科技与创新┃Science and Technology & Innovation
文章编号：2095－6835（2015）11－0012－02
2015年 第11期 PVA改性离子交换膜对乙醇渗透性的研究
侯树金，赵世怀，尹 静，王文科，张旭平
（天津工业大学分离膜与膜过程国家重点实验室，天津 300387；天津工业大学环境与化学工程学院，天津 300387） 摘 要：制备以正硅酸乙酯（TEOS）/戊二醛（GA）交联杂化改性的聚乙烯醇（PVA），将其作为燃料电池（ADEFC）的阴离子交换膜，测试了不同温度下PVA/TEOS/GA杂化膜的乙醇渗透率。结果表明，杂化膜具有很好的阻醇性能，对乙醇的渗透率在1×10-8～4×10-8 cm2/s范围内，是纯PVA膜的1%，并且阻醇性优于Nafion膜和其他离子交换膜。 关键词：聚乙烯醇；正硅酸乙酯；阴离子交换膜；阻醇性能
中图分类号：TM910.4；TB383 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.012
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随着科技的进步和社会的发展，全球对能源的需求量不断膜的乙醇渗透率都低。这表明，SiO2对乙醇渗透有较好的阻碍增加，能源短缺问题日益突出。因为燃料电池具有较高的能量能力，它能够抑制乙醇从阳极向阴极渗透。究其原因是PVA与转化率和环境污染少等优点，受到了世界各国学术界的青睐，TEOS溶液发生溶胶-凝胶反应，使膜的内部形成了致密的三维成为了21世纪最吸引力的发电方法之一。其中，研究和应用最网状结构，从而减少了乙醇分子的流动通道，增加了乙醇的渗广泛的是聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC），包括质子交换透阻力，使乙醇渗透的溶解系数和扩散系数变小，从而降低了膜燃料电池和阴离子交换膜燃料电池。以Nafion膜为代表的质乙醇的渗透率。此外，在燃料电池工作温度范围内，随着温度子交换膜，其阻醇性能较差，醇通过质子交换膜从阳极渗透到的升高，膜中链段变得松弛，膜的自由体积变大，导致乙醇在阴极严重，而醇在阴极会降低电池的输出电压，影响电池的性复合膜中的渗透通道变大，减小了乙醇扩散的阻力，增大了PVA能。另外，质子交换膜的溶胀率较大，当其长时间浸在醇溶液膜的乙醇渗透率。但是，SiO2杂化后的PVA膜随着温度的升高，中时，Nafion分子膨胀会造成与电极触媒的松脱，从而缩短了对乙醇的渗透率没有明显变化，表现出了较好的阻醇性能，所电池的使用寿命。研发新型高阻醇性离子交换膜是燃料电池的以，这是燃料电池电极膜更好的选择。 重要发展方向之一。其中，聚乙烯醇（PVA）是一种比较常用的
.com.cn. All Rights Reserved.制膜材料，它是一种很好的水溶性树脂，具有较好的成膜性，并
且亲水性高、易加工，有良好的生物相容性和耐化学污染的能力。同时，PVA的来源广泛，价格便宜，无毒，所以，被用于阴离子交换膜的制备。此研究尝试利用PVA溶液与具有完全相容性的TEOS溶液相混合，再与戊二醛交联制备出PVA/TEOS/GA交联的离子交换膜，以纯PVA膜作为参照，对杂化膜的乙醇渗透率随膜组成和温度的变化作相关的性能研究。 1 实验部分
正硅酸乙酯、蒸馏水、乙醇和硝酸一定摩尔比混合制备
TEOS溶液，加热至70 ℃，恒温搅拌30 min，冷却至室温，避
图1 PVA膜与杂化膜在不同温度下乙醇渗透率的比较 光陈化。将PVA粉末溶于适量去离子水中得到PVA水溶液，
3 结论 加入一定量已配置好的TEOS溶液，使恒温继续搅拌并滴加适
采用SiO2杂化、戊二醛交联的PVA阴离子交换膜，其对量稀盐酸/GA溶液，制得SiO2质量分数为5%的膜液，在玻璃
乙醇的渗透率随温度变化的幅度非常小，远远低于纯PVA膜，片上流延，室温下干燥成膜。将交联得杂化膜浸泡在物质的量
并且低于Nafion膜和其他交换膜，是离子交换膜改性的一次较浓度为10 mol/L的KOH溶液中一定时间后取出，用去离子水
好的尝试，可作为燃料电池电极膜的研究方向之一。 反复冲洗后，再将其浸泡在去离子水中待用。膜的阻醇性能是
参考文献 通过乙醇透过系数P（cm2/s）评价的。在测定阴离子交换膜乙
［1］陈振兴.高分子电池材料［M］.北京：化学工业出版社，2006. 醇渗透率时，采取的是隔膜扩散池法，并采用总有机碳分析仪
［2］Smith A B，Sridhar S，Khan A.Solid polymer electrolyte （TOC）测出乙醇含量，最后利用溶解-扩散模型计算出杂化膜
membranes for fuel cell applications—a review ［J］.Journal 的乙醇渗透率。
2 结果与讨论 of Membrane Science，2005，259（1）：10-26.
