دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

مهندس سمیه سریرچی عبودزاده ، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی، چهارشنبه 30 بهمن ماه 1398، از رساله خود با عنوان «تهیه و ارزیابی غشاهای نانوکامپوزیتی پلی اتراترکتون سولفونه با اکسیدهای فلزی آب دوست برای پیل­های سوختی پلیمری دما بالا»  با راهنمایی دکتر سوسن روشن‌ضمیر دفاع خواهد نمود.

چکیده
به منظور ارتقاء همزمان مقاومت مکانیکی، پایداری شیمیایی و هدایت پروتونی غشا برپایه پلی‌اتراترکتون سولفونه جهت کاربرد در پیل سوختی پروتونی دما بالا، تعدادی غشای کامپوزیت با دوپ کردن سه نانو ذره متفاوت: تیتانیا سولفاته، زیرکونیا سولفاته و زیرکونیم-تیتانیا سولفاته آماده سازی گردید. نانوذرات سولفاته با استفاده از روش سل-ژل ساخته شدند. شناسایی نانوذرات با استفاده از آزمون پراش اشعه ایکس، آزمون پخش انرژی اشعه ایکس و مطالعات میکروسکوپ الکترونی عبوری انجام شد. مقدار بهینه افزودن نانوذرات به غشا و زمان سولفوناسیون غشاها با استفاده از روش رویه پاسخ حاصل شد. غشاهای کامپوزیت برپایه پلی‌اتراترکتون سولفونه با اختلاط این نانوذرات در محلول پلی‌اتراترکتون سولفونه در حلال دی متیل استامید ساخته شدند. مطالعات طیف سنجی رزونانس مغناطیس هسته‌ای، طیف سنجی مادون قرمز،  میکروسکوپ الکترونی روبشی/پخش انرژی اشعه ایکس، میزان جذب آب، میزان ظرفیت تبادل یونی، خواص استحکام مکانیکی، خواص حرارتی، پایداری شیمیایی و میزان هدایت پروتونی برروی شاها انجام شد. نتایج آزمون‌ها نشان داد که غشای نانوکامپوزیت پلی‌اتراترکتون سولفونه-تیتانیا سولفاته در دمای  120 و رطوبت نسبی %100 دارای هدایت پروتونی S.cm-1 3-10×35/37 بود که 108 برابر هدایت پروتونی غشای پلی‌اتراترکتون سولفونه اولیه در همین شرایط است. همچنین، حضور نانوذرات تیتانیا سولفاته در غشای پلمیری باعث افزایش استحکام کششی غشا به میزان حداکثر %23 گردید، اگرچه میزان کرنش به­دلیل حضور نانوذرات کاهش یافت. نهایتاً، دو مورد از بهترین غشاهای نانوکامپوزیت حاصل در پیل سوختی واحد آزمایشگاهی  مورد بررسی قرار گرفتند و نتیجه آنها با مجموعه غشا-الکترود تجاری مقایسه شد. نتیجه عملکرد غشای نانوکامپوزیت پلی‌اتراترکتون سولفونه-تیتانیا سولفاته در پیل سوختی واحد آزمایشگاهی در دمای 90 و رطوبت نسبی %100 در حدود mW.cm-2 281 بود که به مقدار قابل توجهی بالاتر از عملکرد نمونه تجاری (mW.cm-2 112) می‌باشد. همچنین، نتایج عبور عرضی سوخت نشان داد که غشاهای نانوکامپوزیت خصوصاً غشای پلی‌اتراترکتون سولفونه-زیرکونیم تیتانیا سولفاته، به علت توزیع بهتر در شبکه پلیمری، عبور عرضی هیدروژن بسیار ناچیزی در مقایسه با نمونه تجاری دارند. بطورکلی غشاهای نانوکامپوزیت حاصل برپایه پلی‌اتراتر کتون سولفونه با کانال‌های انتقال پروتون به خوبی توسعه یافته، عبور سوخت کمتر، خواص مکانیکی و شیمیایی مطلوب‌تر و هدایت پروتونی بالاتر جایگزینی مناسب جهت استفاده در پیل سوختی دما بالا می‌باشند.