19815

۱۹۸۱۵

بررسي آزمايشگاهي بهبود دوام پليمرهاي آروماتيك سولفونه به عنوان غشاهاي تبادل پروتون پيل هاي سوختي به روش عمل آوري حرارتي

كارشناسي ارشد

طراحي فرايندهاي جداسازي

۹۴-۹۶

اسفند ۱۳۹۶

دكتر سوسن روشن ضمير

مهندسي شيمي، نفت و گاز

چكيده در بين انواع غشاهاي هيدروكربني، غشاهاي پلي اتر اتر كتون سولفونه بسيار مورد توجه بوده اند. براي استفاده از غشاهاي پلي اتر اتر كتون سولفونه، دوام و پايداري آنها بايد ارتقا يابد تا قابل رقابت با غشاهاي پرفلورينه نفيان باشند. براي بهبود دوام و پايداري، روش هاي سنتز نانوكامپوزيت، ازدياد اتصالات عرضي و ماتريس آميخته به كار مي روند. تحقيقات گسترده اي در جهان و در آزمايشگاه پيل سوختي دانشگاه جهت ارتقا دوام و پايداري با روش هاي افزودن نانو ذرات زيركونيا و استفاده از پلاتين-سزيم هترو پلي اسيد انجام شده است. در اين ميان ايجاد اتصالات عرضي در غشا با اصلاح حرارتي، كمتر مورد بررسي قرار گرفته است كه در اين پژوهش اين روش مورد توجه قرار گرفته است. ابتدا پليمر پلي اتر اتر كتون با درجه سولفوناسيون 5/93% تهيه گرديد. سه حلال دي متيل استاميد ، ان متيل پيروليدن و دي متيل سولفوكسيد ، بررسي شدند و به جهت بررسي ميزان حلال باقي ماده، حلال دي متيل سولفوكسيد انتخاب شد. طراحي آزمايش با در نظر گرفتن سه عامل موثر دما، زمان و حلال باقي مانده به روش پاسخ سطح صورت گرفت و 17 شرايط متفاوت عملياتي تعيين شد. تغييرات دما در بازه 130 تا 170 درجه سانتيگراد، حلال باقي مانده در بازه 20 تا 40 درصد و زمان 12 تا 36 ساعت تعيين شد. درصد اتصالات عرضي ايجاد شده در اين مرحله با استفاده از آزمون ظرفيت تبادل يوني محاسبه شد. براي بررسي عملكرد نمونه هاي غشايي آزمون هاي تعيين ظرفيت تبادل پروتوني با 3 تكرار، هدايت پروتوني با 4 تكرار، همچنين آزمون هاي ميان عبوري گاز هيدروژن و جذب آب انجام شد. نتايج نشان دهنده حداكثر كاهش هدايت پروتوني تا 85% ، كاهش جذب آب تا 75% و كاهش ميان عبوري گاز هيدوژن تا 64% بود. نتايج آزمون وزن سنجي حرارتي براي بررسي پايداري حرارتي، بيانگر پايداري بيشتر غشا داراي اتصالات عرضي بود. آزمون استحكام كششي با 3 تكرار براي بررسي پايداري مكانيكي صورت گرفت و داده ها حاكي از 5/4 برابر شدن مدول يانگ و5 /5 برابر شدن مقاومت كششي نهايي در نمونه هاي غشايي با بيشترين درصد اتصالات عرضي است. آزمون فنتون با 2 تكرار نشان داد كه پايداري غشا در بيشترين ميزان اتصالات عرضي به 177 برابر غشاهاي اصلاح نشده رسيد. نقطه بهينه حاصل از طراحي آزمايش، شرايط عملياتي اصلاح حرارتي با حلال باقي مانده 20% ، دماي C° 136 به مدت 24 ساعت پيشنهاد شد.

1397/10/03

Durability improvement of Sulfonated Aromatic Polymers for Proton-Exchange-membrane Fuel Cell with thermal treatment

3/20/2019 12:00:00 AM