【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于直接甲醇燃料電池，尤其涉及天然產物衍生藻類聚電解質膜及其制備方法和應用。
技術介紹
1、直接甲醇燃料電池因其能量密度高、供應便捷、燃料來源豐富、甲醇易于儲存及環境污染小，被認為是最具潛力和應用價值的環保型燃料電池。其中，質子交換膜是直接甲醇燃料電池的核心部件，起到隔離甲醇燃料和提供質子轉移通道的作用，其性能直接關乎直接甲醇燃料電池的輸出功率、使用壽命、生產成本和應用前景。
2、目前商業化的質子交換膜是以nafion@系列膜為代表的全氟磺酸膜(pfsa)，該類膜化學穩定性好，具有優異的質子導電性和理化性能。nafion@是一種自由基引發的共聚物，由可結晶的疏水性四氟乙烯(tfe)與側鏈由全氟磺酸基團封端的全氟化乙烯基醚共聚而成。前者賦予它優異的結構完整性和化學穩定性，后者在完全水合時賦予它們理想的質子傳導性。然而，nafion@膜亦存在若干缺陷，這些不足限制了其更廣泛的應用：(1)對于燃料電池，為提高性能往往可以通過升高溫度來提高反應物活性，但柔性主鏈使得nafion@的玻璃化轉變溫度大約只有100℃。在高溫下運行易導致膜的尺寸穩定性大大降低甚至破損。(2)nafion@膜的保水性能不足，對濕度的依賴性強，其質子傳導率隨相對濕度降低而急劇下降。為維持較高的質子傳導率，電池的運行溫度不能高于100℃或是低于0℃(沸騰或冷凍)。這不利于nafion@在實際應用中應對溫度濕度驟變的情況。(3)高含氟量使得nafion@的制備成本高昂，還加劇了環境污染問題。(4)尺寸穩定性差。nafion@的干膜尺寸和其在高相對
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供天然產物衍生藻類聚電解質膜及其制備方法和應用，旨在解決上述
技術介紹
中提出的問題。
2、本專利技術的目的通過以下技術方案得以實現：
3、天然產物衍生藻類聚電解質膜的制備方法，包括以下步驟：
4、步驟1、磺化海藻酸鈉的制備；
5、將海藻酸鈉粉末溶解在去離子水中，攪拌至完全溶解，得到海藻酸鈉水溶液；向海藻酸鈉水溶液中加入1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(edc)/n-羥基丁二酰亞胺(nhs)，向混合物中加入半胱氨酸；調節體系的ph值，在室溫下攪拌并完成反應；將反應后的樣品進行透析、干燥、氧化，得到磺化海藻酸鈉粉末；
6、步驟2、磺化硅藻土的制備；
7、將硅藻土粉末加入硫酸溶液中純化，攪拌后用去離子水完全清洗并干燥；將純化后的硅藻土粉末與含有kh-550溶液的乙醇水溶液混合，加熱并攪拌，攪拌后用去離子水完全清洗并干燥，得到接枝kh-550的硅藻土粉末；將接枝kh-550的硅藻土粉末加入到含有edc/nhs的半胱氨酸溶液中；用過氧化氫溶液氧化混合物，氧化后用去離子水完全清洗并干燥，得到磺化硅藻土粉末；
8、步驟3、天然產物衍生藻類聚電解質膜的制備；
9、將步驟1得到的干燥的磺化海藻酸鈉粉末溶解在去離子水中，形成濃度為2.0％的澆注溶液；將步驟2得到的磺化硅藻土粉末按比例加入到澆注溶液中，攪拌24h；將分散均勻的混合物緩慢倒入水平玻璃板上，室溫干燥以形成膜；將膜在甘油/氯化鈣溶液中浸泡30min，再在硫酸溶液中浸泡30min；用去離子水清洗掉殘留溶劑后，在100℃下加熱2h，得到天然產物衍生藻類聚電解質膜。
10、進一步的，所述步驟1的具體過程如下：
11、將1.0g海藻酸鈉溶解在去離子水中，攪拌至完全溶解，得到100ml濃度為1％w/v的海藻酸鈉水溶液；向海藻酸鈉水溶液中加入50mm?edc和100mm?nhs，攪拌溶液1h；向溶液中加入2.0g半胱氨酸，將ph調節到4.0，在室溫下連續攪拌2h，接著將ph調至6.0，繼續反應1h；反應完成后，將反應后的樣品進行透析、干燥，得到巰基海藻酸鈉；將巰基海藻酸鈉用1％的過氧化氫進行氧化處理12h；將氧化后的樣品在60℃下干燥，得到磺化海藻酸鈉粉末。
