功能高分子考试重点

一概念1.质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell，)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质2.超支化聚合物,由枝化基元组成的高度枝化但结构不规整的聚合物3.光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称4.生物质能（biomassenergy），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。5.导电高分子是指具有共轭π键的高分子经化学或电化学掺杂使其由绝缘体转变成为导体的一类高分子材料6.光敏性高分子是指在光的作用下能够发生交联，分解或官能团变化的等光化学反应从而引起材料的物理性质和化学性质变化的高分子材料7.所谓自组装（self-assembly），是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术8.寡肽（Oligo-peptide），是由2-9个氨基酸组合而成的蛋白质前体，或是由蛋白质降解到2-9个氨基酸组成的蛋白质降解物，也可称小肽、短肽等。9.功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。它们之所以具有特定的功能，是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团，或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合，或者二者兼而有之10.氯醇橡胶是一种耐油、耐热而透气性很低的特种橡胶。11.石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料12.纳滤膜：孔径在1nm以上，一般1-2nm。是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜13.特种高分子材料智能高分子是指具备感知、自诊断、自适应、自修复等功能的高分子。14.凝胶型离子交换膜，具有均相集合物凝胶结构无毛细孔结构的离子交换膜。15.大孔型离子交换膜，内部有大量永久性的微孔的非均相的离子交换膜16.液膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒。它能把两个组成不同而又互溶的溶液隔开，并通过渗透现象起到分离的作用17.超滤膜是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当压力，就能筛出小于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿(原子质量单位)、粒径大于10纳米的颗粒。18.吸附树脂是以吸附为特点，具有多孔立体结构的树脂吸附剂19.液晶高分子，在一定条件下能以液晶形态存在的高分子。与其他高分子相比，具有液晶相所特有的分子取向序和位置序；与小分子液晶相比，又有高分子量和高分子的特性。主要特征是其聚集状态在一定程度上既类似于晶体，分子呈有序排列；又类似于液体，有一定的流动性20.电致发光高分子是指高分子收到外界电场能转换为光能的物质21.高分子电解质是指在高分子链上带有可离子化基团的物质二简答1（1）离子交换树脂是带有官能团(有交换离子的活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。吸附树脂是以吸附为特点，具有多孔立体结构的树脂吸附剂与离子交换树脂的不同点：吸附树脂是靠分子间的微孔来起吸附作用。与离子交换树脂相比较，吸附树脂的组成中不存在功能基及功能基的反离子，它类似于不含功能基及功能基反离子的大孔树脂，在制造时往往投入更多的交联剂和更严格地选用致孔剂，以合成具有更大比表而积的不同孔径、不同孔容和不同比表面积的吸附树脂。相同点：都必须有是交联结构（3）高分子形成交联结构后，性能发生明显变化。由于网状结构是通过分子间由化学键连接起来的，所以分子量实际是无限大的，具有不溶不熔的特点。