Пошук академічних текстів

Інформація × Реєстраційний номер 0825U000536, Дисертація доктора філософії На здобуття Доктор філософії Дата захисту 05-10-2022 Статус Захищена Назва роботи Полімерні і гібридні неоргано/органічні мембрани з протонопровідними і іоно-обмінними властивостями Здобувач Жигайло Марія Михайлівна, Керівник ЄВЧУК Ірина Юріївна Опонент Аксіментьєва Олена Ігорівна Опонент Самарик Володимир Ярославович Опонент Жильцова Світлана Віталіївна Рецензент Покуца Олександр Петрович Опис Дисертаційна робота присвячена розробленню нових типів функціональних полімерних і гібридних неоргано/органічних матеріалів методом УФ-ініційованої полімеризації, який є перспективним завдяки високій продуктивності та екологічності. Для забезпечення матеріалу функції протонної провідності до складу полімеризаційної суміші вводять мономери, що містять протонодонорні сульфо- і карбоксильні групи. Зшиту структуру кополімерів забезпечує зшивальний агент. Морфологічна організація мембран включає канали транспортування протонів, які формуються через фазове розділення між гідрофобним полімерним ланцюгом і гідрофільними сульфогрупами. Для синтезу гібридних неоргано/органічних мембран застосовано підхід, пов’язаний із хімічним зв’язуванням неорганічного і органічного компонентів нанокомпозита. З цією метою використано золь-гелевий прекурсор 3-метакрилоксипропілтриметоксисилан, до складу якого входить акрилатний фрагмент, що впроваджується у полімерний ланцюг, кополімеризуючись з іншими мономерами, і метоксисилільні групи, які у процесі золь-гель перетворення формують кремнеземну мережу, яка додатково зшиває нанокомпозит. Золь-гель прекурсор тетраетоксисилан, який також використовується у синтезах, співконденсується з МАПТМС. Золь-гель реакції конденсації гідролізованих прекурсорів проходять під час полімеризації мономерів in situ. Таким чином, формується неоргано/органічна просторово зшита структура гібридного матеріалу з розгалуженою мережею протонопровідних каналів. З використанням описаної стратегії синтезовано декілька типів мембран на основі акрилових та вінілового мономера: полі(акрилонітрил-ко-2-акриламідо-2-метилпропансульфонова кислота-ко-акрилова кислота-ко-метиленбісакриламід), полі(акрилонітрил-ко-стиренсульфонат натрію-ко-акрилова кислота-ко- етиленгліколь диметакрилат), полі(акрилонітрил-ко-3-сульфопропілакрилат натрію-ко-етиленглікольдиметакрилат-ко-акрилова кислота), а також гібридні кремнеземно/полімерні мембрани з полімерними матрицями, до складу яких входить ще МАПТМС, та неорганічною складовою – кремнеземною сіткою, сформованою прекурсорами золь-гель процесу. Успішність проведених синтезів підтверджено ІЧ-спектроскопічними дослідженнями, ЕДР-аналізом, визначенням гель-фракції полімерів. СЕМ-зображення зразків мембран дозволили встановити їхню морфологію. Протонна провідність усіх типів синтезованих мембран є високою. Значення протонної провідності залежать від складу полімерної матриці і зростають в ряду полімерних мембран: полі(АН-ко-АМПС-ко-АК-ко-МБА) > полі(АН-ко-СПАК-ко-АК-ко-ЕГДМА) > полі(АН-ко-ССNa-ко-АК-ко-ЕГДМА). Тестування синтезованих мембран у паливному елементі показали, що протонна провідність мембран є функцією температури і часу експлуатації мембрани. Зі збільшенням температури значення протонної провідності зростає, що зумовлено термоактиваційним характером протонного переносу. Найкращий показник продемонструвала кремнеземно/полімерна мембрана SiO2/полі(АН-ко-АМПС-ко-АК-ко-МБА) – 4,6×10-2 См/cм, що співмірно із значенням протонної провідності мембрани Нафіон, яка є на даний час мембраною the state-of-the-art. Визначено термічні та механічні показники мембран, які є параметрами, що суттєво визначають продуктивність роботи мембрани у паливному елементі. Термічна деградація мембран проходить у кілька етапів, які визначаються наявністю функціональних груп у кополімері, а також вмістом неорганічного компонента: із введенням золь-гель систем кремневмісних прекурсорів, що формують кремнеземну сітку, пропорційно зростає термостабільність досліджуваних зразків. Важливо відзначити, що значення поглинання метанолу для усіх типів досліджуваних мембран є суттєво нижчими, ніж відповідні значення для мембран типу Нафіон, що визначає можливість їх використання у прямих метанольних паливних елементах. Досліджено адсорбційну здатність синтезованих полімерних і гібридних неоргано/органічних мембран типу полі(АН-ко-АМПС-ко-АК-ко-МБА) і SiO2/полі(АН-ко-АМПС-ко-АК-ко-МБА) з видалення іонів важких металів Со(II) і Ni(ІІ), яка складає 87 % для іонів Со(II) і 90 % для іонів Ni(ІІ). Нанопориста структура у кремнеземно/полімерних мембранах сприяє підвищенню ефективності адсорбції. Кінетика адсорбції проаналізована в рамках кінетичних моделей Лагергрена псевдо-першого і псевдо-другого порядків. Встановлено, що адсорбція металів краще описується рівнянням Лагергрена псевдо-другого порядку, що свідчить про іоно-обмінний механізм процесу. Таким чином, полімерні і гібридні кремнеземно/полімерні мембрани запропонованого складу перспективні як протонопровідні мембрани паливних елементів, а також як адсорбенти іонів важких металів з водних розчинів. Дата реєстрації 2025-02-13 Додано в НРАТ 2025-02-13 Закрити