12、進一步的，所述步驟2的具體過程如下：
13、將10g硅藻土粉末加入5m的硫酸溶液中純化，在100℃下攪拌4h，攪拌后用去離子水完全清洗并在60℃下干燥，同時，將10％的kh-550溶液加入ph＝4的95％乙醇水溶液中并攪拌；將純化后的硅藻土粉末與含有kh-550溶液的乙醇水溶液混合，加熱至80℃后持續攪拌2h，然后用去離子水清洗并在60℃下干燥，得到接枝kh-550的硅藻土粉末；將接枝kh-550的硅藻土粉末加入到用50mm?edc和100mm?nhs活化的濃度為558mm，ph＝4的cys溶液中；將混合物在室溫下攪拌2h，使用3％h2o2溶液對混合物進行氧化處理，氧化后用去離子水清洗并在60℃下干燥，得到磺化硅藻土粉末。
14、進一步的，當制備所述天然產物衍生藻類聚電解質膜apem-4時，步驟3的具體過程如下：
15、將步驟1得到的干燥的磺化海藻酸鈉粉末溶解在去離子水中，形成2.0％的澆注溶液；將步驟2得到的磺化硅藻土粉末按磺化海藻酸鈉粉末的4wt％比例加入到澆注溶液中，攪拌24h；將分散均勻的混合物緩慢倒入水平玻璃板上，室溫干燥以形成膜；將膜在甘油/氯化鈣溶液中浸泡30min，再在1m硫酸溶液中浸泡30min，用去離子水清洗掉殘留溶劑后，在100℃下加熱2h，得到天然產物衍生藻類聚電解質膜apem-4。
16、根據上述所述的天然產物衍生藻類聚電解質膜的制備方法制得的天然產物衍生藻類聚電解質膜。
17、根據上述所述的天然產物衍生藻類聚電解質膜作為質子交換膜在直接甲醇燃料電池中的應用。
18、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
19、本專利技術成功開發出了一種基于天然產物的藻類聚電解質膜，該膜在直接甲醇燃料電池中展現出優于傳統nafion@117膜的性能，不僅提高了開路電壓和最大功率密度，而且顯著降低了生產成本，減少了環境污染，簡化了制備工藝，并避免了有毒中間產物的產生，有效解決了甲醇燃料滲透高的問題，為設計高性能、低成本、環境友好的質子交換膜提供了新思路，對生物質資源的高價值利用、環境保護和社會可持續發展具有重要意義。
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1.天然產物衍生藻類聚電解質膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的天然產物衍生藻類聚電解質膜的制備方法，其特征在于，所述步驟1的具體過程如下：
3.根據權利要求1所述的天然產物衍生藻類聚電解質膜的制備方法，其特征在于，所述步驟2的具體過程如下：
4.根據權利要求1所述的天然產物衍生藻類聚電解質膜的制備方法，其特征在于，當制備所述天然產物衍生藻類聚電解質膜APEM-4時，步驟3的具體過程如下：
5.根據權利要求1-4任一所述的天然產物衍生藻類聚電解質膜的制備方法制得的天然產物衍生藻類聚電解質膜。
6.根據權利要求5所述的天然產物衍生藻類聚電解質膜作為質子交換膜在直接甲醇燃料電池中的應用。
【技術特征摘要】
1.天然產物衍生藻類聚電解質膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的天然產物衍生藻類聚電解質膜的制備方法，其特征在于，所述步驟1的具體過程如下：
3.根據權利要求1所述的天然產物衍生藻類聚電解質膜的制備方法，其特征在于，所述步驟2的具體過程如下：
4.根據權利要求1所述的天然產...
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