Структура транспортных каналов и электрохимические свойства модифицированных ионообменных мембран

• Автор: Черняева, Мария Александровна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 156 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Взаимосвязь транспортных и структурных свойств модифицированных ионообменных мембран

1.1 Структурная организация ионообменных мембран и ее влияние

на транспортные свойства

1.2 Состояние воды в мембранах

1.3 Методы исследования структуры мембранных материалов

1.4 Модельные подходы к определению структурных параметров ионообменных мембран.

1.5 Модифицирование ионообменных мембран

1.5.1 Модифицирование органическими веществами.

1.5.2 Модифицирование электроактивными полимерами

1.5.3 Композиционные материалы.
1.5.4 Гибридные материалы
1.5.5 Получение металлокомпозитов на основе
перфорированных мембран и дисперсии платины
2 Объекты и методы экспериментального исследования.
2.1 Объекты исследования и их физикохимические характеристики.
2.2 Методы исследования электротранспортных характеристик
2.3 Метод контактной эталонной порометрии для исследования структуры мембран
3 Структурные и транспортные характеристики мембранных материалов
3.1 Влияние природы полимерной матрицы на структуру транспортных каналов в мембранах.
3.2 Особенности структурной организации композиционных волокнистых мембран Пол и кон
3.3 Влияние пористой структуры на селективность ионообменных мембран.
4 Модифицированные перфторированные мембраны.
4.1 Влияние технологии изготовления и способов кондиционирования на распределение воды в структуре перфторированных мембран
4.2 Роль армирующей ткани в формировании транспортных каналов
4.3 Влияние органических растворителей на структурные характеристики и пути протекания тока в перфторированных мембранах
4.4 Композитные мембраны на основе МФ4СК и полианилина
4.4.1 Объмное модифицирование
4.4.2 Поверхностное модифицирование.
4.5 Гибридные мембраны на основе мембран МФ4СК и
кислого фосфата циркония
5 Получение и характеризация композитов на основе мембраны
МФ4СК и дисперсии платины.
5.1 Синтез платины в матрице перфорированной мембраны
МФ4СК
5.2 Изучение морфологии поверхности композитных мембран МФ4СКР1
5.3 Распределение воды в структуре металлополимерных
композитов
5.4 Электротранспортные свойства композитов МФ4СКЛЧ
5.5 Общие закономерности в изменении структурных характеристик перфторированных мембран при введении в полимерную матрицу различных модифицирующих компонентов.
Выводы.
Список использованных источников


Однако для модифицированных мембран систематического исследования транспортных и структурных свойств не проводилось, хотя при создании новых высокоселективных ионообменных материалов с заданными свойствами информация о взаимосвязи между электрохимическими свойствами мембран, их химическим строением и структурой транспортных каналов является необходимой. Основные особенности структурной организации ионообменных мембран заключаются в том, что они являются многофазными системами в результате объединения в полимерной композиции полярных и неполярных компонентов при изготовлении, а также в различной степени гидратации этих компонентов при набухании в воде или равновесном растворе электролиза. Контакт с водой или раствором электролита формирует рабочее состояние мембранной структуры. Под структурой полимерных материалов понимают взаимное расположение макромолекул в пространстве, внутреннее строение структурных элементов, характер взаимосвязи между ними. В понятие структуры также следует включить степень сшивки ионитов, характер распределения ионогенных групп по объему, флуктуации плотности, которые имеются в любом материале вследствие наличия расстояния между молекулами и более крупными надмолекулярными участками 8, . При рассмотрении структурной организации мембран важным понятием является их пористость , , несмотря на то, что мембраны не относятся к типичным пористым телам. Впервые представления о порах в ионитах были введены Шлеглем 2. Под общей пористостью понимают объм пор в единице объма мембраны. Термин пора является условным понятием при обсуждении структурных свойств гелевых ионитов и имеет смысл некоторого среднестатистического размера каналов или полостей, беспорядочно распределенных в трехмерном полимерном каркасе. Многочисленные данные , , , свидетельствуют о пористой структуре ионообменных мембран. Однако распределение пор по радиусам неравномерно вследствие стремления к ассоциациям участков с гидрофобными полимерными цепями, с одной стороны, и гидрофильными участками содержащих функциональные группы с другой стороны. Размер пор является практически важной характеристикой мембранных и сорбционных материалов. Классификация Дубинина, основанная на механизмах, протекаю
щих в порах адсорбционных и капиллярных явлений, позволяет выделить следующие разновидности пор в сорбентах микропоры радиусом 0,60,7 нм супермикропоры радиусом от 0,60,7 до 1,5 нм мезопоры радиусом от 1,5 до 00 нм и макропоры радиусом более 00 нм . Для ионообменных материалов и исходных сополимеров подобная классификация предложена Мулдером , при этом выделяются микропоры с радиусом до 2 нм, мезопоры от 2 до нм и макропоры с радиусом более нм. Поры мембран, содержащих гидрофильные функциональные группировки, склонны к гидратации. В сухих гомогенных ионообменных мембранах нафион и МФ4СК практически отсутствует пористость. Процесс набухания мембран в воде, сопровождающийся образованием пор, обусловлен гидратацией ионогенных групп. Эти мембраны имеют различное расположение и количество фторированных и сульфированных участков полимерной цепи. Плнки из таких полимеров имеют глобулярную структуру и содержат достаточно большое количество полостей, возникшее изза отталкивания электроотрицательных групп. В водной среде эти полости вследствие взаимодействия с гидрофильными 3 фрагментами заполняются значительным количеством воды , , , 5, 7. Образование разветвлнных водородных связей в кластерах, содержащих функциональные группы и молекулы воды, приводит к дополнительному укрупнению кластеров. В литературе широко цитируются модель предложенная Гирке 47. В соответствии с этой моделью, по периферии кластера, имеющего сферическую форму, расположены фиксированные ионы. Внутренний объем кластера заполнен водным раствором, содержащим противоионы, образующиеся при диссоциации функциональных групп. Противоионы нейтрализуют заряд фиксированных ионов, образуя вместе с ними двойной электрический слой. При переводе мембраны из сухого состояния в набухшее с содержанием воды до масс. В результате гидратированный кластер приобретает вид вывернутой наизнанку мицеллы рисунок 1, а. В настоящее время продолжаются интенсивные исследования структурных особенностей перфорированных мембран и предлагаются новые модели их строения.