离子交换膜的阻醇性是评价其性能的重要指标之一。如果［3］Varcoe J R，Slade R C.Prospects for Alkaline Anion-Exchange 膜的阻醇性能很差，醇类燃料就会从阳极渗透到阴极，不但会Membranes in Low Temperature Fuel Cells［J］. Fuel cells，浪费燃料，还会影响燃料电池的性能和寿命。图1为PVA膜和2005，5（2）：187-200. PVA/SiO2杂化膜在不同温度下对乙醇的渗透作用结果。从图1［4］Basri S，Kamarudin S K，Daud R W，et al.Nanocatalyst for 中可以看出，PVA/SiO2复合膜乙醇渗透率远低于未掺杂SiO2direct methanol fuel cell（DMFC）［J］.Int J Hydrogen Energy，的PVA膜，是PVA膜的1%，而且比Nafion膜和多数离子交换 2010，35（15）. ———————————————————————————
＊［基金项目］国家级大学生创新创业训练计划资助项目（编号：201310058014）
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2015年 第11期Science and Technology & Innovation┃科技与创新
文章编号：2095－6835（2015）11－0013－02
改进后的DE求解方法的MATLAB仿真实现及应用
张宏勇
（公安海警学院电子技术系，浙江 宁波 315801）
摘 要：通过建立实例模型，利用MATLAB进行系统仿真，对传统的DP算法和改进后的DE算法进行对比分析。仿真结果表明，经过改进的DE算法可以很好地解决问题，并具有收敛快、效率高等优势。 关键词：DE求解方法；动态规划；数据模型；仿真模型
中图分类号：TP391.41 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.013
第三步，繁殖种群中的每个个体Xi（t），随机生成三个互不相同的随机整数r1，r2，r3∈｛1，2，L，N｝和随机整数jrand
i）∈﹛1，2，L，n﹜，x（t= j（）
（r）（r3）12）⎧（x（r1] （i）⎧tif（fx（i）t<（fx（i）t. ⎪xj（），j（））j（）） X（）=⎨（i）it+1 telse⎪⎩xj（） 第四步，如果种群Xi（t＋1）满足终止准则，则将具有最小目标值的个体作为最优解输出；否则转第二步。 2 MATLAB仿真实现 MATLAB是Matrix Laboratory矩阵实验室的简称，是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析和数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。它包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件编辑调试器、MATLAB工作空间和在线帮助文档等，允许用户输入输出数据，并为用户提供了M文件的集成编译和调试环境。 MATLAB语言是一种高级的基于矩阵数组的语言，与其他语言具有通信接口，具有丰富的库函数，用这种语言能够方便、快捷地建立起简单、运行快的程序，也能建立起复杂的程序。 本设计中采用MATLAB语言进行仿真，仿真的模型为两种武器对应三种目标，同时兼容不同目标威胁系数不同的情况，可根据实际需要进行适当修改。 定义攻击概率矩阵P为2×3矩阵，定义目标威胁系数A为1×3向量，定义两种武器的数目M为1×2向量。 应用实例：有3架敌机，价值分别为A1=3，A2=2，A3=5， 动态规划（DP）是运筹学的一个分支，是求解多阶段决策问题的最优化方法。在军事、科学管理、工程技术和工农业生产等多个领域中得到了广泛的应用，但在求解某些问题时，求解效率较低，而且计算复杂、步骤烦琐。 差分进化算法是一种并行的直接搜索算法，由Storn R和Price K于20世纪90年代在其所作的技术报告中提出。它本质上是一种基于实数编码的具有保优思想的贪婪遗传算法，具有易用性、稳健性和强大的全局寻优能力等优势，可对非线性不可微连续空间函数进行最小化，因而在多个领域取得了成功。 如今，计算机技术飞速发展，特别是内存容量和计算速度的迅猛增加，使以上两种求解方法在实际中的应用范围迅速扩大。本文从实际出发，通过建立实例数据模型，在计算机上利.com.cn. All Rights Reserved.用MATLAB进行仿真，对比分析两种求解算法的效率和优缺点，以此来检测DE算法的优越程度。 1 DE算法 微分进化算法的基本思想是：从种群中随机选择三个点，以其中一点为基础，另外两点作为参照，做一个扰动，所得点与种群中的个体i交叉后进行选择，保留较优者，实现种群的优化。 设待求问题为min，则DE算法描述如下。 f（x）n x∈R 第一步，初始化种群，输入种群各项参数，种群规模N，交叉概率Pc，交叉因子F∈（0，1），进化代数t=0，随机生成 ，L，XN（0）｝，其中，Xi（0）＝｛X1i初始种X（0）＝｛X1（0） （0），L，Xni（0）｝。 第二步，对种群中的每个个体进行评价，计算每个个体Xi（t） ）。 的目标值f（Xi（t） ［5］Sahin O，Kivrak H.A comparative study of electrochemical methods on Pt-Ru DMFC anode catalysts：The effect of Ru addition［J］.Int J Hydrogen Energy，2013，38（2）. ［6］徐帅.用于直接甲醇燃料电池的新型侧链型阴离子交换膜材 料的制备与性能研究［D］.长春：吉林大学，2013. ［7］衣宝廉.燃料电池——高效，环境友好的发电方式［M］. 北京：化学工业出版社，2000. 〔编辑：白洁〕 Research on PVA Modified ion Exchange Membrane Permeability to Ethanol Hou Shujin, Zhao Shihuai, Yin Jing, Wang Wenke, Zhang Xuping Abstract: Preparation of TEOS (TEOS) / glutaraldehyde (GA) crosslinking hybrid-modified polyvinyl alcohol (PVA), as a fuel cell (ADEFC) anion exchange membranes were tested at different temperatures under PVA / TEOS / GA hybrid ethanol permeability of the membrane. The results showed that the hybrid membrane has good alcohol resistance performance, penetration of ethanol in the 1 × 10-8 ~ 4 × 10-8 cm2 / s range, is 1% pure PVA film, and excellent resistance alcoholic in Nafion membranes and other ion exchange membranes. Key words: polyvinyl alcohol; TEOS; anion exchange membrane; methanol permeability ·13· 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容