بررسي اثر سولفوناسيون پليمر پايه بر ويژگي هاي الكتروشيميايي غشاهاي نانوكامپوزيتي تبادل كاتيوني ناهمگن

Investigation on the Effect of Polymer Binder Sulfonation on Electrochemical Properties of Nanocomposite Heterogeneous Cation Exchange Membranes

در اين پژوهش غشاهاي تبادل كاتيوني ناهمگن بر پايه پلي وينيل كلريد با استفاده از حلال تتراهيدروفوران و پودر ذره هاي رزين تهيه شد. غشاهاي مورد نظر با استفاده از روش قالب گيري محلول پليمري ساخته شدند. در ابتدا اثر سولفوناسيون پليمر پايه غشا و ميزان غلظت آن در ساختار غشا، بر ويژگي هاي الكتروشيميايي غشاها مورد بررسي قرار گرفت. سپس نمونه بهينه با استفاده از نانو ذره هاي اكسيد آهن نيكل، دوباره مورد اصلاح قرار گرفت. نتيجه هاي به دست آمده نشان مي دهد كه افزايش ميزان غلظت پليمر سولفونه شده در ساختمان غشاها سبب افزايش ميزان آب آن (از %4/29 به %1/35) و ظرفيت تبادل يوني (از 7/2 به 2/3) شده است. همچنين غشاهاي تهيه شده عدد انتقالي و انتخاب پذيري مناسبي به ترتيب در بازه ي 93% ـ 91% و 89% ـ 85% از خود نشان دادند. ميزان شار يوني غشاها، با افزايش ميزان غلظت پليمر سولفونه شده (تا 80 درصد وزني) روند افزايشي داشت و سپس با افزايش بيش تر ميزان غلظت پليمر سولفونه شده از 80 تا 100 درصد وزني به آرامي كاهش يافت. مقاومت الكتريكي غشاها نيز با افزايش ميزان غلظت پليمر عامل دار شده در بدنه غشا به ميزان %6/27 كاهش يافت. همچنين استفاده از نانو ذره هاي آهن اكسيد ـ نيكل در ساختار غشاها،سبب بهبود عملكرد آنها به صورت چشمگيري شد. غشاهاي اصلاح شده نانو كامپوزيتي ويژگي هاي جداسازي بهتري در مقايسه با نمونه اصلاح نشده از خود نشان دادند. مطالعه ها صورت پذيرفته براي صنايع الكترو ـ غشايي به ويژه الكترودياليز كاربري داشته و مي تواند براي بهبود و افزايش ميزان عملكرد سامانه ها مورد استفاده قرار گيرد.

In this study heterogeneous cation exchange membranes based on PVC were prepared by using tetrahydrofuran as solvent and cation exchange resin powders. The membranes were fabricated by solution casting technique. At first, the effect of polymer binder sulfonation and its concentration in the casting solution on electrochemical properties of membranes was studied. Then, superior membrane was modified again by using of ironnickel oxide nanoparticles.The obtained results showed that increase of sulfonated polymer’s concentration in membrane matrix caused to increase of membrane water content (from 29.4% to 35.1%) and ion exchange capacity (from 2.7 to 3.2). Moreover, prepared membranes exhibited suitable transport number and selectivity between 91%93% and 85%89% respectively. Ionic flux was increased initially by increase of sulfonated polymer concentration up to 80 %wt in membrane matrix and then decreased again by more increase in Spolymer content from 80 to 100 %wt. Membrane electrical resistance also was declined up to 27.6% by increase of Spolymer’s ratio in membrane matrix. Furthermore, using of ironnickel oxide nanoparticles in membrane matrix caused to improvement of membrane electrochemical characteristics obviously. The modified nanocomposite membranes exhibited more appropriate separation performance compared to unmodified ones.The obtained results are useful for electromembrane processes especially electrodialysis in water recovery and treatment.