Nghiên Cứu Chế Tạo, Khảo Sát Tính Chất và Định Hướng Ứng Dụng Màng Trao Đổi Anion Hydroxyl

Nghiên cứu chế tạo màng trao đổi anion hydroxyl, khảo sát tính chất và ứng dụng tiềm năng. Vật liệu mới cho pin nhiên liệu kiềm hiệu suất cao, thân thiện môi trường.

• Tác giả: Nguyễn Văn Thức
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Thức
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo màng trao đổi anion hydroxyl biến tính poly(vinyl alcohol) (PVA), hợp PVA một hợp phân khác polymer khả năng dẫn anion (chứa nhóm chức ammonium trong thành phần polymer).
• Loại tài liệu: Báo cáo khoa học
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. PHẦN I: THÔNG TIN CHUNG
• 1.1. Tên đề tài
• 1.2. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài
• 1.3. Đơn vị chủ trì
• 1.4. Thời gian thực hiện
• 1.4.1. Theo hợp đồng
• 1.4.2. Thực hiện thực tế
• 1.5. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có)
• 1.6. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài
• 2. PHẦN II: TỔNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đặt vấn đề
• 2.1.1. Mục tiêu chung
• 2.1.2. Mục tiêu cụ thể
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. Tổng kết kết quả nghiên cứu
• 2.3.1. Màng trao đổi anion trên cơ sở sự biến tính của PVA
• 2.3.2. Vật liệu màng trao đổi anion trên cơ sở tổ hợp từ PVA và các polymer khác
• 2.3.2.1. Khả năng trao đổi anion của màng
• 2.3.2.2. Khả năng hấp thu nước (Wu)

Tóm tắt

I. Nghiên Cứu Tổng Quan Về Màng Trao Đổi Anion Hydroxyl AEM

Bài viết này trình bày một cái nhìn tổng quan về màng trao đổi anion hydroxyl (AEM) và vai trò quan trọng của chúng trong pin nhiên liệu kiềm (AFC). AFC, một loại pin nhiên liệu hứa hẹn, sử dụng dung dịch điện ly kiềm để vận chuyển các ion. Tuy nhiên, việc sử dụng dung dịch kiềm lỏng có những hạn chế, bao gồm ăn mòn điện cực và tạo thành carbonate. AEM nổi lên như một giải pháp thay thế đầy tiềm năng, cung cấp một môi trường dẫn ion rắn giúp loại bỏ các vấn đề này. Nghiên cứu và phát triển AEM đang diễn ra nhằm cải thiện độ dẫn ion, độ bền hóa học, và hiệu suất tổng thể của AFC. AEM hoạt động bằng cách cho phép ion hydroxyl (OH-) di chuyển qua màng, từ cực âm sang cực dương, tạo ra dòng điện. Khả năng vận chuyển ion hiệu quả của AEM là yếu tố then chốt trong việc xác định hiệu suất của AFC.

1.1. Lịch sử phát triển của màng trao đổi anion AEM

Sự phát triển của màng trao đổi anion (AEM) cho pin nhiên liệu kiềm (AFC) trải qua nhiều giai đoạn. Ban đầu, các nhà nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng polyme có sẵn để tạo ra màng. Tuy nhiên, những màng này thường có độ dẫn ion thấp và độ bền kém. Theo thời gian, các phương pháp tổng hợp polyme mới đã được phát triển để tạo ra các AEM có tính chất được cải thiện. Các nghiên cứu gần đây tập trung vào việc sử dụng các vật liệu mới và thiết kế màng tiên tiến để tối ưu hóa hiệu suất của AFC.

1.2. Ưu điểm của màng trao đổi anion so với dung dịch kiềm lỏng

Màng trao đổi anion (AEM) mang lại nhiều lợi thế so với việc sử dụng dung dịch kiềm lỏng trong pin nhiên liệu. AEM giảm thiểu ăn mòn điện cực, ngăn chặn sự hình thành carbonate, và cho phép thiết kế pin nhỏ gọn hơn. AEM cũng cải thiện độ ổn định nhiệt và hiệu suất tổng thể của pin. Theo nghiên cứu của TS. Nguyễn Văn Thức, việc sử dụng AEM giúp giảm mòn điện cực đáng kể so với môi trường kiềm lỏng.

