Гидратация и ионный транспорт в катионообменных мембранах по данным ЯМР
Диссертация
В последнее время возрос интерес к ионообменным мембранам, обладающим высокой ионнойпроводимостью при малых влагосодержаниях. Как показали исследования электромассопереноса в мембранах различного типа, высокая подвижность ионов и молекул воды в этих условиях может быть достигнута посредством введения в транспортные каналы полярных групп, формирующих дополнительную сетку водородных связей… Читать ещё >
Список литературы
- S.H.Ge, X.G.Li, B.L.Yi, I.M.Hsing, Absorption, desorption, and transport of water in polymer electrolyte membranes for fuel cells, J. Electrochem. Soc. 152 (6) (2005) A1149-A1157.
- T. Thampan, S. Malhotra, H. Tang, R. Datta, Modeling of conductive transport in proton-exchangemembranes for fuel cells, J. Electrochem. Soc. 147 (9) (2000) 3242−3250
- T. Takamatsu, M. Hashiyama, A. Eisenberg, Sorption phenomena in Nafion membranes, J. Appl. Polym. Sci. 24 (11) (1979) 2199−2220
- H.L. Yeager, A. Steck, Cation and water diffusion in Nafion ion-exchange membranes—influence of polymer structure, J. Electrochem. Soc. 128 (9) (1981) 1880−1884.
- D.R.Morris, X.D. Sun, Water-sorption and transport-properties of Nafion-117-H, J. Appl. Polym. Sci. 50 (8) (1993) 1445−1452.
- S. Tsushima, K. Teranishi, S. Hirai, Water diffusion measurement in fuel-cell SPE membrane by NMR, Energy 30 (2−4) (2005) 235−245.
- Kostov GK, Turmanova SV. J Appl Polym Sci 1997−64:1469.
- Tsuneda S, Saito K, Mitsuhara H, Sugo T. J Electrochem Soc 1995- 142:3659.
- Nasef MM, Saidi H, Nor HM. J Appl Polym Sci 2000−76:220.
- Brack HP, Buhrer HG, Bonorand L, Scherer GG. J Mater Chem 2000−10:1795.
- T. Lehtinen, G. Sundholm, S. Holmberg, F. Sundholm, P. BjoE rnbom and M. Bursell, Electrochim. Acta 43 (1998) 1881.
- H.-P. Brack, H.G. BuE chi, L. Bonorand and G.G. Scherer, J. Mater. Chem. 10 (2000) 1795.
- M. Nasef, H. Saidi and M.A. Yarmo, J. New Mat. Electrochem. Systems 3 (2000) 309.
- H. Wang and G.A. Capuano, J. Electrochem. Soc. 145 (1998) 781.
- Tanja Kallio, Matts Lundstrom, Goran Sundholm, Nadia Walsby and Franciska Sundholm J.Appl.Electrochem. 32: 11−18, 2002.
- T. Lehtinen, G. Sundholm S., Holmberg F.,. Sundholm P., Bjo rnbom and M. Bursell Electrochimica Acta, Vol. 43, Nos 12−13, pp. 1881−1890, 1998
- T.D. Gierke, G.E. Munn, F.C.Wilson, Morphology of perfluorosulfonated membrane products—wide-angle and small-angle X-ray studies, ACS Symp. Ser. 180(1982) 195−216.
- G. Suresh, A.K. Pandey, A. Goswami, Self-diffusion coefficients of water in Nafion-117membrane withmultivalent counter ions, J.Membr. Sci. 284 (1−2) (2006) 193−197.
- K.D. Kreuer, On the development of proton conducting polymer membranes for hydrogen and methanol fuel cells, J.Membr. Sci. 185 (1) (2001) 29−39.
- T.D. Gierke, W.Y. Hsu, The cluster-network model of ion clustering in perfluorosulfonated membranes, ACS Symp. Ser. 180 (1982) 283−307.
- T. Tarvainen, B. Svarfvar, S. Akerman, J. Savolainen, M. Karhu, P. Paronen, K. Jarvinen, Drug release from a porous ion exchange membrane in vitro, Biomaterials 20 (1999) 2177. Bailey C, Williams DJ, Karasz FE, MacknightWJ. Polymer 1987−28:1009.