同时，交联也能改善高分子的很多性能，如耐热或耐高温性能，耐溶剂耐酸碱性能，耐应力开裂性能，抗蠕变性能，制品的尺寸稳定性等。半结晶的高分子材料经交联后具有形状记忆效应，可制成新型功能材料—热收缩材料。某些辐射裂解高分子或热裂解高分子，交联后能提高它们的耐辐射和耐热性能。交联度并不是越大越好，各有优势，交联度高的树脂聚合得比较紧密，坚牢而耐用，密度较高，内部空隙较少，对离子的选择性较强;而交联度低的树脂孔隙较大，脱色能力较强，反应速度较快，但在工作时的膨胀性较大，机械强度稍低，比较脆而易碎。根据需要来合成不同交联度的树脂。（4）大孔型离子交换树脂：是外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构的离子交换树脂。大孔型离子交换树脂与普通的凝胶型离子交换树脂的区别：①大孔型离子交换树脂：外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构。凝胶型离子交换树脂：外观透明，表面光滑。具有均相高分子凝胶结构。②大孔型离子交换树脂：在树脂内部存在大量的毛细孔。无论树脂处于干态或湿态、收缩或溶胀时，这种毛细孔都不会消失。因此可在非水体系中起离子交换和吸附作用。凝胶型离子交换树脂：球粒内部没有大的毛细孔。有在干态和非水系统中不能使用的缺点。③大孔型离子交换树脂：孔径一般为几纳米至几百纳米，比表面积可达几百或几千m2/g，因此其吸附功能十分显著。凝胶型离子交换树脂：在水中会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔。④大孔型离子交换树脂：吸附能力远远大于凝胶型树脂。不仅可以从极性溶剂中吸附弱极性或非极性的物质，而且可以从非极性溶剂中吸附弱极性的物质，也可对气体进行选择吸附。⑤大孔型离子交换树脂：不存在外疏内密的结构，从而克服了中毒现象。凝胶型离子交换树脂使用中会产生“中毒”现象。（5）关键是在母体中加入致孔剂，再除去致孔剂形成大孔结构（10）离子交换树脂的合成方法：①加成共聚，离子交换树脂或其前体是通过含烯基单体和含双烯基或多烯基的交联剂通过自由基共聚合而成②缩合共聚：离子交换树脂或其前体是通过单体逐步缩合聚合而成，同时富产简单的小分子如水等。吸附树脂的制备方法：悬浮聚合法，后交联法聚苯乙烯分子中的苯环比较活泼，可以进行一系列的芳香取代反应，如磺化、氯甲基化、卤化、硝化、锂化、烷基化、羧基化、氨基化等等。聚苯乙烯会是常用的骨架还是因为其价廉、应用广泛、易于加工制备，性能优越。（15）离子型交换树脂的应用：①水处理②冶金工业③环境保护④原子能工业⑤海洋资源利用⑥化学工业⑦食品工业，⑧医药卫生吸附树脂的应用2（1）1..什么是分离膜？它与传统的分离技术有什么本质的区别？答：分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面。膜的形式可以是固态的，也可以是液态的。被膜分割的流体物质可以是液态的，也可以是气态的。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。3.制备分离膜的高分子材料应具备哪些特征？答：4.简述常用的制备膜的方法？答：6.微孔膜的特点是什么？其分离物质的推动力是什么？使用中有何要求？答：1）膜类型特点：均匀的多孔薄膜，厚度在90～150μm左右，过滤粒径在0.025～10μm之间（也有称10nm～10μm）,孔隙率70%～80%，107～108个小孔/cm2滤膜。2）推动力：压力差（静压差），为0.01～0.2MPa3）微滤膜本身性脆、易碎，机械强度差，实际使用时必须衬贴在多孔支撑体上，如烧结的不锈钢、烧结镍等；尼龙布、丝绸（需以密孔筛板支撑）。7.超滤膜有什么特点？它的分离范围如何？其分离物质的推动力是什么？答：超滤膜，是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当压力，就能筛出小于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿(原子质量单位)、粒径大于10纳米的颗粒。