Получение и физико-химические свойства протонообменных мембран на основе фторированных полимеров

• Автор: Сангинов, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Содержание

Список сокращений

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. ПОМ функции и требования.

1.2. Перфторированные мембраны типа Нафион

1.2.1. Синтез алкильных и ароматических мономеров и полимеров на их основе

1.2.2. Транспортные и химические свойства мембран Нафион

1.2.3. Модели строения мембран Нафион.

1.2.4. Механизмы протонной проводимости.

1.2.5. Основные недостатки мембран Нафион.

1.2.6. Модифицирование мембран Нафион неорганическими и полимерными компонентами
1.3. Сульфированные привитые сополимеры.
1.4. Сульфированные ароматические полимеры
1.5. Фосфорилированные полимеры.
1.6. Мембраны на основе полимеров и низкомолекулярных кислот
1.7. Области применения протонообменных мембран.
1.7.1. Электролиз и электродиализ.
1.7.2. Топливные элементы.
1.7.3. Сенсоры
1.7.4. Ионисторы
1.7.5. Органический синтез
Глава 2. Получение и исследование образцов и методики эксперимента
2.1. Исходные материалы и реактивы
2.2. Методики получения и модифицирования мембран.
2.2.1. Допирование мембран МФ4СК углеродной фазой путем уинициированной прививки винилидснхлорида
2.2.2. Методика модифицирования мембран МФ4СК углеродной фазой путем УФинициированной прививки винилиденхлорида.
2.2.3. Методика допирования углеродной фазой поверхностных слоев мембран МФ4СК
2.2.4. Методика модифицирования мембран МФ4СК поливиниловым спиртом.
2.2.5. Методика модифицирования мембран МФ4СК полиакриловой кислотой
2.2.6. Методика модифицирования пленок Г1ВДФ сульфированным
полистиролом.
2.3. Методики исследования мембран
2.3.1. Подготовка мембран к исследованиям.
2.3.2. Регистрация спектров ЯМР.
2.3.3. Определение обменной емкости протоипроводящих мембран
2.3.4. Исследование термической стабильности
2.3.5. Ж спектроскопия
2.3.6. Оптическая микроскопия.
2.3.7. Определение содержания воды в мембранах
2.3.8. Определение протонной проводимости мембран.
2.3.9. Измерение коэффициентов самодиффузии воды в мембранах
2.3 Определение коэффициентов проницаемости воды и метанола.
2.3 Определение коэффициента проницаемости водорода.
2.3 Определение физикомеханических свойств мембран.
Глава 3. Модифицирование протоипроводящих перфорированных мембран МФ4СК путем инициированной прививки виниловых мономеров
3.1. Допирование мембран МФ4СК углеродной фазой
3.1.1. Модифицирование мембран путем у инициированной прививки
3.1.2. Поверхностное уинициируемое модифицирование мембран УГФ
3.1.3. УФ инициированная прививка винилиденхлорида.
3.2. Допирование мембран МФ4СК гидрофильными полимерами
3.2.1. Мембраны МФ4СК с привитым поливиниловым спиртом.
3.2.2. Мембраны МФ4СК с привитой полиакриловой кислотой.
Глава 4. Получение и свойства сульфированных мембран на основе ГГОДФ
4.1. Синтез модифицированных мембран.
4.2. Транспортные свойства мембран.
Выводы.
Список литературы


Москва, , Пятая Российская конференция Физические проблемы водородной энергетики г. СанктПетербург, , 9 Ii i i ii г. Рига, Латвия, . Публикации. Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 2 страницах, включает рисунка, таблиц. Список литературы содержит 0 ссылок. Глава 1. Исследования в области синтеза и изучения свойств протонообменных мембран на основе полимерных ионпроводящих материалов занимают все большее место в ионике твердого тела. Актуальность этой проблемы связана как с решением фундаментальной проблемы выяснением особенности протонного транспорта в твердых телах, так и с перспективами практического применения таких материалов в различных электрохимических устройствах. Области практического применения ПОМ накладывают к исследуемым материалам специфические требования, определяемые выполняемыми ими функциями при работе в электрохимических устройствах. Общей и основной их функцией является перенос катиона с одной стороны мембраны на другую. Так, например, в водородновоздушных топливных элементах через мембрану осуществляется транспорт протонов, образовавшихся в результате ионизации водорода на аноде, в катодную область, а в процессах электролиза и электродиализа осуществляется перенос катионов, находящихся в электролите. Исходя из этого, определяется основное требование к ПОМ высокая ионная проводимость. Удельная протонная проводимость выше 2 Смсм 1 считается достаточной для использования в ТЭ. Так как в идеале работа ТЭ, как и других электрохимических устройств, должна происходить в условиях значительных колебаний температуры и влажности как топлива, так и окислителя, желательно, чтобы эффективный протонный перенос происходил в широком диапазоне условий. Во избежание электрических потерь, электронная составляющая проводимости должна быть минимальной как минимум на 2 3 порядка ниже, чем ионная составляющая при использовании их в составе ТЭ. В процессах электролиза и электродиализа кроме ионной проводимости важным параметром мембран является таюке их селективность к катионному переносу. Другой функцией мембран является разделение катодной и анодной областей электрохимических устройств, что позволяет предотвращать взаимодействие либо подходящих реагентов например, водорода и кислорода на электродах в ТЭ либо продуктов реакции например, хлора с водородом и ОН при электролизе раствора С1. Кроме того, ПОМ для ТЭ должны обладать низкой газопроницаемостью по подводящим газам, что особенно важно в случае использования водорода и окислителя кислород или воздух под повышенным давлением. Проникание топлива, в частности водорода в катодную область эквивалентно току утечки, поэтому его следует минимизировать в целях повышения КПД ТЭ. Высокая проницаемость другого топлива, метанола, через ПОМ в настоящее время является одним из препятствий, ограничивающее практическое применение полимерных мембран, в первую очередь перфорированных мембран типа Нафион, в метанольных ТЭ. Требуемая проницаемость по метанолу составляет меньше чем 6 мольминсм2 2. Ситуация в случае использования в качестве топлива метанола, кроме снижения КПД устройства, усугубляется высокой токсичностью метанола. Поэтому достижение низких значений проницаемости мембран но метанолу в настоящее время является одной из актуальных задач в области создания новых ПОМ. Поскольку в электрохимических устройствах часто эксплуатация мембран происходит в агрессивных средах например, в ТЭ это образующиеся на катоде в результате побочной реакции чрезвычайно химически активные перекись водорода и радикальные формы кислорода, к мембранам накладывается еще одно требование в виде высокой химической стабильности стабильность к окислению, а также к гидролизу. Во время работы ТЭ происходит образование воды, которая частично поглощается мембраной, что приводит к ее набуханию. Этот процесс наиболее выражен при использовании насыщенного водой воздуха.