组织结构

张所波课题组研究领域简介

文章来源:长春应用化学研究所生态室    发布时间:2011-03-31

 

研究领域和现状

1. 有机合成化学

  有机合成是药物、精细化学品、功能材料制备的基本手段。精细有机合成、原子经济型反应、高效催化、过程控制、绿色分离技术是我们重点发展的研究领域。主要针对具有典型代表性及污染严重的重要基本有机化学品和精细化学品的合成,开展离子液体和环境友好催化方面的基础和应用基础研究。运用离子液体技术、过渡金属催化等,研究制备高附加值的合成药物、功能分子及材料等高技术产品。
  离子液体是一种完全由离子组成的离子性溶剂,由于其特殊的化学、物理性能,近几年来在催化化学、分离科学、材料化学领域得到了广泛的关注。我们首次从简单、廉价的化工原料出发设计、合成了一系列新型胍盐离子液体。并且,成功的把新型胍盐离子液体应用在了两相催化、纳米金属催化、二氧化碳的化学固定等方面。

Chemistry-A European Journal 2010, 16(6), 1812

 

  离子液体具有与传统分子溶剂完全不同的结构特点,这决定了其具有很多独特的溶解特性。一定结构的基于咪唑盐的氯负离子离子液体具有强烈的破坏氢键的能力。纤维素、蚕丝纤维、羊毛纤维、壳聚糖、甲壳素等是大量存在于自然界的生物可再生大分子资源。充分利用这些资源来缓解对石油资源的需求压力,这方面一直都是绿色化学、材料化学、催化化学领域研究的热点。由于它们特殊、复杂的结构特点,不能溶于一般的普通分子溶剂,传统的溶解加工过程中涉及到大量酸、无机盐、有毒、昂贵溶剂的使用,这很大程度上制约了这些资源的利用。我们成功的为这些生物资源开发了一个基于离子液体为溶剂的简单的、环境友好的加工平台。基于此平台,可以制备各种功能性复合生物降解、保健纤维、膜材料等。

 

  我们还发明了用离子液体促进两性聚电解质自组装制备超薄膜的新方法,通过聚电解质的层层组装逐步形成聚电解质多层膜,可以通过控制组装层数来控制膜厚,从而达到对膜性能的控制,具有操作简单,重复性好等优点。该工作发表后,被Chem. Commun.列为热点文章,著名化学杂志Chemical Technology和 Chemistry World 也对该方法做了专文报道。

 

2. 高分子分离膜材料(气体分离、海水淡化)

  膜与膜技术是当代新型高效的分离技术,特别适合于现代工业对节能、提高生产效率、低品位原材料再利用和消除环境污染的需要,成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分。与传统的分离技术比较,具有分离效率高、能耗底、不污染环境等突出优点。近三十年来膜技术获得了极其迅速的发展,已广泛而有效地应用在石油化工、制药、生化、环境、能源、电子、冶金、轻工、食品、航天、海水淡化、医疗保健等领域。

  纳滤、反渗透复合膜在海水淡化、超纯水制备、污水处理、制药、生物等领域得到了广泛的应用。我们通过分子设计,成功的合成了四种含联苯结构的多元酰氯单体,由这四种单体制备得到的纳滤、反渗透复合膜显示了优良的综合性能。并且已经初步形成了具有自主知识产权的纳滤、反渗透复合膜体系。

         

图1(左) 四种含联苯结构的多元酰氯单体        图2(右)mm-BTEC/PIP 纳滤膜表面SEM照片

图1-2 Journal of Membrane Science 2009, 335(1-2), 133.

图3. 纳滤、反渗透复合膜的通量和截流

  聚酰亚胺由于具有高的玻璃化温度、良好的耐氧化、耐溶剂性能及较高的机械强度,因而是很好的分离膜材料。我们首次采用了一种新型的聚合方法(Ni催化体系)合成出了一系列性能优异的聚酰亚胺材料, 并研究和开发了气体除湿膜材料及其组件。

3. 质子传输膜

高性能质子传输膜(PEMS)——近年来,燃料电池作为一种高效,清洁的能源被各国科学家们广泛研究,它可以广泛的应用在汽车动力、可移动电源、家庭用电等许多领域。目前,已经商业化的质子传输膜只有Dupond公司生产的Nafion膜。我们对质子传输膜做了深入研究,目的在于开发低成本高质子传导率、耐氧化和耐水解性的高性能的新型质子传输膜材料,我们得到了磺化联萘型聚酰亚胺、磺化聚吡咙和磺化聚苯等一系列高性能新型膜材料,质子传导率为Nafion的二倍到三倍,有望突破Nafion的性能,作为一种新型质子传输膜材料应用在燃料电池中。

图4. 磺化聚吡咙质子传输膜结构图

 

          

图5. (左图)磺化聚吡咙质子交换膜质子传导率随温度变化图(对比Nafion 117)

图6. (右图)磺化聚吡咙质子交换膜相对质子传导率随相对吸水率变化图(对比Nafion 117)

图4-6 Journal of Membrane Science 2009, 326(2), 420.

 

 

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