Разработка нового подхода к получению гибридных материалов на основе перфторированного сульфосодержащего полимера методом совместного прессования с допантами для топливных элементов и систем водоочистки

Разработаны методики получения немодифицированных и гибридных ионообменных мембран методом горячего прессования из порошков перфторсульфополимеров МФ-4СК и Nafion в протонной и тетрабутиламмониевой формах. Полученные порошки и мембраны охарактеризованы набором физико-химических методов. Изучены влагосодержание, степень набухания, механические и транспортные свойства полученных материалов. Механические свойства полученных материалов вполне стабильны и пригодны для работы. Введение допантов приводит к некоторому ухудшению механических свойств, однако при небольшой концентрации (1 масс.%) они удовлетворительны. Показано, что влагосодержание и ионная проводимость немодифицированных мембран, полученных методом горячего прессования, при высокой влажности превосходят проводимость коммерческих образцов, обработанных аналогичным образом. Диффузионная проницаемость метанола через полученные мембраны сопоставима и даже ниже, чем через коммерческую пленку, полученную методом экструзии (Nafion 115). Методом горячего прессования получены гибридные материалы, содержание 1 - 5 масс.% различных допантов (гидратированного оксида кремния, кислой цезиевой соли фосфорно-вольфрамовой гетерополикислоты и углеродных нанотрубок). Модификация мембран с помощью различных допантов при их небольшой концентрации (1 масс.%) позволяет улучшить свойства материалов. Наилучшие результаты получены при введении УНТ: наблюдаются рост проводимости как при высокой, так и при низкой влажности, снижение диффузионной проницаемости и увеличение селективности переноса катионов, а также снижение скорости переноса метанола. При модификации наночастицами гидратированного оксида кремния происходят улучшение селективности переноса катионов и снижение проницаемости метанола по сравнению с образцом немодифицированной мембраны, полученным в аналогичных условиях. На основании полученных данных определено влияние присутствия допанта на процессы самоорганизации в матрице мембран, полученных методом горячего прессования, и на их свойства. Установлено, что наилучшим типом допантов для такого способа получения гибридных мембран являются протяженные структуры типа УНТ и целесообразна модификация небольшими количествами.