تهیه و بررسی خواص غشاهای پلیمری پیل سوختی بر پایه پلی اتر سولفون ها و پلی اتر کتون های سولفون‌دار شده و کامپوزیت های مربوطه

پایان نامه: تهیه و بررسی خواص غشاهای پلیمری پیل سوختی بر پایه پلی اتر سولفون ها و پلی اتر کتون های سولفون‌دار شده و کامپوزیت های مربوطه

اساتید راهنما: مسعود اسفنده، شهرام مهدی پور عطایی

دانشجوی دکتری: مریم اروج زاده

پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

 

این پروژه با هدف تهیه غشاهای پلی اتر کتونی و پلی اتر سولفونی به عنوان غشای تبادل پروتونی به منظور جایگزینی نفیون در پیل های سوختی انجام شد. پروژه در پنج بخش به انجام رسید. در بخش اول کو پلی اتر کتون های سولفونه به روش پلیمریزاسیون تراکمی سنتز شدند. از دو مونومر بیس فنول P و M به این منظور استفاده شد. پس از تهیه غشاها به روش قالب گیری محلولی، خواص مربوطه مورد بررسی قرار گرفت.

بخش دوم پروژه به سنتز کو پلی اتر سولفونه های سولفونه اختصاص داشت. در این بخش نیز از دو مونومر بیس فنول P و M برای تهیه غشاها استفاده شد و روش قالب گیری محلولی به منظور تهیه غشاها استفاده شد و خواص غشاهای به دست آمده مورد بررسی قرار گرفت. همانند بخش اول پروژه در این بخش نیز به مقایسه نتایج به دست آمده از دو ساختار بیس فنول پرداخته شد.

نتایج به دست آمده نشان داد غشاهای حاصل از بیس فنول P خواص مناسب تری در هر دو بخش نشان دادند. در سه بخش بعدی پروژه به منظور دستیابی به هدایت پروتونی مناسب تر و ایجاد ساختارهایی با فازهای آب دوست و آب گریز مشخص و جدا از هم از روش الکتروریسی همزمان استفاده شد. به این منظور دو پلیمر کاملا سولفونه و غیر سولفونه در هر بخش سنتز شدند و پس از تهیه محلول هایی با غلظت مناسب فرایند الکتروریسی همزمان انجام شد.

در بخش سوم پروژه از دو پلی اتر کتون کاملا سولفونه و غیر سولفونه برای تهیه غشاها استفاده شد. پس از طی مراحل آماده سازی، غشاهایی متشکل از الیاف پلی اتر کتون سولفونه و ماتریس پلی اتر کتون غیر سولفونه به دست آمد. در بخش چهارم غشاهای آمیزه ای نانو کامپوزیتی متشکل از نانو ذرات سپیولایت، الیاف پلی اتر کتون سولفونه و ماتریس پلی اتر سولفون غیر سولفونه تهیه شدند. برای جلوگیری از اثرات سدی نانو ذرات سپیولایت که منجر به کاهش هدایت پروتونی غشاها می شود این نانو ذرات فقط در الیاف پلی اتر سولفون غیر سولفونه که ماتریس غشاهای نهایی را تشکیل می داد وارد شدند.

در بخش پنجم و نهایی پروژه باز هم به روش الکتروریسی همزمان پلی اتر کتون های سولفونه و غیر سولفونه غشاهایی ناهمسانگرد تهیه شدند که چگالی حضور الیاف سولفونه از سطح به مرکز غشا افزایش می یافت. پس از انجام آزمون های مربوطه برای غشاهای حاصل از روش الکتروریسی، نتایج به دست آمده نشان داد که استفاده از این روش منجر به تهیه غشاهایی می شود که به دلیل جدایی فازهای آب دوست و آب گریز هدایت پروتونی به مراتب بهتری نسبت به غشاهای حاصل از دو بخش اول پروژه نشان می دهند.

نتایج آزمون ها نشان داد که افزودن نانو ذرات سپیولایت به ماتریس پلیمری غیر سولفونه از آنجا که هیچ اختلالی در حرکت پروتون ها ایجاد نمی کند هیچ گونه اثر منفی بر روی هدایت پروتونی غشاهای نهایی ندارد. ضمن اینکه آزمون های انجام شده نشان دادند برای داشتن خواص بهینه در غشاهای تبادل پروتونی بهتر است توزیع یکنواختی از الیاف پلیمر سولفونه در ماتریس غیر سولفونه وجود داشته باشد. بنابراین غشاهای ناهمسانگرد به دست آمده از بخش پنجم پروژه نسبت به دیگر غشاهای الکتروریسی شده خواص چندان مناسبی نشان ندادند.

اگرچه این غشاها همچنان نسبت به غشاهای به دست آمده از کوپلیمرهای تصادفی ساخته شده در دو بخش اول و دوم پروژه خواص بهتری نشان دادند. نتیجه گیری کلی اینکه استفاده از روش الکتروریسی منجر به غشاهایی با هدایت پروتونی و خواص مناسب تر می شود.