متن کامل خبر


 
جلسه دفاع از پایان‌نامه: هدی احمدی- گروه پلیمریزاسیون

خلاصه خبر: جلسه دفاع از پایان‌نامه: هدی احمدی

  • عنوان: سنتز پلیمر پرشاخه سولفونه شده با ساختار هسته-پوسته نانومتری بر پایه ذرات هیبریدی لیگنین/ سیلیکا و پلیآمیدوآمین جهت کاربرد در غشای تبادل پروتون
  • ارائه‌کننده: هدی احمدی
  • استاد راهنما: دکتر مهدی عبداللهی
  • استاد ناظر داخلی اول: دکتر علیرضا شریف
  • استاد ناظر خارجی اول: دکتر حسین مهدی (دانشگاه تهران)
  • استاد مشاور اول: دکتر کریم کاکائی باغجه میشه
  • مکان: دانشکده مهندسی شیمی، اتاق شورای 351
  • تاریخ: 04/02/1397
  • ساعت: 14:00

چکیدهپیل‌های سوختی حاوی غشای تبادل پروتون، یکی از فناوری‌های پاک و کارآمد برای تولید انرژی الکتریکی هستند. غشای تبادل پروتون جزء کلیدی در سامانه پیل سوختی به شمار میرود. غشای پلیبنزایمیدازول به عنوان یکی از غشاهای پرکاربرد در پیلهای سوختی، هدایت پروتون پایینی داشته و روشهای مختلفی برای بهبود خاصیت هدایت پروتون در این غشاها وجود دارد. استفاده از نانوذرات سولفونه به عنوان افزودنی در این نوع غشاها، یکی از روشهای بهبود هدایت پروتون در آنها است. با این رویکرد، در این پژوهش ابتدا نانوذرات لیگنین با روش تغییر سریع pH از حالت قلیایی به اسیدی سنتز شدند. میانگین اندازه ذرات (21/78 نانومتر) و شکل شناسی کروی این نانوذرات با استفاده از آزمون DLS و تصویربرداری SEM مشخص شد. سپس دو نمونه نانوذرات هیبریدی لیگنین/ سیلیکا (LSHx, x=1 or 2) با نسبتهای مختلف از لیگنین به سیلیکا، با روش سل-ژل سنتز شدند و پیشرفت کیفی و کمی این واکنشها با استفاده از آزمونهای FT-IR و TGA تایید شد. همچنین با استفاده از تصویربرداری SEM، شکلشناسی کروی نانوذرات مشاهده شده و میانگین اندازه نانوذرات LSH1 و LSH2 به ترتیب برابر با 92/80 و 02/83 نانومتر تعیین شد. با هدف استفاده از این نانوذرات هیبریدی به عنوان هسته در سنتز درختسان پلیآمیدوآمین، دو نمونه نانوذرات هیبریدی لیگنین/ سیلیکا با استفاده از 3-آمینوپروپیلتریاتوکسیسیلان و در حلال تولوئن، آمیندار شدند. موفقیت سنتز با استفاده از آزمونهای نینهیدرین، FT-IR و آنالیز عنصری تایید شد و میزان مول گروه آمین انتهایی برای نمونههای LSH1 و LSH2 به ترتیب برابر با 55/0 میلیمول بر گرم و 236/0 میلیمول بر گرم تعیین شد. واکنش دو مرحلهای سنتز درختسان پلیآمیدوآمین از سطح نانوذرات هیبریدی آمیندار شده (LSHx-PAMAM G1.0, x=1 or 2) در سامانه بدون حلال صورت گرفت. در مرحله اول، مونومر متیلاکریلات با گروههای آمینی روی سطح نانوذرات هیبریدی لیگنین/ سیلیکا واکنش داد (نسل 5/0) و پیشرفت این واکنش با استفاده از آزمون FT-IR تایید شد. در مرحله دوم، گروههای متیل استر انتهایی نسل 5/0 درختسان با مونومر اتیلندیآمین وارد واکنش شدند و موفقیت سنتز با استفاده از آزمون FT-IR تایید شد. همچنین با استفاده از آزمون آنالیز عنصری، مقدار مول گروه آمین انتهایی برای نمونههای LSH1-PAMAM G1.0 و LSH2-PAMAM G1.0 به ترتیب برابر با 99/0 میلیمول بر گرم و 148/0 میلیمول بر گرم تعیین شد. به منظور بررسی اثر آن بخش از لیگنین که با پیوند شیمیایی درون هیبرید لیگنین/ سیلیکا قرار میگیرد، نمونه LSH1-PAMAM G1.0 به‌مدت طولانیتری در محیط اتیلندیآمین با pH=13 قرار گرفت تا لیگنین با اتصال فیزیکی حل و جدا شود. حذف بخش عمده نانوذرات لیگنین از نمونه LSH1-PAMAM G1.0 با کمک FT-IR تایید شد و با استفاده از آنالیز عنصری مقدار مول آمین انتهایی این نانوذرات برابر با 725/0 میلیمول بر گرم نانوذرات بدست آمد. گروههای آمین انتهایی موجود بر روی سطح نسل اول درختسان در دو نانوذره LSH1-PAMAM G1.0 و S-PAMAM G1.0 با استفاده از 1و3-پروپان سولتون سولفونه شدند و موفقیت سنتز با آزمون FT-IR تایید شد. همچنین با کمک آنالیز عنصری، بازده واکنش این واکنشگر با این دو نانوذره به ترتیب برابر با 93/99 و 34/99 درصد بدست آمد. غشاهای نانوکامپوزیتی PBI با محتوای 5، 10 و 20 درصد وزنی از نانوذرات LSH-PAMAM G1.0، LSH-PAMAM G1.0-PS، S-PAMAM G1.0 و S-PAMAM G1.0-PS با روش قالب‌گیری محلولی تهیه شدند. شکل‌شناسی سطح و سطح مقطع غشاها با SEM و نحوه پخش نانوذرات در سطح نمونه با استفاده از تصاویر X-Ray Mapping بررسی شدند. همچنین جذب آب، جذب متانول، جذب اسید، ظرفیت تبادل یون و هدایت پروتونی غشاها در حالت تقویت شده با فسفریک اسید و در دمای محیط مورد بررسی قرار گرفتند. غشاهای نانوکامپوزیتی PBI حاوی 5% و 20% وزنی از نانوذره LSH-PAMAM G1.0-PS با هدایت پروتون به ترتیب برابر با 43/30 و 64/73 میلی‌زیمنس بر سانتی‌متر، هدایت پروتون بالاتری در مقایسه با غشاهای PBI خالص (mS⁄cm 76/14) و نفیون 115 (mS⁄cm 24) داشتند. همچنین این غشا در محتوای 20 درصد وزنی از نانوذره، بالاترین سطح تقویت شوندگی با اسید و ظرفیت تبادل یون و کمترین میزان جذب متانول را در مقایسه با سایر غشاهای نانوکامپوزیتی داشت.
کلمات کلیدی نانوذرات لیگنین، نانوذرات هیبریدی لیگنین/ سیلیکا، درخت‌سان پلی‌آمیدوآمین، پیل سوختی، غشای تبادل پروتون، پلی‌بنزایمیدازول، هدایت پروتون

3 اردیبهشت 1397 / تعداد نمایش : 376