超滤膜是最早开发的高分子分离膜之一，在60年代超滤装置就实现了工业化。15.目前分离膜在哪些领域得到应用？其发展前景如何?列举你周围膜分离技术成功应用的例子。答：广泛应用于海水淡化、食品浓缩、废水处理、富氧空气制备、医用超纯水制造、人工肾及人工肺装置、药物的缓释等方面。各种高分子分离膜广泛用于核燃料及金属提炼，气体及烃类分离，海水及苦咸水淡化，纯水及超纯水制备，环境保护和污水处理等。目前膜分离技术在很多方面应用得比较成熟，对产品质量要求不断提高、生产成本要求不断降低的今天，高分子膜材料在很多方面还不成熟，还有待进步深入的研究。膜分离技术的广泛成熟应用在许多方面离产业化要求还有段距离，随着新型膜材料的不断开发、高效新颖的强化膜过程分离技术研究的不断深入，膜分离技术应将得到更加广泛的应用。3质子交换膜燃料电池是以质子交换膜作为电解质的燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜燃料电池具有如下优点：其发电过程不涉及氢氧燃烧，因而不受卡诺循环的限制，能量转换率高；发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪音。所以，质子交换膜燃料电池电源是一种清洁、高效的绿色环保电源。质子交换类膜仍存在下述缺点：(1)制作困难、成本高全氟物质的合成和磺化都非常困难(2)对温度和含水量要求高(3)某些碳氢化合物，如甲醇等，渗透率较高，不适合用作直接甲醇燃料电池(DMFC)的质子交换膜。PEMFC大多采用Nafion质子交换等全氟磺酸膜阴离子交换膜燃料电池是以阴离子交换膜为电解质的燃料电池，具有传递OH-的功能。原理①阴极，氧气与水在催化剂的作用下与外电路流入阴极的电子相互反应，产生OH-，OH-经碱性电解质膜向阳极迁移。②入阳极的OH-与阳极的甲醇反应，生成CO2、H2O和子。阴离子交换膜具有如下的优点：①在碱性条件下阳极甲醇的氧化反应速率明显提高。②水从阴极移动到阳极，有助于电池的水平衡，水管理相对单。③碱性条件下不会发生中间产物使催化电极中毒，电极材料的选择范围较宽，最大问题在于高温强碱性使用条件下膜的稳定性问题相关膜材料：聚合物电解质膜，熔融碳酸盐燃料电池隔膜，燃料电池用质子交换膜复合膜，燃料电池用自增湿复合质子交换膜，燃料电池用有机硅掺杂的质子交换膜，低温直接甲醇燃料电池用聚苯乙烯磺酸膜，高温直接甲醇燃料电池用复合型质子交换膜。4（2）一类是结构型（本征型）导电高分子，另一类是复合型导电高分子，结构型导电高分子本身具有“固有”的导电性，由聚合物结构提供导电载流子（包括电子、离子或空穴）。复合型导电高分子是在本身不具备导电性的高分子材料中掺混入大量导电物质，如炭黑、金属粉、箔等，通过分散复合、层积复合、表面复合等方法构成的复合材料从而导电（3）因添加了电子受体或电子给体而提高电导率的方法称为高分子“掺杂”。共轭聚合物的掺杂与无机半导体掺杂不同，其掺杂浓度可以很高，最高可达每个链节0.1个掺杂剂分子。掺杂剂类型:(1)电子受体，卤素路易氏酸质子酸过渡金属卤化物过渡金属化合物有机化合物（2)电子给体碱金属电化学掺杂剂（4）共轭聚合物是指分子主链中碳—碳单键和双键交替排列的聚合物，典型代表是聚乙炔：－CH=CH－由于分子中双键的π电子的非定域性，这类聚合物大都表现出一定的导电性。参杂的作用是因添加了电子受体或电子给体从而提高电导率（5）复合型导电高分子是以普通的绝缘聚合物为主要基质（成型物质），并在其中掺入较大量的导电填料配制而成的，导电填料在复合型导电高分子中起提供载流子的作用。常用的导电填料有金粉、银粉、铜粉、镍粉、钯粉、钼粉、铝粉、钴粉、镀银二氧化硅粉、镀银玻璃微珠、炭黑、石墨、碳化钨、碳化镍等（11）高分子电解质是指在高分子链上带有可离子化基团的物质，起导电作用的是可离子化的集团。作用:①在水处理中的应用，絮凝剂，阻垢剂②高分子电解质是性能又能的造纸助剂，能够改善纸张的性能。③在园林沙漠治理中起作用④在石油工业中起作用，黏土稳定剂，油田驱油剂，堵水调剖剂，原油破乳剂设计合成题耐溶剂纳滤膜--聚醚酰亚胺膜的制备实验采用相转化法制备非对称结构的聚醚酰亚胺纳滤膜。科学依据：相转化