Синтез новых полибензимидазолов для высокотемпературных топливных элементов на водороде

• Автор: Пономарев, Иван Игоревич
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность.

Цель работы

Задачи работы

Научная новизна

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1. Синтез полибензимидазолов

2. Методы синтеза замещениых полибензимидазолов

3. Способы введения фосфорильных групп в основную или боковую цепь полимеров .

4. Применение i реакций для химической модификации ПБИ.
Синтез нового мономера 3,3диамино4,4бис пдиэтоксифосфорилмстилфениламинодифс1илсульфона и полиЫ
арилбензимидазолов на его основе
Закономерности образования кардового полибензимидазола на основе 3,3,4,4тетрааминодифенилоксида и 3,3бисякарбоксифенилфталида
ПБИОФТ.
Синтез фосфонэтилировашюго кардового полибензимидазола ПБИОФТ
Функционализация ПБИОФТ с использованием реакций алкилирования и 1,3
диполярного присоединения i
Исследование работоспособности синтезированных ПБИ в макетах МЭБ.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
1. Методы исследований модельных соединений и полимеров
2. Синтез и очистка исходных соединений и растворителей
3. Синтез модельных соединений.
4. Синтез промежуточных соединений и мономеров
5. Синтез полимеров в среде ПФК и РИ
6. Получение плнок и мембран.
ВЫВОДЫ.ш
БЛАГОДАРНОСТИ
ЛИТЕРАТУРА


Используемые на сегодняшний день для синтеза высокомолекулярных ПБИ традиционные методы получения ПБИ в полифосфорной кислоте Г1ФК и реагенте Итона РИ смесь Р7О5 с МеБОзН имеют ряд недостатков и ограничений. Так, выбор конкретного растворителя для синтеза того или иного ПКИ ПФК или РИ часто зависит от химического строения используемых мономеров и является определяющим для получения высокомолекулярных, растворимых, пленко и волокнообразующих полимеров. Поэтому становится понятной необходимость исследований, направленных на модернизацию методов синтеза ПБИ, пригодных для использования при получении ППМ ТЭ. Весьма акгуальным, также, представляется поиск эффективных реакций полимераналогичных превращений высокомолекулярных, растворимых, пленкообразующих ПБИ с использованием доступных фосфорилирующих и алкилирующих агентов, которые потенциально могут использоваться для функпионализации ПБИ. Решению перечисленных выше проблем и посвящена настоящая работа. Данное исследование посвсщеио созданию новых мономеров и методов синтеза полибензимидазолов с фосфонатными и перфорированными группами для получения нового поколения высокотемпературных протон проводящих мембран и компонентов водородновоздушных топливных элементов, отвечающих современным требованиям, с использованием реакций полициклоконденсации и полимераналогичных превращений испытании новых мембран в реальных топливных ячейках. Синтез нового функционализированного Ыарилзамещенного тетрамина пригодного для получения на его основе новых ПБИ. Оптимизация условий синтеза ПБИОФТ. Синтез фосфор и фторсодержащих ПБИ методом полимераналогичных превращений. Изучение возможности использования модифицированных ПБИ в качестве компонентов мэмбранноэлектродных блоков МЭБ. Тестирование полученных полимерных материалов в МЭБ реальных высокотемпературных водородновоздушных топливных ячейках. Исследование возможности увеличения эксплуатационного ресурса МЭБ высокотемпературного водородновоздушного ТЭ. В настоящей работе впервые созданы новые типы фосфор и фторсодержащих ПБИ на основе новых мономеров и реакций полимераналогичных превращений высокомолекулярного, плеикообразующего матричного ПБИОФТ. Показана реальная возможность создания на основе синтезированных полимеров высокоэффективных, конкурентоспособных МЭБ и компонентов для высокотемпературных водородновоздушных ТЭ. Предложены и успешно опробованы новые оригинальные конструкции 7 и 9слойных МЭБ с повышенным эксплуатационным ресурсом. Полученные результаты сопоставимы с аналогичными показателями МЭБ СеИес Р фирмы ВАЗБ, а в некоторых случаях превосходят их. ПБА полибензазолы. ПГА полигетероарилены. ДЭВФ О. ИФК изофталевая кислота
ДАБ 3,3диаминобензидин ФПЭ фосфорсодержащий полиэлсктролит НРЦ напряжение разомкнутой цепи ГПХ гельпроникающая хроматография ММР молекулярномассовое распределение ЭХ эксклюзиоиная хроматография Мн. Наиболее широко используемым типом Г1ГА, для полимерных пронпроводящих мембран в комплексе с ФК, являются полибензимидазолы ПБИ 6, 7у 8, 9, . Наиболее сильно интерес к синтезу ПБИ развивался в гг. XX столетия. Однако, большинство существующих ограничений и трудностей, связанных с синтезом и переработкой этих полимеров, действуют и в настоящее время. Среди возможных путей создания термостойких полимеров наибольшее развитие получил поликондснсационный метод синтеза ПБИ, а именно, полициклоконденсация ПЦК. Двухстадийная ПЦК, первой стадией которой является низкотемпературное полиамидирование, а второй твердофазная полициклодегидратация форполимеров при температурах Н0С. Реакция восстановительной полигетероциклизации ВПГЦ, получившая значительное развитие благодаря работам В. В. Коршака и АЛ. Русанова с сотр. Вес эти процессы в большей или меньшей степени используются для получения нолибспзимидазолов. Синтез ПБИ по реакции Марвела заключается в сплавлении о,оЧцизамсщенпых ароматических тетрааминов с ароматическими дикарбоиовыми кислотами или их производными с последующей твердофазной термообработкой продуктов реакции в среде инертного газа или в вакууме но нижеприведенной схеме. ПБИ.