Формирование протоно-проводящих свойств в полипропиленовых плёнках и исследование их физико-химических свойств

В последнее время большое внимание в мире уделяется проблемам разработки альтернативных экологически чистых источников энергии. Наиболее перспективными и экологически чистым источником энергии является водородная энергетика, использующая в своей основе ТЭ. Сердцем ТПТЭ является полимерная мембрана, стоимость которых сегодня очень высока. В связи с этим, в работе рассматривался метод модификации коммерчески доступных полимерных пленок.
Были получены экспериментальны зависимости степени полимеризации мономера, обменной емкости, электрической и протонной проводимости, а также образцы ПОМ. На основании проведенных исследований был сделан вывод о перспективности метода для разработки промышленной технологии ПОМ на базе дешевых и доступных полимерных пленок.

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………. 13
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР……………………………………………………………. 16
1.1 Топливный элемент ………………………………………………………………………….. 16
1.2 Типы топливных элементов ……………………………………………………………… 18
1.3 Полимерные мембраны …………………………………………………………………….. 20
1.3.1 Требования к полимерным материалам …………………………………………. 21
1.3.2 Современные материалы для ПОМ……………………………………………….. 21
1.4 Прямые спиртовые топливные элементы ………………………………………….. 24
1.5 Синтез протонообменных мембран …………………………………………………… 27
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ………………….. 30
2.1 Материалы для протонообменных мембран ………………………………………… 33
2.2 Радиационное воздействие на полимеры …………………………………………….. 35
2.3 Прививочная полимеризация ………………………………………………………………. 37
2.4 Сульфирование …………………………………………………………………………………… 38
ГЛАВА 3 ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ …………………….. 39
3.1 Оборудование для РХ модификации …………………………………………………. 39
3.1.1 Циклотрон Р-7М …………………………………………………………………………… 39
3.1.2 Установка для процесса прививочной полимеризации ………………….. 40
3.1.3 Установка для процесса сульфирования ……………………………………….. 42
3.2 Методы исследования ПОМ ……………………………………………………………….. 43
3.2.1 Спектрофотометия ……………………………………………………………………….. 43
3.2.2 Титрование …………………………………………………………………………………… 44
3.2.3 Импедансная спектроскопия …………………………………………………………. 45
ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ………………………………………………… 47
4.1 Расчет поглощенной дозы …………………………………………………………………… 47
4.2 Степень сорбирования стирола в матрицу базового полимера……………… 51
4.3 Сульфирование полимер-полисторолов ………………………………………………. 56
4.4 Определение протонной проводимости ………………………………………………. 57
ГЛАВА 5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ…………………………………………………………………………….. 62
5.1 Предпроектный анализ ……………………………………………………………………….. 62
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………….. 62
5.1.2 Анализ конкурентных технический решений ………………………………… 63
5.1.3 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………….. 64
5.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………………….. 66
5.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования………………………………………………………………………………………… 67
5. 2 Инициация проекта ……………………………………………………………………………. 67
5.3 Планирование управления научно-техническим проектом…………………… 70
5.3.1 План проекта ………………………………………………………………………………… 70
5.3.2 Бюджет научного исследования ……………………………………………………. 70
5.3.3 Реестр рисков проекта ………………………………………………………………….. 75
5.4 Оценка сравнительной эффективности исследования ………………………….. 76
ГЛАВА 6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ……………………………………….. 79
6.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов …………………….. 80
6.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней опасного и
вредного воздействия и устранению их влияния при работе на установке и
ПЭВМ ……………………………………………………………………………………………………… 81
6.2.1 Организация мероприятий ……………………………………………………………. 81
6.2.2 Требования к ПЭВМ и организация работы ………………………………….. 82
6.2.3 Условия безопасной работы ………………………………………………………….. 84
6.3 Радиационная безопасность ………………………………………………………………… 86
6.4 Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона ………………….. 89
6.5 Работа с химическими веществами ……………………………………………………… 91
6.6 Электробезопасность ………………………………………………………………………….. 93
6.7 Пожарная и взрывная безопасность …………………………………………………….. 94
ВЫВОДЫ ……………………………………………………………………………………………………. 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………. 100
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………….. 101
Приложение 1 ……………………………………………………………………………………………. 106

В результате проделанной работы были получены экспериментальные
образцы ПОМ на основе полимера ПВДФ путем модифицирования базового
полимера радиационно-химическим методом. Особенностью метода,
использованного в работе, является использование высокоэнергетических
ионов гелия-4 (E = 28 МэВ), обладающих высокими ионизационными
свойствами.
Для модификации РХ методом полимеров ПП и ПТФЭ необходимо
разработать систему, позволяющую минимизировать влияние инерционности
циклотрона на величину поглощенной дозы.
Сорбированный в матрицу полимера по радикальному механизму
мономер стирол при последующем сульфировании придает полимерной
матрице ПВДФ гидрофильность и протонопроводящие свойства.
Полученные результаты позволяют рассмотреть термическую
полимеризацию стирола, сорбированного в пленки ПВДФ из раствора стирола
в изопропаноле, сульфирование которого превращает пленки в
протонпроводящие мембраны. Дальнейшее тестирование в условиях работы ТЭ
помогут оценить конкурентоспособность данной ПЭМ с рыночными
мембранами.
В ходе выполнения магистерской диссертации разработана технология
модифицирования полимеров ПВДФ для создания коммерчески доступных
ПОМ.
В перспективе работа будет продолжаться и будут рассматриваться
другие полимерные материалы для использования в качестве ПОМ для ТЭ