عنوان

تهیه و مطالعه پایداری شیمیایی غشاءهای نانوکامپوزیتی بر پایه نفیون

شماره

‭۱۶۱۱۷پ‬

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

تهیه و مطالعه پایداری شیمیایی غشاءهای نانوکامپوزیتی بر پایه نفیون

نام نخستين پديدآور

/مرتضی وطن‌پرست

نام ناشر، پخش کننده و غيره

: شیمی

تاریخ نشرو بخش و غیره

، ‮‭۱۳۹۵‬

متن يادداشت

چاپی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

دکتری

نظم درجات

شیمی‌فیزیک

زمان اعطا مدرک

‮‭۱۳۹۵/۱۱/۲۰‬

کسي که مدرک را اعطا کرده

تبریز

متن يادداشت

غشاءهای مبادله‌کننده یونی در فرآیندهای صنعتی مختلف مانند نمک‌زدایی از آب شور، به‌عنوان جداکننده در الکترولیز، در جداسازی مواد یونی از مواد غیر یونی، بازیافت اسید و باز از محلول اسیدی و بازی پسماند، در الکترودهای انتخابی یون پیل سوختی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند .پایداری غشاءهای مبادله‌کننده یون یکی از مسائل حیاتی در این کاربردها است .غالبا تخریب شیمیایی عامل اصلی محدود کننده طول عمر غشاءها می‌باشد .به‌طور کلی عامل تخریب شیمیایی عبارت از تشکیل و حضور رادیکال‌های آزاد و واکنش آن‌ها با غشاء است .نفیون نام تجاری نوعی از یونومرهای پرفلوئوروسولفونیک اسید است که در پیل‌های سوختی استفاده می‌شود .هدف اصلی این پژوهش افزایش پایداری شیمایی غشاء نفیون است .در این راستا غشاءهای نانوکامپوزیتی‮‭Nafion/SnO۲‬ ، ‮‭Nafion/ZrO۲‬ و ‮‭Nafion/SnO۲/SiO۲SO۳H‬ تهیه شدند .نانوذرات ‮‭ZrO۲‬ و ‮‭SnO۲‬ به ترتیب با استفاده از امواج فراصوت و روش هیدروترمال سنتز شدند .جذب آب، ظرفیت مبادله یون، هدایت پروتون و پایداری حرارتی غشاءهای تهیه شده بررسی شدند .نتایج نشان داد که هدایت پروتون در تمام غشاءهای نانوکامپوزیتی کمتر از غشاء نفیون خالص است .وجود نانوذرات ‮‭ZrO۲‬ و ‮‭SnO۲‬ پایداری حرارتی غشاء نفیون را بهبود نمی‌دهند، در حالی که وجود نانوذرات ‮‭Nafion/SnO۲/SiO۲SO۳H‬ در غشاء باعث افزایش پایداری حرارتی می‌شود .برای بررسی پایداری شیمیایی غشاءها از تست فنتون استفاده شد .میزان فلوراید آزاد شده و کاهش وزن در تمام غشاءهای نانوکامپوزیتی کمتر از غشاء نفیون خالص می‌باشد که نشان‌دهنده بهبود پایداری شیمیایی غشاءها است .همچنین میزان فلوراید آزاد شده در محلول تست فنتون برای غشاء نانوکامپوزیتی ‮‭Nafion/SnO۲‬ کمتر از دو غشاء نانوکامپوزیتی دیگر است .تفاوت آشکاری بین تصاویر ‮‭SEM‬ غشاء نفیون خالص و غشاءهای نانوکامپوزیتی مشاهده می‌شود .بعد از واکنش در محلول تست فنتون شکاف‌های بزرگی در سطح غشاء نفیون ظاهر می‌گردد، در حالی که غشاءهای نانوکامپوزیتی سطح نسبتا پایداری دارند .مطالعات سینتیکی بر روی میزان فلوراید آزاد شده در محلول تست فنتون از غشاء نفیون خالص و غشاءهای نانوکامپوزیتی ‮‭Nafion/SnO۲‬ و ‮‭Nafion/SnO۲/SiO۲SO۳H‬ انجام شده است .نتایج نشان داد که ثابت سرعت آزاد شدن فلوراید از غشاء ‮‭Nafion/SnO۲‬ کمتر از دو غشاء دیگر است .همچنین انرژی فعال‌سازی تخریب غشاء‮‭۵۸/۸۸) - Nafion/SnO۲ (kJ mol‬ ‮‭۱‬بیشتر از دو غشاء دیگر می‌باشد .بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که غشاء نانوکامپوزیتی ‮‭Nafion/SnO۲‬ پایداری شیمیایی بیشتری نسبت به غشاءهای دیگر دارد .محاسبات شیمی کوانتومی با استفاده از مدل مولکولی نفیون و مدل مولکولی ‮‭SnO۲‬ نشان داد که ‮‭SnO۲‬ توانایی جذب رادیکال‌های هیدروکسیل را قبل از برهمکنش با نفیون دارد