- Huang, R. Y. M.- Shao, P.- Burns, C. M.- Feng, X. J. Appl. Polym. Sci. 2001, 82, 2651.
- J.I. Bregman, R.S. Braman, Inorganic ion exchange membranes, J. Colloid Sci. 20 (1965)913
- T. Sata, W.K. Yang, Studies on cation exchange membranes having permselectivity between cations in electrodialysis, J. Membr. Sci. 206 (2002) 31.
- Strathmann, Ion Exchange Membrane Separation Processes, Elsevier, Amsterdam, 2004.
- Katime IA, Iturbe CC. In: Salomone JC, editor. Polymeric Materials Encyclopedia, vol.5 (H-L). Boca Raton, FL' CRC Press- 1996. p. 3097−106.
- Cui W, Kerres J, Eigenberger G. Sep Purif Technol 1998−14:145.
- P. Meares, Trends in ion exchange membrane science and technology, in: D.S. Flett (Ed.), Ion Exchange Membranes, Horwood Ltd., Chichester, 1983.
- K. T. Adjemian, S. Srinivasan, J. Benziger and A. B. Bocarsly// Journal of Power Sources, V. 109, 2002, P. 356−364.
- K. T. Adjemian, S. J. Lee, S. Srinivasan, J. Benziger and A. B. Bocarsly// J. Electrochem. Soc., V. 149, 2002, pp. A256-A261'.
- H.T. Wang, B.A. Holmberg, Z.B. Wang, L.M. Huang, A. Mitra, J.M. Norbeck and Y S. Yan//Journal of Materials Chemistry, 12, 834−837 (2002).
- Hiroki Hagihara, HiroyukiTJchida and Masahiro Watanabe// Electrochimica Acta, V. 51,2006,P.3979−3985.
- Maartmann-Moe K. The crystal structure of y-hydroquinone // Acta Cryst. 1966. — V.21. — P.979−982.
- Cochran W. The crystal and molecular structure of salicylic acid // Acta Cryst. — 1953. V.6. — P.260−268.- Sundaralingam M., Jensen L.H. Refinement of the structure of salicylic acid // Acta Cryst. — 1965. — V.18. — P.1053−1058.
- Гридунова Г. В., Фурманова Н. Г., Стручков Ю. Т. и др. Кристаллические структуры двух полиморфных модификаций м-оксибензойной кислоты // Кристаллография. 1982. — Т.27. — № 2. — С.267−272.
- Heath Е.А., Singh P., Ebisuzaki Y. Structure of p-hydroxybenzoic acid and p-hydroxybenzoic acid-acetone complex (2/1) // Acta Cryst. 1992. — V. C48. -P.1960−1965.
- Haisa M., Kashino S., Hanada S.-I. et. al. The structures of 2-hydroxy-5-methylbenzoic acid and dimorphs of 2,5-dihydroxybenzoic acid // Acta Cryst. -1982. V. B38. — P.1480−1485.
- Gdaniec M., Gilski M. y-Resorcylic acid, its monohydrate and its pyridinium complex // Acta Ciyst. 1994. — V. C50. — P. 1622−1626.
- Arora S.K., Sundaralingam M. The crystal and molecular structure of 4-methyl sulfonic acid (p-toluenesulfonic acid) monohydrate, CyHgSCV’HsO4″, an oxonium salt // Acta Cryst. 1971. — V.27. — P. 1293−1298.
- Attig R. 5-Sulphosalicylic acid dihydrate // Cryst. Struct. Commun. — 1976. V.5. — P.223−227.
- Zhi-Gang Shao, Hongfeng Xu, Mingqiang Li and I-Ming Hsing //Solid State Ionics 2006, V. 177,, P. 779−785.
- K.D. Kreuer, On the development of proton conducting polymer membranes for hydrogen and methanol fuel cells, J. Membr. Sci. 185 (2001) 29.