1.3. Cơ chế hoạt động của Màng trao đổi Anion hydroxyl

Cơ chế hoạt động của màng trao đổi anion hydroxyl dựa trên việc vận chuyển ion hydroxyl (OH-) từ cực âm sang cực dương. Khi hydro được oxy hóa tại cực âm, nó tạo ra các electron và ion hydro. Các ion hydro này phản ứng với dung dịch điện ly kiềm tạo ra ion hydroxyl. Các ion hydroxyl này sau đó di chuyển qua màng AEM đến cực dương, nơi chúng tham gia vào phản ứng oxy hóa oxy. Màng AEM có tính chọn lọc ion, chỉ cho phép các ion hydroxyl đi qua, trong khi ngăn chặn các ion khác. Điều này giúp duy trì hiệu suất cao của pin.

II. Thách Thức Trong Chế Tạo Màng Anion Hydroxyl Bền Hiệu Suất

Mặc dù có nhiều ưu điểm, việc phát triển màng trao đổi anion hydroxyl (AEM) hiệu suất cao vẫn còn nhiều thách thức. Các thách thức chính bao gồm: cải thiện độ bền hóa học của màng trong môi trường kiềm, tăng độ dẫn ion để đạt hiệu suất cao hơn, và giảm chi phí sản xuất để AEM có thể cạnh tranh với các công nghệ pin nhiên liệu khác. Một số vật liệu polyme được sử dụng để chế tạo AEM dễ bị phân hủy trong môi trường kiềm, dẫn đến giảm hiệu suất theo thời gian. Do đó, việc tìm kiếm vật liệu mới và phương pháp chế tạo màng sáng tạo là rất quan trọng. Ngoài ra, việc tối ưu hóa cấu trúc màng để cải thiện độ dẫn ion mà vẫn duy trì độ bền cơ học cũng là một thách thức lớn.

2.1. Vấn đề độ bền hóa học của màng AEM trong môi trường kiềm

Độ bền hóa học của màng AEM trong môi trường kiềm là một vấn đề quan trọng cần được giải quyết. Môi trường kiềm có thể gây ra sự phân hủy polyme, dẫn đến giảm độ dẫn ion và tuổi thọ của màng. Các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm các vật liệu polyme mới có khả năng chống lại sự phân hủy kiềm tốt hơn. Các phương pháp như crosslinking (liên kết ngang) và grafting (ghép) cũng được sử dụng để cải thiện độ bền hóa học của màng.

2.2. Làm thế nào để tăng độ dẫn ion của màng trao đổi anion

Tăng độ dẫn ion của màng trao đổi anion là rất quan trọng để cải thiện hiệu suất của pin nhiên liệu kiềm. Điều này có thể đạt được bằng cách tăng nồng độ các nhóm chức anion trên màng, tối ưu hóa cấu trúc màng để cho phép vận chuyển ion dễ dàng hơn, và sử dụng các vật liệu có độ linh động ion cao hơn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc thêm các chất phụ gia đặc biệt vào màng có thể cải thiện đáng kể độ dẫn ion.

2.3. Giảm chi phí sản xuất màng AEM để thương mại hóa

Giảm chi phí sản xuất màng AEM là rất quan trọng để thương mại hóa công nghệ pin nhiên liệu kiềm. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng các vật liệu rẻ tiền hơn, đơn giản hóa các quy trình chế tạo màng, và sản xuất màng với số lượng lớn để giảm chi phí đơn vị. Nghiên cứu và phát triển các phương pháp tổng hợp polyme mới và các quy trình sản xuất hiệu quả hơn là rất quan trọng để giảm chi phí.

III. Phương Pháp Chế Tạo Màng Trao Đổi Anion Hydroxyl Tiên Tiến

Nhiều phương pháp khác nhau đã được phát triển để chế tạo màng trao đổi anion hydroxyl (AEM). Các phương pháp phổ biến bao gồm casting, spraying, và extrusion. Phương pháp casting liên quan đến việc đổ dung dịch polyme lên một bề mặt phẳng và để dung môi bay hơi. Phương pháp spraying liên quan đến việc phun dung dịch polyme lên một bề mặt và để nó khô. Phương pháp extrusion liên quan đến việc ép polyme nóng chảy qua một khuôn để tạo ra một màng liên tục. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào các tính chất mong muốn của màng và chi phí sản xuất.

