Структурные и электротранспортные характеристики перфторированных катионообменных мембран в растворах 1:1 зарядных электролитов

• Автор: Киприанова, Анастасия Андреевна
• Шифр специальности: 02.00.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 223 с. : ил.

Содержание.
Введение.

Глава I. Обзор литературы.

1.1. Синтез перфорированных катионообменных мембран.

1.2. Общие представления о структуре сухих и влагонасыщенных перфорированных катионообменных мембран.

1.3. Равновесные характеристики перфорированных катионообменных мембран.

1.4. Электротрансиортные характеристики перфорированных катионообменных мембран и зависимость их от условий синтеза, влагосмкостн и природы противоиона.
1.5. Массопсренос через ионообменные мембраны в постоянном электрическом поле и концентрационная поляризация.

Глава И. Объекты исследования и методики эксперимента.

.1. Объекты исследования.

.2. Методики эксперимента.

Глава III. Экспериментальные результаты и их обсуждение. .
1.1. мкость обмена иерфторированных мембран с сульфо и карбоксильными группами.
1.2. Влагосодержанис мембран с сульфонатными и карбоксильными группами.
1.3. Электропроводность иерфторированных мембран с сульфонатными и карбоксильными группами.
1.4. Числа переноса противоионов в перфорированных мембранах с сульфо и карбоксильными группами.
1.5. Углы смачивания фторопластовой пленки и перфорированных сульфокатиопитовых мембран растворами электролитов.
1.6. Расчет электрохимических характеристик перфорированных катионообменных мембран из экспериментальных данных.
1.7. Поляризация мембранной системы во внешнем электрическом ноле. 6 Выводы.
Приложения.
Список литературы


В работе было установлено, что межмолекулярное расстояние в кристаллической фазе сополимера уменьшается при увеличении молекулярной массы, то есть при уменьшении числа разветвлений, приближаясь к значению 0. ПТФЭ при комнатной температуре. Совокупность приведенных в этих работах результатов позволила предположить, что кристаллическая решетка сополимера и мембраны являются, по сути, кристаллической решеткой ПТФЭ с большими нарушениями упаковки. Гидролиз практически не влиял на параметры кристаллической решетки сополимера, и во всех ориентированных образцах наблюдалась тенденция к увеличению расстояний по сравнению с изотропными образцами. Звенья второго компонента, повидимому, располагаются на границах кристаллических областей и в аморфной фазе, создавая напряжения, искажающие кристаллическую решетку. Таким образом, изученные образцы нсгидролизованный сополимер и ионообменная мембрана представляют собой аморфную матрицу с включениями кристаллических областей от 3 8 об. При таких низких значениях степени кристалличности свойства мембраны как ионообменника будут, в основном, определяться строением аморфной матрицы. ПТФЭ, распределенные в матрице случайным или регулярным образом, в зависимости от условий сополимеризации, выполняют функции армирующих включений, определяя механические свойства перфорированных мембран. Трансмембранный перенос ионов и молекул происходит по системе субмикроканалов аморфных фрагментов. Кластерноканальная модель Гиркс не могла объяснить эти новые результаты, полученные методом рентгеновского рассеяния, а также результаты, полученные при использовании мессбауэровской спектроскопии, ЯМР и ЭПР и др. Для объяснения полученных результатов было предложена канальная модель структуры аморфной части перфторуглероднон мембраны 4, . В ней учитывается аналогия с гребнеобразными полимерами и предполагается, что ответвления гребни в сополимере могут образовывать периодическую слоевую структуру, формируя таким образом систему проводящих пор каналов с расстоянием между стенками 34 им. В развитие этой модели Товбин и Васюткин предложили трехмерную структурную модель с двумя видами пор. Более крупные щслевидиыс поры ширина щели 35 нм увеличивается с ростом влагосодержания образованы плотноупакованными цепями полимера. Линейные размеры таких пор составляют нм и 5 нм. Регулярная упаковка цепей, образующих стенки щелсвидных пор, периодически нарушается переходными областями, характеризующимися изгибами и переплетениями цепей. Эти переходные области можно представить как наборы цилиндрических пор, образованных фрагментами изгибающихся цепей полимера с характерным диаметром 1. Длина переходной области 2 нм рис. Авторы трактуют эту модель как замену сферических ассоциатов на периодические бислоевые структуры с сохранением характерных размеров . Рисунок 1 Трехмерная модель аморфной масти нерфторуглеродмой мембраны . Схема фрагмента аморфной части нерфторированной сульфокатионитовой мембраны, предложенная на основе проведенных исследований, представлена на рисунке . I 4. I, и 1г по данным ДЭЯР и ЯМР релаксации А по данным эталонной лоромстрнн и ДЭЯР. Повидимому, молекулы воды в таких гидратных оболочках структурированы как это имеет место в субтонких слоях жидкости толщиной 1 нм вблизи гидрофильных поверхностей. По этой причине переход ионов от одной ионогенной группы к другой связан не только с преодолением энергетических барьеров, но и с перестройкой структуры гидратированных ионных комплексов. Количество иопсодсржащего сополимера в иономсрс, вид ионогениой группы и сорт противоиона определяют как состояние воды в перфорированных катионообменных мембранах с сульфо и карбоксильными группами, так и в значительной мере определяют функциональные свойства этих мембран 24, И, , . Молекулы воды группируются в мембране, главным образом, около ионогенных групп и противоионов. Однако, взаимодействие гидрофобных фрагментов ионообменного полимера с молекулами воды может обусловливать появление новых характерных состояний воды в мембране, влияющих на кинетику ионных перескоков между смежными функциональными группами условиях функционирования мембраны.