- R.K. Nagarale, G.S. Gohil, K. Vinod, G.S. Trivedi, R. Rangarajan, Preparation and electrochemical characterization of cation- and anion-exchange/polyaniline composite membranes, J. Colloid Interface Sci. 277 (2004) 162.
- J. Psarrazin, M. Persin, Conductive polymer membranes, Macromol. Symp. 188 (2002) 1
- C.L. Aitken, WJ. Koros, D.R. Paul, Gas transport properties of biphenol polysulfones, Macromolecules 25 (1992) 3651.
- Y H.L.a, R.S. Yeager, Structural and transport properties of perfluorinated ion exchange membrane, Mod. Aspects Electrochem. 16 (1985) 437.
- F. Liu, B. Yi, D. Xing, J. Yu, H. Zhang, Nafion/PTFE compositemembranes for fuel cell applications, J. Membr. Sci. 212 (1−2) (2003) 213.
- K. Mauritz, R. Moore, State of understanding of Nafion, Chem. Rev. 104 (2004) 4535−4585
- H. Yeager, A. Steck, Cation and water diffusion in Nafion ion exchange membranes: influence of polymer structure, J. Electrochem. Soc. 128 (1981) 1880−1884.
- H. Tang, S. Peikang, S. Jiang, F. Wang, M. Pan, A degradation study of Nafion proton exchange membrane of PEM fuel cells, J. Power Sources 170 (2007) 8592.
- P. Rieke, N. Vanderborgh, Temperature dependence ofwater content and proton conductivity in polyperfluorosulfonic acidmembranes, J.Membr. Sci. 32 (1987) 313−328.
- R. Dinius, M. Emerson, G. Choppin, Nuclear magnetic resonance study of ionexchange resins. I. Hydrated Dowex-50 resins, J. Phys. Chem. 67 (1963) 1178— 1182.
- W.G. Grot, Perfluorinated ion exchange polymers and their use in research and industry, Macromol. Symp. 82 (1994) 161−172.
- W.Y. Hsu, T.D. Gierke, Ion transport and clustering in Nafion perfluorinated membranes, J. Membr. Sci. 13 (1983) 307−326.
- T. Okada, H. Satou, M. Okuno, M. Yuasa, Ion andwater transport characteristics of perfluorosulfonated ionomer membranes with H+ and alkali metal cations, J. Phys. Chem. B 106 (2002) 1267−1273.
- V. Freger, E. Korin, J. Wisniak, E. Korngold, Preferential sorption in ionexchange pervaporation membranes: sorption of water-ethanol mixture by sodium polyethylene sulphonate, J. Membr. Sci. 128 (1997) 151.
- K.D. Kreuer, On the development of proton conducting materials for technological applications, Solid State Ionics 97 (1997)
- James P.J., Elliott J.A., McMaster T.J. et al. Hydration of Nafion® studied by AFM and X-ray scattering // J. Mater. Sci. 2000. — V.35. — P.5111−5119.
- Ostrovskii D.I., Brodin A.M., Torell L.M. Raman study of water in Nafion-117 membranes // Solid State Ionics. 1996. — Y.85. -P.323−327.
- A.Randova, S. Hovorka, P. Izak, L. Bartovska, Swelling of Nafion in methanol-water-inorganic salt ternary mixtures, J. Electroanal. Chem. 616 (2008) 117−121
- A.H. Muhr, J.M.V. Blanshard, Diffusion in gels, Polymer 23 (1982) 1012.
- J.S. Vrentas, J.L. Duda, H.-C. Ling, Free-volume theories for self-diffusion in polymer-solvent systems. I. Conceptual differences in theories, J. Polym. Sci., Polym. Phys. Ed. 23 (1985) 275.
- P. Meares, Transport in ion-exchange polymers, in: J. Crank and H.S. Park (Eds.), Diffusion in Polymers, Academic Press, New York, 1968, p. 373
- R.A. Waggoner, F.D. Blum, J.M. McElroy, Dependence of the solvent diffusion coefficient on concentration in polymer solutions, Macromolecules 26 (1993) 6841. Solid State Ionics 106 (1998) 219−225
- Katime IA, Iturbe CC. In: Salomone JC, editor. Polymeric Materials Encyclopedia, vol.5 (H-L). Boca Raton, FL' CRC Press- 1996. p. 3097−106.