3.1. Kỹ thuật casting màng AEM Ưu điểm và hạn chế

Kỹ thuật casting là một phương pháp đơn giản và linh hoạt để chế tạo màng AEM. Ưu điểm của kỹ thuật này bao gồm khả năng kiểm soát độ dày màng, dễ dàng sử dụng các polyme khác nhau, và chi phí thiết bị thấp. Tuy nhiên, kỹ thuật casting có thể gặp khó khăn trong việc tạo ra màng đồng nhất và có thể yêu cầu thời gian sấy khô lâu.

3.2. Ứng dụng kỹ thuật spraying trong sản xuất màng AEM

Kỹ thuật spraying là một phương pháp hiệu quả để sản xuất màng AEM trên quy mô lớn. Ưu điểm của kỹ thuật này bao gồm khả năng tạo ra màng mỏng và đồng nhất, tốc độ sản xuất cao, và khả năng tạo ra màng với các hình dạng phức tạp. Tuy nhiên, kỹ thuật spraying có thể yêu cầu thiết bị đắt tiền và có thể tạo ra chất thải polyme dư thừa.

3.3. Quy trình Extrusion để tạo màng trao đổi anion liên tục

Quy trình extrusion là một phương pháp hiệu quả để sản xuất màng AEM liên tục với độ dày và tính chất đồng nhất. Ưu điểm của quy trình này bao gồm khả năng sản xuất màng với số lượng lớn, kiểm soát chính xác độ dày màng, và khả năng sử dụng các polyme nhiệt dẻo. Tuy nhiên, quy trình extrusion có thể yêu cầu thiết bị đắt tiền và có thể giới hạn trong việc sử dụng một số loại polyme nhất định.

IV. Vật Liệu Polymer Tiềm Năng Cho Màng Trao Đổi Anion Hydroxyl

Việc lựa chọn vật liệu polymer phù hợp là rất quan trọng trong việc chế tạo màng trao đổi anion hydroxyl (AEM) hiệu suất cao. Các vật liệu polymer phổ biến bao gồm poly(vinyl alcohol) (PVA), poly(ethylene oxide) (PEO), poly(vinylidene fluoride) (PVdF), và poly(styrene). PVA có giá thành rẻ và dễ xử lý, nhưng có độ bền hóa học kém. PEO có độ dẫn ion cao, nhưng có độ bền cơ học kém. PVdF có độ bền hóa học tốt, nhưng có độ dẫn ion thấp. Poly(styrene) có thể được biến đổi để có độ dẫn ion và độ bền hóa học tốt. Các nhà nghiên cứu đang khám phá các vật liệu polymer mới và các phương pháp kết hợp các vật liệu khác nhau để đạt được các tính chất mong muốn.

4.1. Ưu điểm và hạn chế của vật liệu PVA trong màng AEM

Poly(vinyl alcohol) (PVA) là một vật liệu polymer phổ biến để chế tạo màng AEM do giá thành rẻ và dễ xử lý. Tuy nhiên, PVA có độ bền hóa học kém trong môi trường kiềm, dẫn đến giảm hiệu suất theo thời gian. Để cải thiện độ bền hóa học của PVA, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp như crosslinking (liên kết ngang) và grafting (ghép).

4.2. Khám phá tiềm năng của PEO trong màng trao đổi anion

Poly(ethylene oxide) (PEO) có độ dẫn ion cao, làm cho nó trở thành một vật liệu polymer đầy hứa hẹn cho màng AEM. Tuy nhiên, PEO có độ bền cơ học kém, dẫn đến màng dễ bị rách và hỏng. Để cải thiện độ bền cơ học của PEO, các nhà nghiên cứu đã kết hợp nó với các vật liệu polymer khác.

