Μελέτη τροποποιημένων πολυμερικών μεμβρανών για χρήση σε κυψελίδες καυσίμου αγωγής πρωτονίων και εφαρμογές διαχωρισμού αερίων

Abstract

In the first part the molecular orientation of uniaxially drawn Nafion-115 membranes was estimated utilizing polarized UV-Raman spectra, followed by further characterization. The attempts for biaxial stretching of Nafion had as a result the production of very thin polymer membranes with lower permeability to methanol than the commercial one. The process of modifying Nafion by embedding conducting polymer layers of polypyrrole or polyaniline with SO₄²⁻ or Nafion⁻ incorporated into the film as counterions was studied via ATR-FTIR spectroscopy in combination with SEM microphotographs. In the second part, composite (or mixed matrix) polymeric membranes with dispersed aluminophosphate nanoflakes were studied. Nanoflakes incorporation, even at very low concentrations, improves the H₂/N₂ H₂/CH₄ selectivity.

Στην πρώτη ενότητα έγινε εκτίμηση του μοριακού προσανατολισμού μονοαξονικά εφελκυσμένων πολυμερικών μεμβρανών Nafion-115 με τη βοήθεια πολωμένων φασμάτων UV-Raman και χαρακτηρισμός τους. Η προσπάθεια τροποποίησης του Nafion με διαξονικό εφελκυσμό είχε σαν αποτέλεσμα τη λήψη λεπτών πολυμερικών μεμβρανών με αποτελεσματικότερες ιδιότητες στη τάση διέλευσης της μεθανόλης, σε σχέση με τις μη τροποποιημένες μεμβράνες. Έγινε επίσης προσπάθεια τροποποίησης του Nafion με στοιβάδα αγώγιμου πολυμερούς πολυανιλίνης (PAni) ή πολυπυρρόλης (PPy) με ενσωματωμένα αντισταθμιστικά ιόντα SO₄²⁻ ή Nafion⁻ και φασματοσκοπική μελέτη μέσω ATR-FTIR σε συνδυασμό με μικροφωτογραφίες SEM που ελήφθησαν. Στην δεύτερη ενότητα μελετήθηκαν οι σύνθετες (ή mixed matrix) πολυμερικές μεμβράνες πολυσουλφόνης (PSF) με ενσωματωμένες φυλλώδεις αργυλοφωσφορικές νανονιφάδες τύπου AlPO. Οι νανονιφάδες, ακόμα και σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις, βελτιώνουν σε σημαντικό βαθμό τη διαχωριστική ικανότητα των αμιγώς πολυμερικών μεμβρανών για τα ζεύγη αερίων H₂/N₂ H₂/CH₄.