- Cui W, Kerres J, Eigenberger G. Sep Purif Technol 1998- 14:145.
- Wycisk R, Pintauro PN. J Membr Sci 1996−119:155.
- Allcock HR, Fitzpatrick RJ, Salvati L. Chem Mater 1991 -3:1120.
- Allcock HR, Klingenberg EH, Welker MF. Macromolecules 1993−26: 5512.
- Monotoneri E, Gleria M, Ricca G, Pappalardo GC. Macromol Chem 1989−190:191.
- Wycisk R, Pintaura PN, Wang W, O’Connor S. Polyphosphazene ionexchange membranes. Proc. North American membrane society 7 annual meeting, Portland, Oregon- 1995 (20- 24 May).
- K.A. Mauritz//Materials Science and Engineering: C, V. 6, 1998, P. 121−133.
- V. Freger, E. Korin, J. Wisniak, E. Korngold, Preferential sorption in ionexchange pervaporation membranes: sorption of water-ethanol mixture by sodium polyethylene sulphonate, J. Membr. Sci. 128 (1997) 151.
- K.D. Kreuer, On the development of proton conducting materials for technological applications, Solid State Ionics 97 (1997) 1.
- James PJ., Elliott J.A., McMaster T.J. et al. Hydration of Nafion® studied by AFM and X-ray scattering // J. Mater. Sci. 2000. — V.35. — P.5111−5119.
- Ostrovskii D.I., Brodin A.M., Torell L.M. Raman study of water in Nafion-117 membranes // Solid State Ionics. 1996. — V.85. — P.323−327.
- Anantaraman A.V., Gardner C.L. Studies on ion-exchange membranes. Part 1. Effect of humidity on the conductivity of Nafion // J. Electroanal. Chem. 1996. -V.414.-P.115−120.
- Arimura T., Ostrovskii D., Okada T., Xie G. The effect of additives on the ionic conductivity performances of perfluoroalkyl sulfonated ionomer membranes // Solid State Ionics. 1999. -V. 118. — P. 1−10.
- Takada N., Koyama T., Suzuki M. et al. Ionic conduction of novel polymer composite films based on partially phosphorylated poly (vinyl alcohol) // Polymer. -2002.-V.43.-P.2031−2037.
- Lewandowski A., Skorupska K. Novel proton conducting polymer electrolyte based on poly (vinyl alcohol) and trifluoromethane sulfonic acid // Polish J. Chem. 2001. — V.75. — P.1745−1752. G. Gebel, P. Aldebert, M. Pineri, Polymer 34, 333 (1993).
- Vallejo, E.- Pourcelly, G.- Gavach, C.- Mercier, R.- Pineri, M. J. Membr. Sci. 1999, 160, 127.
- A.E. Steck, C. Stone, in Proceedings of the Second International Symposium on New Materials for Fuel Cell and Modern Battery Systems, (O. Savadogo, P.R. Roberge, eds.), Montreal, Canada, July 6−10, 1997, p.792.
- Noshay, A.- Robeson, L. M. J. Appl. Polym. Sci. 1976, 20, 1885.
- Johnson, B. C.- Yilgor, I.- Tran, C.- Iqbal, M.- Wightman, J. P.- Lloyd, D. R.- McGrath, J. E. J. Polym. Sci.: Polym. Chem. Ed. 1984, 22, 721.
- Genova-Dimitrova, P.- Baradie, В.- Foscallo, D.- Poinsignon, C.- Sanchez, J. Y. J. Membr. Sci. 2001, 185, 59.
- R. Nolte, K. Ledjeff, M. Bauer, R. Mulhaupt, J. Membrane Sci. 83, 211−220 (1993).
- J. Kerres, W. Cui, S. Reichle, J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 34, 2421 (1996).
- Bae J.-M., Honma I., Murata M. et al. Properties of selected sulfonated polymers as proton-conducting electrolytes for polymer electrolyte fuel cells // Solid State Ionics. 2002. — V. 147. — P. 189−194.
