Оценка эффективности модифицирования перфторированных мембран полианилином во внешнем электрическом поле

КУРСОВАЯ РАБОТА

Оценка эффективности модифицирования перфторированных мембран полианилином во внешнем электрическом поле

 

Введение

 

Получение и исследование композитных материалов, обладающих ионной и электронной проводимостью, является в настоящее время весьма актуальным, так как связано с работами по созданию топливных элементов и различных сенсорных устройств, а также с потребностями электродиализа и электрохимических производств, которые нуждаются в применении более совершенных материалов для разделительных диафрагм. В качестве базового полимерного материала для получения композитов наиболее перспективны перфторированные сульфокатионитовые мембраны типа Нафион (Дюпон де Немур, США) и МФ-4СК (ОАО Пластполимер, Россия), обладающие высокой термической и химической стабильностью, а также высокой ионной проводимостью. Для придания электронной проводимости в мембрану вводят электронопроводящие полимеры (полианилин, полипирол, политиофен и др.)

В настоящее время интенсивно ведутся поиски способов модифицирования перфторированных мембран путём введения различных добавок, удерживающих воду в их структуре. В качестве таких добавок могут использоваться полимерные гидрогели, углеводородные ионообменники с высокой объёмной ёмкостью, а также минеральные вещества - оксиды кремния, алюминия, фосфаты циркония. Основной задачей при этом является поиск компромисса между стабильностью значений влагосодержания, газопроницаемости, проводимости и других электротранспортных свойств мембран.

Одним из перспективных модификаторов перфторированных мембран является полианилин. Как известно ПАН придаёт мембранам высокую электропроводность, пониженную диффузионную и электроосмотическую проницаемость, более высокую термическую стабильность и селективность, а также облегчает нанесение катализатора на поверхность. ПАН обладает высокой проводимостью, химической и механической стабильностью и способностью быстрого и обратимого переключения между проводящим и непроводящим состоянием. Добавление небольших количеств (5%) полианилина в мембрану МФ-4СК приводит к увеличению проводимости плёнок. Дальнейшее увеличение доли полианилина в мембрану приводит к ухудшению проводимости плёнок и механических свойств. Таким образом, мембранные композиты на основе полианилина, встроенные в темплатную матрицу перфторированных мембран, представляет исключительно интересный объект как полимерная композиция, обладающая одновременно электронной и ионной проводимостью.

Целью данной работы является оценка эффективности модифицирования перфторированных мембран полианилином во внешнем электрическом поле. В задачу работы входила также сравнительная оценка стоимости модифицирования мембран в статических условиях.

 

Литературный обзор

Экономическая оценка эффективности модифицированных мембран в электрическом поле

Результаты расчёта стоимости модифицированной мембраны полианилином в различных условиях

 

Для расчёта стоимости 1м2 МФ-4СК модифицированной в статических условиях и в электрическом поле в ЭД была использована программа в редакторе Excel, приведенная в Приложении 1. В данную программу входят следующие параметры:

стоимость 1м² МФ-4СК;

амортизационные расходы,

электрическая энергия

стоимость C₆H₅NH₂

- стоимость H₂SO₄

стоимость FeCl₃

- оплата сотрудника

стоимость установки

Для сравнения расчёта стоимости 1м² МФ-4СК модифицированной в статических условиях нам необходимо учесть: стоимость перфторированные мембраны; C₆H₅NH₂; H₂SO₄; FeCl₃; оплату сотрудника, т.к. процесс идёт 24 часа и более.

 

 

Заключение

 

Проанализированы различные способы получения перфторированных мембран и их модифицирования для применения в электромембранных процессах, имеющиеся в научно-технической литературе. На основании анализа литературных данных установлено, что композитные материалы на основе перфторированной мембраны и полианилина, полученные путём проведения матричного синтеза во внешнем электрическом поле, обладают достаточно высокой электропроводностью и величиной предельного тока. Это делает их перспективными для использования в электромембранных процессах, относящихся к ресурсо- и энергосберегающим технологиям, включённым в перечень критических технологий РФ. Данный метод является более экономичным и экологически чистым из-за использования менее концентрированных растворов серной кислоты (в 100 раз) и анилина (в 10 раз) по сравнению с получением аналогичных образцов в статических условиях. Для экономической оценки эффективности модифицирования перфторированных мембран полианилином во внешнем электрическом поле необходимо учесть: стоимость перфторированные мембраны; стоимость C₆H₅NH₂; H₂SO₄; FeCl₃; оплату сотрудника, амортизационные расходы, электрическая энергия, стоимость установки. Критерием эффективности такого способа модифицирования мембраны является стоимость 1 м² композитного материала. При этом необходимо также принять во внимание больший срок службы этих мембран, более быстрый способ получения, этот способ более экологически чистый, а также этот способ делает их перспективными для использования в электромембранных процессах.

 

Список использованной литературы

 

1. Березина Н.П., Кононенко Н.А., Лоза Н.В., Сычева А.А.-Р. Исследование электрохимического поведения композитов на основе МФ-4СК и полианилина методом мембранной вольтамперометрии // Электрохимия. 2007. - Т.43. - №12. - С. 1417-1427.

