Sülfolanmış polisülfon nanokompozit membranlar hazırlanması ve karakterizasyonu

Abstract

Polisülfonlar şeffaf, sert ve dayanıklı termoplastik malzemelerdir. Polisülfonların en basit tekrar eden birimleri sülfon, eter ve aril birimleridir. Polisülfonlar ana zincir yapısından dolayı diğer birçok polimerik malzemeye göre yüksek camsı geçiş sıcaklığı (180°C- 250°C) gösterirler. Asitlere, bazlara ve yüksek sıcaklıklarda hidrolize karşı dirençlidirler. Bu özelliklerinden dolayı biyokimya, gıda endüstrisi, medikal endüstrisi, otomobil endüstrisi gibi birçok alanda kullanılmaktadırlar. Polisülfonlar ayrıca ana zincirdeki diaril sülfon grubu nedeniyle iyi film oluşturma özellikleri sunar. Polisülfonların tekrar üretilebilirliği ve gözenek kontrolünün kolaylığı, membran olarak kullanımlarını arttırmıştır. İlk polisülfon membran, aşırı pH koşullarında polisülfonların termal stabilitesi ve yüksek direnci nedeniyle selülozik membranlara alternatif olarak 1960'larda üretilmiştir. Her geçen gün biraz daha gelişen sanayi ve artan enerji talebi küresel bir enerji tüketimini beraberinde getirmektedir. Yakıt hücreleri fosil yakıt sonrası dünya için umut vaat eden bir teknolojidir. Yakıt hücrelerinin büyük ölçüde ticarileşmesi için yakıt hücrelerini iyileştirme ve maliyeti düşürme amacıyla birçok çalışma yapılmaktadır. Yakıt hücrelerinin performansını etkileyen faktörlerden bir tanesi membranlardır. Üstün kimyasal kararlılıkları, proton iletkenlikleri ve mekanik özelliklerinden dolayı Nafion en yaygın kullanılan membran türüdür. Ancak çalışma sıcaklığının 100°C'nin altında olması, yüksek maliyet, oksijen sızıntısı, yakıt geçişi, biyolojik kirlenme gibi problemler yüksek performanslı yeni membranlar üzerine çalışmalar yapmayı gerekli kılmaktadır. Proton iletkenliğini ve hidrofilikliği artıran temel yöntemlerden bir tanesi polimerlerin sülfonasyonudur. Membran performansını artıran bir diğer yöntem ise katkılı membran hazırlamaktır. Polisülfon ana zincirindeki aromatik halkalar, polimerin fiziksel özelliklerini değiştirmek için elektrofilik veya nükleofilik reaksiyonlara izin verir. Polisülfonların fiziksel ve kimyasal özelliklerini güçlendirmek veya iyileştirmek için polisülfon ana zinciri üzerinde yapılan bu kimyasal modifikasyonlar iki şekilde gerçekleştirilebilir. Bunlar post-polimerizasyon ve fonksiyonel monomer yöntemleridir. Polisülfonların post modifikasyonu polimer sentezlendikten sonra nükleofilik ve elektrofilik reaksiyonlarla gerçekleştirilir. Post modifikasyonlarda iki yaklaşım vardır. Bunlar uç zincir modifikasyonları ve yan zincir modifikasyonlarıdır. Polimerlerin yan zincir modifikasyonu, fonksiyonel gruplar veya polimerler eklemek için çok önemli bir yaklaşımdır. İlk olarak yan zincirdeki grupların aktivasyonu ve daha sonra diğer gruplarla kimyasal reaksiyon ile saf polimere kıyasla üstün özelliklere sahip modifiye polimerler elde edilir. Sülfonasyon, daha yüksek su akışı, iyileştirilmiş geçirgenlik ve proton iletkenliği gibi membran özelliklerini ve hidrofilikliği artırmak için kullanılan en güçlü ve çok yönlü bir polimer modifikasyonudur. Polisülfonların sülfonasyonu elektrofilik aromatik sübstitüsyon reaksiyonları ile oluşur.