4.3. Đặc tính vượt trội của PVdF trong chế tạo màng AEM

Poly(vinylidene fluoride) (PVdF) có độ bền hóa học tốt, làm cho nó trở thành một vật liệu polymer lý tưởng cho màng AEM hoạt động trong môi trường kiềm khắc nghiệt. Tuy nhiên, PVdF có độ dẫn ion thấp, hạn chế hiệu suất của nó. Để cải thiện độ dẫn ion của PVdF, các nhà nghiên cứu đã thêm các chất phụ gia đặc biệt vào màng.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Màng Anion Hydroxyl Trong AFC

Màng trao đổi anion hydroxyl (AEM) đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và độ bền của pin nhiên liệu kiềm (AFC). Các ứng dụng tiềm năng của AFC với AEM bao gồm: cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử di động, cung cấp năng lượng dự phòng cho các tòa nhà, và cung cấp năng lượng cho các phương tiện giao thông. Việc phát triển AEM hiệu suất cao sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho việc sử dụng năng lượng sạch và bền vững.

5.1. Ứng dụng pin nhiên liệu kiềm trong lĩnh vực giao thông vận tải

Pin nhiên liệu kiềm (AFC) sử dụng màng trao đổi anion hydroxyl (AEM) có tiềm năng lớn trong lĩnh vực giao thông vận tải. AFC có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho xe điện, tàu thuyền, và máy bay, giảm thiểu khí thải và ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu và phát triển AEM hiệu suất cao sẽ giúp AFC trở nên cạnh tranh hơn với các công nghệ năng lượng khác.

5.2. Màng AEM giúp tăng hiệu suất cho thiết bị điện tử di động

AFC sử dụng màng AEM có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử di động như điện thoại thông minh, máy tính bảng, và máy tính xách tay. AFC có thể cung cấp thời lượng pin dài hơn và sạc nhanh hơn so với pin lithium-ion. Việc phát triển AEM mỏng và nhẹ sẽ giúp AFC trở nên phù hợp hơn cho các thiết bị di động.

5.3. Sử dụng AFC làm nguồn năng lượng dự phòng trong tòa nhà

AFC sử dụng màng AEM có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng dự phòng cho các tòa nhà, cung cấp điện trong trường hợp mất điện. AFC có thể hoạt động bằng hydro hoặc các nhiên liệu khác, cung cấp một nguồn năng lượng đáng tin cậy và bền vững. Nghiên cứu và phát triển AEM chi phí thấp sẽ giúp AFC trở nên phổ biến hơn trong các tòa nhà.

VI. Kết Luận Và Triển Vọng Phát Triển Màng Trao Đổi Anion AEM

Màng trao đổi anion hydroxyl (AEM) là một thành phần quan trọng trong pin nhiên liệu kiềm (AFC), mang lại nhiều lợi ích so với dung dịch điện ly kiềm lỏng. Nghiên cứu và phát triển AEM đang tiếp tục diễn ra, tập trung vào việc cải thiện độ bền hóa học, độ dẫn ion, và chi phí sản xuất. Trong tương lai, AEM có tiềm năng lớn để đóng góp vào việc phát triển các công nghệ năng lượng sạch và bền vững. Sự hợp tác giữa các nhà khoa học, kỹ sư, và các nhà sản xuất là rất quan trọng để thúc đẩy sự phát triển và thương mại hóa AEM.

6.1. Tóm tắt những thành tựu nghiên cứu về màng trao đổi anion

Nghiên cứu về màng trao đổi anion đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể trong những năm gần đây. Các nhà khoa học đã phát triển các vật liệu polyme mới, các phương pháp chế tạo màng tiên tiến, và các kỹ thuật đánh giá hiệu suất màng hiệu quả. Các thành tựu này đã giúp cải thiện đáng kể độ bền hóa học, độ dẫn ion, và hiệu suất tổng thể của màng AEM.

6.2. Hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương lai về màng AEM

Trong tương lai, nghiên cứu về màng AEM có thể tập trung vào các lĩnh vực sau: phát triển các vật liệu polymer mới có độ bền hóa học và độ dẫn ion cao, tối ưu hóa cấu trúc màng để cải thiện hiệu suất vận chuyển ion, và phát triển các phương pháp chế tạo màng chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Ngoài ra, việc nghiên cứu về các ứng dụng mới của màng AEM trong các lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như điện phân nước và khử muối, cũng là rất quan trọng.

