔韧性，并具有良好的稳定性，在扩散渗析回收酸或碱的过程中，其选择性不仅高于商业膜，渗析系数可达商业膜的2 - 8倍。因此，多硅共聚物可作为一种新型的交联剂，制备高性能的杂化离子膜。