Boron fosfat destekli pbı bazlı kompozit membranların hazırlanması ve özelliklerinin incelenmesi
Preparation of boron phosphate reinforcedpbi based composite membranes and examination of properties
Yazar: SUHEDA TOSUN
Danışman: DOÇ. DR. İLKAY ÖZAYTEKİN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada boron fosfat destekli (BPO4) PBI (polibenzimidazol) bazlı fiber ve döküm kompozit membranlar hazırlanması amaçlanmıştır. Polibenzimidazoller; hidroksamoil klorür ve diamino monomerlerlerinden DMF''li (dimetilformamid) ortamda 150 ᵒC'de katalizörsüz olarak hazırlanmıştır. Fiber için, % 20'lik polibenzimidazol çözeltisi sol-jel yöntemiyle DMF/aseton çözücü çifti kullanılarak PVDF (polivinilidin florür), BPO4 PBI-1 (1:1:1) oranlarında homojenizatörde hazırlanmıştır. Elektrospinle fiber eldesi için; 20 kV gerilim ve 15 cm aralıklı Al folyo üzerine yarım saatlik fiber biriktirmesi yapılmıştır. Çalışmamızda ayrıca PVDF/BPO4/PBI-1:(PBM-1); PVDF/BPO4/PBI-2:(PBM-2); PVDF/PBI-1:(PM-1) ve PVDF/PBI-2:(PM-2) döküm kompozit membranlar sentezlenmiştir. Fiber ve döküm kompozit membranlar için su tutma ve iyon değişim kapasiteleri hesaplanmış, taramalı elektron mikroskobu (SEM), yüzey temas açısı ölçümü, proton iletkenlik ölçümü, fourier transform infrared spektroskopisi (FTIR), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve termogravimetrik (TGA) analizleri yapılmıştır. PBFM-1, PBM-1vePBM-2 membranlar için BPO4 varlığı X-ışını difraktometresi (XRD) analizinde doğrulanmıştır. Ayrıca PBFM-1 membranının atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile fiberin RMS değeri 113.404 nm olarak bulunmuştur. Farklı sıcaklıklarda proton iletkenlik ölçümleri yapılarak en iyi sonuç PBM-2 döküm membranında 120 °C'de  (7.1×10-2 1/Ω×cm)  olarak elde edilmiştir. İyon değişim kapasiteleri 3.12-5.68 mmol/g arasında değişmiştir. Bulunan değerlerin Nafion membran için elde edilen değerlerden (0.91 mmol/g) yüksek olduğu gözlenmiştir.
 


Anahtar Kelimeler: Boron fosfat, Kompozit membran, PBI hibrit,

Abstract:
In this study, it is aimed to prepare cast composite membranes which reinforced with boron phosphate (BPO4) and PBI (polybenzimidazole) based fiber. Polybenzimidazoles are prepared from hydroxamoyl chloride and diamino monomers in the DMF (dimethylformamide) atmosphere at 150 ᵒC without catalyst. The 20 % polybenzimidazole solution was prepared in a PVDF (polyvinylidene fluoride), BPO4 PBI-1 (1: 1: 1) homogenizer with a sol-gel method using DMF / acetone solvent pair in order for fiber. Fiber deposition was done on the aluminum foil at a distance of 15 cm with 20 kV voltage in order to provide fiber electrospin. In this study, it also PVDF/BPO4/PBI-1 (PBM-1), PVDF/BPO4/PBI-2 (PBM-2), PVDF/PBI-2(PM-2) and PVDF/PBI-1(PM-1) composite membranes were synthesized. The water uptake and ion exchange capacities were measured for fiber and cast composite membranes; scanning electron microscopy (SEM), surface contact angle measurement, proton conductivity measurement, fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric (TGA) analyzes were performed. BPO4 has been confirmed in the presence of X-ray diffractometry (XRD) analysis for PBFM-1, PBM-1ve PBM-2 membranes. In addition, the RMS value of the fiber of  the PBFM-1 membrane was found to be 113.404 nm by the atomic force microscope (AFM). Proton conductivity measurements were made at different temperatures and the best results were reached at PBM-2 casting membrane at 120 ° C (7.1 × 10-2 1 / Ω × cm). The ion exchange capacities were ranged from 3.12 to 5.68 mmol g. It observed that founded values were higher than the values (0.91 mmol /g) obtained for Nafion membrane.

Keywords:  Boron phosphate, Composite membrane, PBI hybrid