15731

15731

تهيه غشاي نانوكامپوزيت نفيان براي كاربرد در پيل سوختي هيدروژني

كارشناسي ارشد

فرآيندهاي جداسازي

بهمن ماه 1394

بهمن ماه 1394

دكتر سوسن روشن‌ضمير

شيمي

چكيده با توجه به نياز روزافزون به الكتريسيته و كاهش سوخت‌هاي فسيلي، محققان به دنبال روش‌هاي جايگزيني براي توليد انرژي الكتريكي هستند. پيل‌هاي سوختي يكي از بهترين روش‌هاي جايگزين در اين زمينه هستند. پيل‌هاي سوختي هيدروژني داراي دانسيته توان بالايي هستند. از همين رو در كاربردهاي مختلفي مي‌توان از آن‌ها استفاده كرد. اين نوع از پيل‌هاي سوختي از يك الكتروليت پليمري (غشاء) براي انتقال پروتون بهره مي‌برند. مشخصات عملكردي و دوام اين غشاها تأثير بسياري بر روي عملكرد غشاها خواهد داشت. رايج‌ترين غشاي استفاده‌شده، غشاي نفيان است. از معايب غشاي نفيان مي‌توان به دماي محدود عملياتي و هزينه بالا اشاره كرد. به دليل هزينه بالاي محلول نفيان براي ساخت غشاهاي نانو كامپوزيت تصميم برآن شد كه محلول نفيان از غشاهاي تجاري نفيان مستعمل و استفاده‌شده بازيابي شود.در شروعاز غشاهاي نو نفيان 117 براي بازيابي و توليد محلول نفيان استفاده شد.براي بازيابي از سه روش استفاده شد.بعد از تهيه محلول نفيان از هر سه روش، غشاهاي نفيانبا روش قالب‌گيري به ضخامت 130-110 تهيه گرديد. آزمون‌هاي هدايت، ميزان جذب آب، تورم، ميزان ظرفيت تبادل يون، پايداري شيميايي و استحكام مكانيكي انجام شد. بر اساس نتايج آزمون‌هايكي از روش‌هاي قالب‌ريزي مجددانتخاب گرديد. روش انتخابي بر روي غشاهاي مستعمل كه قبلاً براي تهيه مجموعه الكترود- غشا استفاده‌شده بودند نيز انجام شد. نتايج ساخت غشا از بازيابي غشاهاي مستعمل نيزبسيار خوب بود و تفاوت معناداري باغشاهاي سنتز شده از بازيابي و قالب‌ريزي مجدد غشاهاي نو نداشت. به‌عنوان‌مثال تنش نهايي غشاي بازيافت شده (Mpa16.2) در مقابل غشاهاي بازيابي‌شده از غشاي نو (Mpa 17.3) تنها 5% افت داشت. نانو ذرات زيركونيا زيركونيل نيترات شش آبه و سوربيتول با روش سنتز احتراقي محلول سنتز گرديد و با روش XRD مورد ارزيابي قرار گرفت. در ادامه به‌منظور بررسي تأثير افزودن نانو ذرات زيركونيا بر روي دوام شيميايي غشاي نفيان، غشاهاي نانوكامپوزيتي نفيان-زيركونيا با به‌كارگيريروش انتخابي قالب‌ريزي مجدد ساخته شده‌اند. مقادير درصد وزني غشاهاي نفيان زيركونيا به‌صورت 2.5%، 5% و 7.5% انتخاب شده است. نتايج حاصل از آزمون‌هاي هدايت، استحكام مكانيكي و فنتون نشان دادند كه نانو ذرات زيركونيا توانسته‌اند مشخصات غشاهاي موردنظر را به‌صورتقابل‌توجهي بهبود دهند. به‌طوري‌كه با افزودن 5% نانو ذرات زيركونيا، مقدار افت وزني غشاي نفيان در آزمون فنتون از 10.4% به 2.4% كاهش يافت. مشخصات ديگر غشاهاي نانوكامپوزيتي (از قبيل هدايت) به‌صورتقابل‌توجهي بهبود يافتند. به‌عنوان‌مثال هدايت غشاي نفيان در دماي C°100 از mS/cm 31 (نفيان خالص) تا mS/cm 50 (نفيان-زيركونيا 5%) افزايش يافت. طبق نتايج حاصل مي‌توان گفت در ميان غشاهاي نانوكامپوزيتي، غشاي حاوي 5% نانوذره غشاي بهينه است. در اين تحقيق در كنار هدف اصلي كه بررسي خواص هدايت و دوام غشا نانوكامپوزيت نفيان بود، روشي مناسب براي بازيابي غشاهاي مستعمل با استفاده از فناوري هيدروترمال حاصل شد. واژه‌هاي كليدي: نفيان، نانو ذرات زيركونيا، غشاي نانوكامپوزيت، پيل سوختي هيدروژني، بازيافت نفيان