متن يادداشت

Ion-exchange membranes have been used in various industrial processes, e.g., in the desalination of saline water, as a separator for electrolysis, in the separation of ionic materials from non-ionic materials, in the recovery of acid and alkali from waste acid and alkali solution, in the ion selective electrodes and etc. Durability of ion-exchange membrane is one of the most crucial issues for different application. Chemical degradation is often the main cause of membrane lifetime limitations. It is generally accepted that the cause of the membrane degradation is the creation and presence of free radicals which chemically attack the polymer membrane. Thus, the main goal of this research is to improve the chemical durability of the Nafion membrane. In this regard, Nafion/SnO2, Nafion/ZrO2, Nafion/SnO2/SiO2SO3H nanocomposite membranes were prepared. ZrO2 and SnO2 nanoparticles were synthesized by ultrasonic-assisted and hydrothermal methd, respectively. The water uptake, ion exchange capacity, proton conductivity and thermal stability of prepared membranes were investigated. The results show that the proton conductivity of the all nanocomposite membranes is lower than the pure Nafion membrane. The incorporation of ZrO2 and SnO2 nanoparticles is not supposed to improve the thermal stability of Nafion membrane, while the incorporation of SnO2/SiO2SO3H nanoparticles increased the thermal stability. The Fentons test was used to investigate the chemical stability of the membranes. It was found that the fluoride release and weight loss in all nanocomposite membranes are less than those in the pure Nafion membrane, which demonstrates the improved chemical durability of membranes. Also, the amount of fluoride released into Fenton's solution in Nafion/SnO2 nanocomposite membrane were less than those in the other two nanocomposite membranes. Significant difference between the SEM images of pure Nafion membrane and nanocomposite membranes is observed after Fentons test. After treatment in Fentons solution, serious cracks appeared on the surface of Nafion membrane, while nanocomposite membranes have a stable surface. The kinetic study of fluoride release into Fenton's solution from pure Nafion membrane, Nafion/SnO2, and Nafion/SnO2/SiO2SO3H nanocomposite membranes were performed. The results show that rate constant of fluoride release in Nafion/SnO2 membrane were less than those in the other two membranes. Also, the activation energy for Nafion/SnO2 membrane (kJ mol-1 88.57) were higher than those in the other two membranes. Therefore, it can concluded that Nafion/SnO2 nanocomposite exhibit more chemical stability than the other membranes. Quantum chemical calculations using a molecular model Nafion and a molecular model of SnO2 also implied that the SnO2 was able to trap hydroxyl radical before attacking the Nafion

مستند نام اشخاص تاييد نشده

وطن‌پرست، مرتضی

مستند نام اشخاص تاييد نشده

تقی‌زاده، محمدتقی، استاد راهنما

مستند نام اشخاص تاييد نشده

شعثی سرخابی، حبیب، استاد مشاور

مستند نام اشخاص تاييد نشده

مهرداد، عباس، استاد مشاور

يادداشت عمومي

سیاه و سفید

وضعیت فهرست نویسی

نمایه‌سازی قبلی