بخشی از مقاله
سنتز پلیایمید سولفونه به عنوان غشای تبادل پروتون برای کاربرد در پیلهای سوختی
چکیده
غشاهای تبادل پروتون پیلهای سوختیٌ تکنولوژی امیدوار کنندهای برای تولید انرژی پاک بهشمار مـیایند.غشـاهای تبـادل پروتون مهمترین قسمت پیلهای سوختی بهشمار میآیند .محققان تمرکز خود را بر افزایش قابلیتهای این غشاهـا از جملـه :افزایش هدایت پروتون ،کاهش هدایت الکتریکی ،نفوذپذیری کم سوخت ،مقاومت گرمایی و مکانیکی بـالا،خواص مکـانیکی قابل قبول و هزینه کم در تولید این غشاها قرار داده اند .[1]
در این پژوهش در مرحله اول به سنتز پلی ایمید سولفونه جدید پرداخته شد و سپس برخی از خواص آن به عنوان غشـاهای تبادل پروتون در پیلهای سوختی بررسی شدند.پلی ایمید سنتزی سنتز شده از پیش ماده هـای : نفتـالن تتـرا کربوکسـیلیک دی انیدرید ٍ، 4،-4دیامینواستیلن-2،-2دیسولفونیکاسید َ، 4،امینو فنیل دیسولفید میباشد. که با نسبتهای 1:1:2 در این روش سنتزی با هم ترکیب شده اند .ساختار پلیمر سنتزی با ازمون ATR-IRمورد ارزیابی قرار گرفت .هم چنین از این پلیمر فیلمی برای بررسی خواص پایداری اب ،جذب آب،IEC ُوهمچنـین آزمـون الکتروشـیمیایی امپـدانس بـرای بررسـی هدایت پروتونی این غشاها در پیل سوختی تهیه شد .
کلمات کلیدی:پلیایمید سولفونه ،غشای تبادل پروتون ،پیل سوختی،هدایت پروتونی.
.1 مقدمه
در قرن بیست و یک بدلیل آلودگی های ناشی از استخراج پالایش و مصرف سوخت های فسیلی همچنین آسیبهای زیسـت محیطی جبران ناپذیر آنها نیاز به تحقیقات گسترده ای برای یافتن منابع تولید انرژی جدیدی احساس شـد . از جملـه آنهـا میتوان به پیلهای سوختی و سلولهای خورشیدی و.... اشاره کرد.[1]
1
1-1 پلی ایمیدهای آروماتیک سولفونه
پلی ایمید های آروماتیک بسته به خواصشان مانند مقاومت گرمـایی و شـیمیایی،خواص مکـانیکی قابـل توجـه ،ثابـت دی-الکتریک کم و خلوص ذاتی بالا کاربردهای متنوعی دارند .به عنوان موادی مناسب برای کاربردهای الکترونیک استفاده می-شوند .
متداول ترین روشی که در چند سال اخیر بکار گرفته شده روش ایمیدیزاسیون محلول میباشد.علت این امـر بـازدهی بـالا و بدست آوردن فیلم های عاری از تنش میباشد .اما لازمه این امر درک حدواسطی به نام پلی آمیک اسید است .
2-1 پلی آمیک اسید
پلیآمیک اسید نام حدواسطی است که از حمله نیتروژن نوکلئوفیل به گروه انیدریدی وباز شدن حلقه تشکیل میشـود کـه در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل 1 نمایش پلیآمیک اسید
-2بخش تجربی
1-2 مواد مصرفی
8،5،4،-1نفتالن تترا کربوکسیلیک دی انیدرید NTDA ،4،-4دیآمینو استیلن 2-،-2دیسولفونیک اسـید (DSDSA)، -4امینو فنیل دیسولفید ، متاکرزول ،تریاتیلامین، بنزوئیک اسید، استون ومتانول .
2-2 سنتز غشا
2
در بالن سه دهانه 250 میلیلیتری ابتدا 2 میلی مول دیامین سولفونه DSDSA به همراه 30 میلیلیتر از متاکرزول ریخته شد ،در دمای اتاق همراه با همزدن محلول قطره قطره تری اتیل آمین را می افـزاییم .در مرحلـه بعـد دمـا را تـا 80 درجـه سانتیگراد افزایش یافت و تحت جو نیتروژن به مدت 4 ساعت هم خورد.پس از ظاهر شدن رنگ پرتقالی شـفاف دمـا را بـه 40 درجه سانتیگراد کاهش داده و 2 میلیمول دیآمین غیرسولفونه ،4میلی مول NTDA،0.976 گرم بنزوئیـک اسـید را به محلول افزوده شد .محلول واکنش 4 ساعت در دمای 80 درجه سانتیگراد و 20 ساعت در دمای 180درجه سانتیگـراد تحت جو نیتروژن قرار داده شد .دما تا 50 درجه سانتیگراد کاهش یافت و در استون رسوب داده شد.
3-2 تهیه فیلم پلیایمیدی
1 گرم از پلیایمید سولفونه را برداشته و در 20 میلیلیتر متیلسولفوکسید ٌحل کرده و در قالب کسـتٍ مـیکنـیم .محلـول ویسکوز قالب گیری شده به مدت 24 ساعت در دمای 100 درجه سانتیگراد و 2 سـاعت 120 درجـه سـانتیگـراد جهـت خشک شدن در کوره قرار داده شد .
3 معرفی روشهای اندازهگیری
1-3 آزمون جذب آب َ
بخشی از غشا ی سنتز شده درون آون در دمای 100 درجه سانتیگراد به مـدت 12 سـاعت خشـک مـیشـود.پس از 12 ساعت غشا وزن شده و به مدت 24 ساعت درون ظرفی از آب مقطر قوطهور میشود .پس از 24 ساعت غشـا از آب درآورده میشود و وزن میشود .
با در دست داشتن وزن غشا در حالت خشک Wwو پس از جذب آب Wd و با استفاده از فرمول (1)میتـوان میـزان جـذب آب که به صورت درصد بیان میشود را محاسبه نمود .
WU= (Ww -Wd)/Wd *100% (1)
2-3 ظرفیت تبادل پروتونُ
ظرفیت تبادل پروتون بیانگر تعداد اکیوالان های یونهای مبادله شده در یک گرم از غشا در حالت خشک میباشد.اندازه-گیری این پارامتر توسط روش تیتراسیون صورت میگیرد .ابتدا غشا به مدت 24 ساعت درون محلول 1 مولار سدیم کلراید غوطهور میشود سپس غشا از محلول خارج و محلول با سود 0.01 مولار با معرف فنول فتالئین تیتر میشود .برای محاسبه IECاز رابطه (2)استفاده میکنیم.
IEC = M * VNaOH / Wdry (2)
4-3 اسپکتروسکوپی امپدانس شیمیایی