6.3. Đề xuất các chính sách hỗ trợ phát triển màng trao đổi anion

Để thúc đẩy sự phát triển và thương mại hóa màng AEM, cần có các chính sách hỗ trợ từ chính phủ và các tổ chức nghiên cứu. Các chính sách này có thể bao gồm: tài trợ cho các dự án nghiên cứu và phát triển màng AEM, tạo ra các tiêu chuẩn và quy định cho màng AEM, và khuyến khích sự hợp tác giữa các nhà khoa học, kỹ sư, và các nhà sản xuất. Sự hỗ trợ này sẽ giúp thúc đẩy sự đổi mới và đưa công nghệ màng AEM đến với thị trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Hiện nay. việc trữ lượng các nguồn nhiên liệu hóa thạch dần dần cạn kiệt do nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng lớn của con người đang là một vẫn đề rất được quan tâm. Bên cạnh đó, sự thải ra lượng lớn khí thải CO; từ việc khai thác, sử dụng nhiên liệu hóa thạch khiến cho ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng và gây ra những biến đổi xấu trong cấu trúc hệ sinh thái môi trường. Với các ưu điểm như quy trình hoạt động chuyển hóa năng lượng không có sự cháy như trong động cơ đốt, có thể tạo ra dòng điện liên tục khi được cung cấp nhiên liệu và hoạt động với hiệu suât cao, lượng khí CO: sinh ra trong quá trình sử dụng không có hoặc rất ít, pin nhiên liệu được xem lả hướng giải quyết đầy tiềm nang cho vấn đề tìm kiếm nguồn năng lượng sạch thay thé cho nguồn nhiên liệu hóa thạch.

Có nhiều loại pin nhiên liệu khác nhau có thể kể đến như pin nhiên liệu kiểm. pin nhiên liệu phosphoric acid, pin nhiên liệu carbonat nóng chảy, pin nhiên liệu oxit răn, pin nhiên liệu methanol trực tiếp,. Trong đó, pin nhiên liệu kiềm được đánh giá là một trong những pin nhiên liệu chế tạo năng lượng tương đôi sạch và có hiệu quả sử dụng trong thực tế khá cao. Pin nhiên liệu kiềm có các đặc tính tốt như hạn chế được việc sử dụng các lớp xúc tác kim loại quý như platin, là một vật liệu có giá thành đắt và dễ bị ngộ độc bởi các sản phẩm của quá trình oxi hóa nhiên liệu.

khoảng nhiệt độ của pin nhiên liệu kiểm thấp hơn so với các hệ pm nhiên liệu khác (khoảng 100°C) và đặc biệt pin nhiên liệu kiềm sử dụng màng trao đổi anion thay thế cho dung dịch chất điện li co thé làm cho cấu trúc của pin gọn nhẹ và đơn giản hơn, hạn chế được sự tiêu hao chất điện li, làm giảm sự ăn mòn vật liệu điện cực cũng như làm giảm sự carbonat hóa trong môi trường kiềm. Vấn để nghiên cứu về chất điện H, đặc biệt là màng điện li ứng dụng cho pin nhiên liệu nói chung và pin nhiên liệu kiềm nói riêng vẫn còn là vẫn đề quan trọngđược nhiều nhà khoa học quốc tế > quan tam va nghiên cứu. Tại Việt Nam, vẫn đề nghiên cứu về chất điện li cho pin nhiên liệu kiềm vẫn chưa được nhiều nhà khoa học quan tam. Vi vay, để thực hiện mục tiêu chế tạo được hệ pịn nhiên liệu trong điều kiện ở Việt Nam thì vấn để nghiên cứu chế tạo màng trao đổi ion là một vấn để cấp thiết cần được quan tâm nghiên cứu và phát triển.

Do đó, đề tài nghiên cứu thực hiện với mục tiêu bước đầu chế tạo được màng trao đổi anion có thể đáp ứng được yêu cầu của pin nhiên liệu kiềm. Mục tiêu chung: Nghiên cứu chê tạo màng trao đôi anion có độ dẫn điện riêng trên 1ImS/cm, bên trong môi trường kiêm và độ bên nhiệt ~ 100C. Mục tiêu cụ thể: - Chế tạo được màng tr ao đổi anion hydroxyl trên cơ sở sự biến tính poly(vinyl alcohol) (PVA), tổ hợp của PVA với một số hợp chất cao phân tử khác và với polymer có khả năng dẫn anion (chứa nhóm chức ammonium trong thành phần polymer). Tìm ra điều kiện, thành phần phù hợp cho việc chế tạo mảng trao đổi anion có khả năng ứng dụng cho pin nhiên liệu kiềm.

