Транспортные свойства гибридных материалов на основе полимерных сульфокатионитовых мембран МФ-4СК и фосфатов циркония или инертных наполнителей

• Автор: Шалимов, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Общая теория ионного обмена

1.2. Ионная проводимость в твердых электролитах

1.3. Материалы, используемые для модификации мембран фосфаты циркония, углеродные нанотрубки, карбид кремния.

1.4. Строение и свойства ионообменных мембран

1.5. Модификация мембранных материалов и методы исследования полученных композитов

1.6. Устройство и принцип работы топливного элемента.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1 Исходные вещества и синтез исследуемых соединений

2.2. Методы исследования и характеристика полученных соединений
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.
3.1. Результаты изучения композитов на основе мембран МФ4СК, карбида кремния и углеродных нанотрубок
3.2. Результаты изучения мембран, модифицированных аморфным фосфатом циркония.
3.3. Результаты изучения мембран, модифицированных кислым фосфатом циркония.
3.3.1. Характеристика состава полученных образцов
3.3.2. Ионная проводимость в мембранах, модифицированных КФЦ
3.3.3. Исследования, выполненные методом ЯМР высокого разрешения на ядрах водорода и изотопов щелочных металлов, и методом ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля.
3.3.4. Транспорт ионов через мембраны, модифицированные КФЦ.
3.4. Результаты испытаний мембранных материалов в условиях работы
топливного элемента
4. ВЫВОДЫ
Литература


Ю. ИМЕТ РАН за проведение характеристики микроструктур образцов при помощи просвечивающей электронной микроскопии, к. Вересова А. Г. хим. МГУ за анализ микроструктуры образцов, содержащих кислый фосфат циркония, и анализ распределения элементов в модифицированных мембранах исследовалось методом электроннозондового рентгеноспектрального микроанализа с использованием сканирующего растрового электронного микроскопа, сотрудников ИПХФ РАН . Павлова и д. В.И. Волкова за. ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля для ядер Н, 7i, , I, к. Реброва А. И. ИНХС РАН за регистрацию спектров ЯМР высокого разрешения на ядрах Р и Р, Пинуса И. Ю. ИОНХ РАН за проведение исследований методом рентгенофазового анализа, сотрудников химического факультета МГУ за измерение механических свойств полимерных пленок, В. Г. Сергеева хим. МГУ за синтез углеродных нанотрубок, а также ИОНХ РАН Антипова . Севастьянова В. Г. за синтез наноразмерного карбида кремния. Обзор литературы. Общая теория ионного обмена. Ионный обмен имеет важное значение для ряда природных и производственных процессов 3, 4. Первое описание ионообменных реакций было проведено для глинистых минералов. Позже были получены синтетические ионообменные материалы аморфные алюмосиликаты натрия цеолиты, успешно применявшиеся для понижения жесткости воды 5. В тридцатые годы прошлого столетия им на смену пришли ионообменники на основе полимерной матрицы ионообменные смолы 6. Интерес к неорганическим сорбентам, в первую очередь, определяется их высокой селективностью и химической стабильностью 3, 7, 8. Особенно продуктивным оказывается извлечение с их помощью катионов тяжелых металлов, включая радиоактивные цезий и стронций. Использование твердых электролитов открывает широкие перспективы создания новых типов источников тока миниатюрных первичных элементов, аккумуляторов с высокими удельными характеристиками и высокоемких электролитических конденсаторов элементов для накопления энергии. Помимо этого, твердые электролиты могут найти применение в преобразователях информации и для создания ионселсктивных электродов 9. В первую очередь наше внимание привлекают композиционные мембранные материалы, содержащие неорганический и органический компоненты. Их специфические свойства определяются свойствами их составляющих и процессами взаимодействия, протекающими на границах раздела фаз. Для корректного понимания протекающих в них процессов необходимо рассмотреть свойства как органических мембранных материалов, так и содержащихся в них неорганических добавок. Представляет интерес сопоставление свойств данных объектов с композитами, сформированными на их основе. Клиарфильдом , были они исследованы и нашим коллективом , а в последнее время кислый фосфат циркония привлек внимание ученых всего мира еще и как основа для создания протонпроводящих композитов, о которых пойдет речь далее. Кристаллическая решетка твердых электролитов построена из ионов одного или нескольких сортов, тогда как другие ионы ионы проводимости статистически распределены по большому числу мест и образуют подобие ионной жидкости, пропитывающей кристалл. В некотором смысле можно провести аналогию между твердыми электролитами и металлами. И те, и другие обладают жестким ионным остовом, а электронной квазижидкости в металлах соответствует ионная квазижидкость в твердых электролитах. Интересно, что во многих случаях высокопроводящие ионные структуры образуются как промежуточные фазы между нормальными упорядоченными кристаллами и расплавленными солями. Таким образом, имеет место явление, которое можно рассматривать как раздельное плавление катионной и анионной иодрешеток. Фазовый переход от нормального кристалла к высокопроводящему сопровождается перестройкой одной из подрешеток например, анионной и плавлением другой например, катионной. Обычно в ионных кристаллах можно выделить один тип ионов, обладающих значительно большей подвижностью по сравнению с другими. В соответствии с этим твердые электролиты часто считают униполярными. Тем не менее, часть заряда может перещситься и носителями другого типа.