.   Березина Н.П., Кононенко Н.А., Филиппов А.Н., Шкирская С.А., Фалина И.В., Сычева А.А.-Р. Электротранспортные свойства и морфология мембран МФ-4СК, поверхностно модифицированных полианилином // Электрохимия. 2010. T. 46. №5. C. 515-524.

.   Березин, И.С. Маркетинговый анализ. Рынок. Фирма. Товар. Продвижение / И.С. Березин. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Вершина, 2007. - 480 с.

.   Волков В.В., Мчедлишвили Б.В., Ролдугин В.И., Иванчев С.С., Ярославцев А.Б. Мембраны и нанотехнологии. 2008. Т.3. №11. С. 21-53.

.   Добровольский, Ю.А. Успехи в области протонопроводящих полимерных электролитных мембран электрохимии 2007 - Т:43, №5 - с 515-527.

.   Котлер, Ф. Маркетинг менеджмент / Ф. Котлер, К.Л. Келлер; пер. с англ. С. Жильцов [и др.]. - 12-е изд. - СПб.: Питер, 2010. - 816 с.

.   Лысова А.А. Ассиметричный ионный перенос в перфторированных мембранах МФ-4СК, допированных полианилином // Докл. Акад. наук - 2009. Т. 427, №4. С. 508-511.

.   Паншин Ю.А., Дрейман Н.А., Андреева А.И., Манечкина О.Н. Свойства перфторированных сульфокатионитовых мембран МФ-4СК // Пластические массы. 1977, №8. С. 7-8.

.   Подлесных, В.И. Менеджмент]: учебн. Пособие для вузов / В.И. Подлесных [и др.]; под ред. В.И. Подлесных. - СПб.: Бизнес-пресса, 2002. - 472 с.

.   Фалина И.В., Березина Н.П., Тимофеев С.В., Боброва Л.П., Протасов К.В. Диффузионные явления в процессе матричного синтеза нанокомпозитных мембран на основе МФ-4СК и полианилина / Российская конференция с международным участием «Ионный перенос в органических и неорганических мембранах». Краснодар. 2007. С. 174 - 176.

.   Электрохимия полимеров / Под ред. М.Р. Тарасевича, С.Б. Орлова, Е.И. Школьникова и др. М.: Наука, 1990. 238 с.

. Ярославцев А.Б., Никоненко В.В. Ионообменные мембранные материалы: свойства, модификация и практическое применение // Российские Нонатехнологии. 2009. Т.4. №3-4. С. 44-65.

. Якобсон Л.И. Эффективность общественных расходов.

. Патент РФ №2427593. Подача заявки 18.11.2009. начало действия патента 18.11.2009. Публикация патента 27.08.2011.

КУРСОВАЯ РАБОТА

Оценка эффективности модифицирования перфторированных мембран полианилином во внешнем электрическом поле

 

Введение

 

Получение и исследование композитных материалов, обладающих ионной и электронной проводимостью, является в настоящее время весьма актуальным, так как связано с работами по созданию топливных элементов и различных сенсорных устройств, а также с потребностями электродиализа и электрохимических производств, которые нуждаются в применении более совершенных материалов для разделительных диафрагм. В качестве базового полимерного материала для получения композитов наиболее перспективны перфторированные сульфокатионитовые мембраны типа Нафион (Дюпон де Немур, США) и МФ-4СК (ОАО Пластполимер, Россия), обладающие высокой термической и химической стабильностью, а также высокой ионной проводимостью. Для придания электронной проводимости в мембрану вводят электронопроводящие полимеры (полианилин, полипирол, политиофен и др.)

В настоящее время интенсивно ведутся поиски способов модифицирования перфторированных мембран путём введения различных добавок, удерживающих воду в их структуре. В качестве таких добавок могут использоваться полимерные гидрогели, углеводородные ионообменники с высокой объёмной ёмкостью, а также минеральные вещества - оксиды кремния, алюминия, фосфаты циркония. Основной задачей при этом является поиск компромисса между стабильностью значений влагосодержания, газопроницаемости, проводимости и других электротранспортных свойств мембран.

Одним из перспективных модификаторов перфторированных мембран является полианилин. Как известно ПАН придаёт мембранам высокую электропроводность, пониженную диффузионную и электроосмотическую проницаемость, более высокую термическую стабильность и селективность, а также облегчает нанесение катализатора на поверхность. ПАН обладает высокой проводимостью, химической и механической стабильностью и способностью быстрого и обратимого переключения между проводящим и непроводящим состоянием. Добавление небольших количеств (5%) полианилина в мембрану МФ-4СК приводит к увеличению проводимости плёнок. Дальнейшее увеличение доли полианилина в мембрану приводит к ухудшению проводимости плёнок и механических свойств. Таким образом, мембранные композиты на основе полианилина, встроенные в темплатную матрицу перфторированных мембран, представляет исключительно интересный объект как полимерная композиция, обладающая одновременно электронной и ионной проводимостью.

Целью данной работы является оценка эффективности модифицирования перфторированных мембран полианилином во внешнем электрическом поле. В задачу работы входила также сравнительная оценка стоимости модифицирования мембран в статических условиях.

 

Литературный обзор