Màng trao đổi thu được có độ dẫn điện riêng lớn hơn 1 mS/cm ở nhiệt độ phòng, khả năng trao đổi anion >0,9 mmol/g, bền trong môi trường kiềm và bên trong khoảng nhiệt độ từ nhiệt độ phòng tới 100°C. Phương pháp nghiên cứu: + Phương pháp trùng hợp gốc được sử dụng để tổng hợp polymer dẫn và biến tính PVA với chất khoi mao la benzoyl peroxide hoae 2,2 — azobisiobutyronitrin; tinh chat cia polymer được đặc trưng bằng phương pháp phổ hồng ngoại, phố cộng hưởng từ hạt nhân. + Kĩ thuật bar coating được sử dụng đề chế tạo màng trao đổi anion; + Độ dẫn điện riêng của mảng trao đổi anion được xác định qua phương pháp đo phố tổng trở xác định điện trở của màng bằng thiết bị đo điện hóa đa năng Autolab 30 của Hà Lan. Các mẫu màng trong.

điều kiện khô hoàn toàn và được tiếp xúc trực tiếp với các điện cực. Độ dẫn điện riêng (#) (Š/em) của mảng được xác định theo phương trình : / HRS Trong đó: ¿: độ dày của màng (cm) được được xác định bằng thước đo điện tử có độ chính xác tới +0,01mm. R: dién tro cua mang (Q) tA ’ ` 2 S: diện tích màng ( cm') được xácz định : > tA ; pA z băng diện tích tiếp xúc vớice mặtx đáy£ điện on : cực Platin có. đường kính d = 3mm + Khả năng trao đổi ion (IEC) được xác định bằng phương pháp chuẩn độ ngược.

Một mảnh mảng trao đổi anion hoàn toàn khô với khối lượng xác định, được ngâm trong dung dịch HCI với nông độ xác định trong 24h. Sau đó lẫy 5 mL dung dịch HCI (sau khi ngâm màng) chuẩn độ bang dung dich KOH, str dung phenolphtalein lam chat chi thi. Thé tich dung dich KOH dùng chuẩn độ được ghi lại đề tính nồng độ của dung dịch HCI sau khi ngâm màng. Khả năng trao đổi ion của màng được tính toán theo công thức sau: IEC(mmol 1 | g)=—* Vy (C.

0 $ ) m Trong đó: Vạ: thể tích dung dịch HCI ngam mang (ml) Cr nồng độ dung dịch HCI trước khi ngâm mang (mol/l) Ch: nồng độ dung dịch HCI sau khi ngam mang (mol/l) m: khối lượng của màng khô trước khi ngâm (g) + Khả năng hấp thu nước của màng được xác định: một mẫu nhỏ màng khô với khối lượng xác định (mạ) được ngâm trong nước cất ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ. Sau đó lay mang ra, nhanh chóng lau khô nước trên bẻ mặt màng bằng giấy thấm và cân lại khối lượng màng sau ngâm (my). Độ hấp thu nước (Wu) được xác định bang phuong trinh sau day: m Wu(%) =» — "4 100 m, Trong đó: my: khéi lugng mang sau khi ngâm (g) mạ: khối lượng màng khô (g) + Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng được sử dụng để xác định độ bền nhiệt học của màng. Trong nghiên cứu, độ bền nhiệt của vật liệu được xác định bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng trên thiết bị phân tích nhiệt của Khoa Hóa học- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên — ĐHQGHN.

Mẫu được khảo sát trong không khí từ nhiệt độ phòng tới 900°C và tốc độ gia nhiệt là 10°Œ/phút; + Hình thái học bề mặt và thành phần của màng trao đổi được xác định qua hình ảnh SEM; Cau trúc, liên kết giữa các phân tử trong hệ màng trao đổi được khảo sát thông qua phép đo phổ hồng ngoại (Trong nghiên cứu, pho hồng ngoại (TR) được xác định trên thiết bị Jasco FTIR/6300 trong vùng tân số từ 400— 4000 em”), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Tổng kết kết quả nghiên cứu 4. Màng trao đỗi anion trên cơ sở sư biến tính của PVA Sự biến tính PVA được thực hiện trên cơ sở phản ứng tạo ốc với Benzoyl peroxide (BP). San phẩm của quá trìnhghép mạch được chứng minh bằng phương pháp phổ 'ÌC-NMR.

