15274

15274

بررسي تجربي دوام شيميايي غشاي نانوكامپوزيتي تبادل پروتون بر پايه ي پلي اتراتركتون

كارشناسي ارشد

فرآيندهاي جداسازي

آبان 1394

آبان 1394

دكتر سوسن روشن ضمير

شيمي

چكيده پلي¬اتر¬اتر¬كتون به عنوان يكي از پليمرهاي مستعد براي جايگزيني غشاهاي تجاري فلوئورينه در پيل¬هاي سوختي غشاي تبادل پروتون (PEMFC) شناخته شده ¬است. در اين پژوهش هدف تهيه¬ي غشاهاي نانوكامپوزيتي بر پايه¬ي پلي¬اتر¬اتر¬كتون سولفونه (SPEEK) و بهبود دوام شيميايي آن بوده ¬است. براي دستيابي به اين هدف ابتدا پليمر با عامل اسيد سولفوريك در حضور نيتروژن در دماي °C50 سولفونه شد. درجه¬ي سولفوناسيون با آزمون H-NMR و تيتراسيون برگشتي بدست آمده ¬است. نتايج آزمون H-NMR درجه¬ي سولفوناسيون 05/65 را نشان داده ¬است. غشاي پلي¬اتر¬اتر¬كتون سولفونه با روش قالب¬ريزي محلول با استفاده از حلال DMAc تهيه شد و خواص مختلف آن مورد بررسي قرار گرفت. در راستاي بهبود دوام، نانوذرات زيركونياي تهيه شده با استفاده از روش سنتز احتراقي مورد استفاده قرار گرفت. غشاهاي نانوكامپوزيتي با درصدهاي بارگذاري 5/2، 5، 5/7 و 10% با روش پخش نانوذرات در محلول پليمري و قالب¬ريزي محلول تهيه شدند. خواص الكتروشيميايي غشاها با آزمون¬هاي ظرفيت تبادل يون، هدايت پروتوني به روش طيف¬سنجي امپدانس الكتروشيميايي و جذب آب بررسي شدند. خواص ساختاري غشاهاي تهيه شده با تصاوير FESEM مورد بررسي قرار گرفت. همچنين ميزان پايداري غشاهاي تهيه شده توسط آزمون¬هاي دوام فيزيكي و شيميايي بررسي شد. آزمون¬هاي دوام فيزيكي شامل TGA ، استحكام كششي و پايداري در محيط آبي بوده و آزمون دوام شيميايي در محلول فنتون، بررسي شد. نتايج آزمون¬هاي فوق، بيانگر كاهش ظرفيت تبادل يون و هدايت پروتوني، افزايش جذب آب، بهبود پايداري حرارتي، بهبود استحكام مكانيكي و افزايش پايداري شيميايي با افزايش درصد نانوذرات بوده است. طي اين آزمون¬ها جذب آب در دماي محيط به اندازه¬ي 13%، استحكام مكانيكي نهايي به ميزان 18% و دوام شيميايي به ميزان 9/76% براي نمونه¬ي نانوكامپوزيتي با درصد بارگذاري 10%، افزايش داشته ¬است. نتايج بدست آمده نشان مي¬دهد كه غشاهاي نانوكامپوزيتي بر پايه¬ي SPEEK با استفاده از نانوذرات زيركونيا، پايداري شيميايي و خواص مكانيكي، حرارتي و الكتروشيميايي مطلوبي براي كاربرد در PEMFC دارند. واژه‌هاي كليدي: پيل سوختي غشاي تبادل پروتون، پلي¬اتر¬اتر¬كتون سولفونه، غشاي نانوكامپوزيتي، نانوذرات زيركونيا، دوام شيميايي