- Волков В.И., Сидоренкова E.A., Корочкова C.A., Тимашев С. Ф., Новиков Н. А., Сокольская И. Б. //Журн. физ. химии. 1994. Т.68. С. 309.
- Волков В.И., Сидоренкова Е. А., Тимашев С. Ф., Лакеев С.Г.// Журн. физ. химии. 1993. Т. 67. С. 914.
- Berezina N.P., Timofeev S.V., Kononenko N.A. /Я. Membr. Sci. 2002. V. 209. P. 509.
- Volkov V.I., Volkov E.V., Timashev S.F., J. Fraissard, O. Lapina // Kluver Academic Publishers. 2002. P. 267.
- Самойлов О.Я. // Структура водных растворов электролитов и гидратации ионов. // М.: Изд-во АН СССР. 1957. 180 с. 97.0зерин А.Н., Ребров А. В., Якунин А. И. и др. // Высокомолекуляр. соединения. 1986. Т.28. С.254
- O.Gierke T.D., Munn G.E., Wilson F.C.//J. polym. sci. polym. phys. ed. 1981. V. 19. P. 1687.
- Volkov V.I., Volkov E.V., Timashev S.F., J. Fraissard, O. Lapina // Kluver Academic Publishers. 2002. P. 267.
- Volkov V.l., Korotchkova S.A., Ohya H., Guo Q. // J. Membr. Sei. 1995. V. 100. P. 273.
- Самойлов О.Я. // Структура водных растворов электролитов и гидратации ионов. // М.: Изд-во АН СССР. 1957. 180 с.
- Кирш Ю.Э., Федотов Ю. А., Смирнова H.H., Артемов Д. Ю., Януль H.A., Некрасова Т. Н. Высокомол. соед. А., 1991, Т. 33, № 5, С. 1127.
- Соколов Л.Б., Курицын Л. В., Федотов Ю. А., Бобко Л. А. Высокомол. соед. А., 1982, Т. 24, № 3, С. 606.
- Федотов Ю.А., Ильин М. И., Гитис С. С., Субботин В. А., Валгин C.B. Высокомол. соед. Б., 1995, Т. 37, № 11, С. 1929.
- Федотов Ю.А., Смирнова H.H., Емелина Е. А., Зотова Н. И. Высокомол. соед. А., 1997, Т. 39, № 7, С. 1206.
- Федотов Ю.А., Субботин В. А., Гитис С. С., Зотова Н. И., Герасимов В. Д., Маяцкий В. А., Солдатова Т. А., Терехина Л. А. Высокомол. соед. Б., 1990, Т. 32, № 2, С. 105.
- Кирш Ю.Э., Семина Н. В., Януль H.A., Малкина И. М., Федотов Ю. А., Тимашев С. Ф. Электрохимия, 1995, Т. 31, № 1, С. 11.
- Кирш Ю. Э. Вдовин П.А., Федотов Ю. А., Семенова С. И., Платонов К. Н., Тимашев С. Ф. Высокомол. соед. Б., 1997, Т. 39, № 5, С. 890.
- Тимашев С.Ф. Физико-химия мембранных процессов М.: Химия, 1988, 237 с.
- Волков В.И., Корочкова С. А., Нестеров И. А., Кирш Ю. Э., Тимашев С. Ф. Журн. физ. хим 1994, Т.68 № 7, С. 1310.
- Ю. А. Добровольский, А. В. Писарева, JI. С. Леонова, А. И. Карелин, Альтернативная энергетика и экология 2004, № 12(20), С. 36−41.
- Русанов А.Л., Лихачев Д. Ю., Мюллен К. Электролитические протонпроводящие мембраны на основе ароматических конденсационных полимеров // Успехи Химии. 2002. — Т.71. — № 9. — С.862−877.
- Rebrov A.V., Ozerin A.N., Svergun D.I. et al. Small angle X-ray scatter study of the aggregation of macromolecules of the perfluorosulphonated ionomer in solution // Polymer Science USSR. 1990. — V.32. — P.1515−1521.