Sau đó trên cơ sở PVA biến tính chế tạo màng trao đổi anion với các thành phần KOH khác nhau. Hình 1 thể hiện kết quả hình thái học bề mặt của vật liệu: 3 (a) (b) (c) Hình 1 Ảnh SEM của màng trên cơ sở của PVA(a), PVA-PVA(b) va PVA-PVA- 0,25gKOH (c). Từ hình 1 nhận thấy, màng chế tạo trên cơ sở của PVA chưa biến tính có bể mặt dạng hạt tròn, trong khi đó bề mặt của PVA ghép mạch nhẫn mịn hơn (không còn hình dạng hạt như PVA ban đầu). Điều này có thể chứng minh một lần nữa sự ghép mạch thành công của PVA.

Hình ảnh SEM của màng PVA-PVA-0.258KOH có những vết nứt (vỡ). Điều này có thể giải thích do sự cho thêm KOH và một phần hơi âm làm cho màng trở nên kém bên, dễ bị vỡ hơn. Độ dẫn điện riêng của màng được khảo sát bằng phương pháp đo phổ tong trở.Trên hình 2 thể hiện phổ tổng trở của màng ( PVA-PVA-0,25g KOH). Những màng trao đổi anion trên cơ sở PVA biến tính có hình dạng phổ tổng trở tương tự như màng(hình 2).5x10°5 4 oO! Hz ° 4x10 I2xIUU| *# ° 3x10 ° E.

° a E90x10 1] + ~ = e R 2x10 © ° ‘ ra_* 3° T ousi4 # Ix104 s e s Ồ T IS 2i agra 4x10 3.0x10° 90x10" 12x10" Lãxi0 Z', Ohm Hình 2. Phố tổng trở của màng ( PVA-PVA-0,25 g KOH). Mach điện tương đương với phổ tổng trở có dạng hình 2 có cấu tạo gồm 1 điện trở R mắc tiếp với một điện dung C: R C ƒ TT ¬ñn II Lo 1] Trên cơ sở kết quả phổ tông trở và mạch điện tương đương xác định được điện trở của màng trao đổi anion và tính được độ dẫn điện riêng của màng. Hình 3 thể hiện kết quả sự phụ thuộc độ dẫn điện riêng của màng vào khối lượngKOH ban đầu khi chế tạo mang.

Sự phụ thuộc giá trị độ dẫn điện riêng của màng PVA-PVA-xKOH vào nồng độ ban đầu của KOH (x). Từ hình3 nhận thấy, độ dẫn điện riêng của màng chế tạo trên cơ sở của PVA đã được biến tính khi không có mặt của KOH là không đáng kể và có thể coi màng PVA-PVA là một chất cách điện. Khi thêm KOH. độ dẫn điện riêng của màng tăng đáng ké va dat giá trị cực đại tại vùng nồng độ KOH ban đầu (x) khoảng 0.

Sự tăng lên của độ dẫn điện riêng. có thể được giải thích là do Sự tăng lên của các ion khi tăng nông độ của KOH. Sự giảm độ dẫn điện riêng sau khi tăng khối lượngKOH lớn hơn 0,4g được giải thích là do giảm độ điện li của KOH vìmàng ở trạng thái khô. Kết quả trên cũng tương đươngvới độ dẫn của hệ polyme điện li PVA-KOH- HO xấp xi10” S.cm' tại nhiệt độ phòng.

Ngoài ra, độ dẫn điện của màng trao đổi anion trên cơ sở biến tính PVA bang phương pháp chiếu xạ tia gamma có giá trị cao hơn là 0,34S.cm] Một đặc trưng quan trọng của màng trao đổi anion đó là khả năng trao đổi anion của mang. Trong nghiên cứu, khả năng trao đổi anion của màng được xác định bằng phương pháp chuẩn độ ngược. Kết quả sự phụ thuộc giá trị khả năng trao đổi anion vào khối lượng ban đầu của KOH được thể hiện trên hình 4.