Modyfikacja materiałów polimerowych z zastosowaniem powłok tlenkowych otrzymywanych metodą zol-żel w celu ograniczenia przenikalności gazów

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Modyfikacja materiałów polimerowych z zastosowaniem powłok tlenkowych otrzymywanych metodą zol-żel w celu ograniczenia przenikalności gazów"

Feliks Król
6 lat temu
Przeglądów:

przewód doktorski Anna Szczurek Promotor: Prof. dr hab. inż.

1 Modyfikacja materiałów polimerowych z zastosowaniem powłok tlenkowych otrzymywanych metodą zol-żel w celu ograniczenia przenikalności gazów Prezentacja otwierająca przewód doktorski Anna Szczurek Promotor: Prof. dr hab. inż. Jerzy Kaleta Promotor pomocniczy: Dr inż. Justyna Krzak Katedra Mechaniki i Inżynierii Materiałowej Politechnika Wrocławska

2 mld ekwiwalentu ropy rocznie Wstęp Światowe zużycie energii z podziałem na źródła energii ATOM WODORU CZĄSTECZKA WODORU lata proton elektron

wysokociśnieniowe gęstość gazowego H 2 : 0.

3 Problem z magazynowaniem wodoru wodór w postaci niezwiązanej w stanie gazowym w stanie ciekłym Dynetek SP Cryo zbiorniki wysokociśnieniowe gęstość gazowego H 2 : g/dm 3 (0 C, 1013hPa) 350 v 700 bar szczelność zbiornika zbiorniki kriogeniczne 20 K (- 253ºC)

4 Problem z magazynowaniem wodoru wodór w postaci związanej w ciele stałym wodorki metali zeolity sieci metalo-organiczne (MOF) nanorurki węglowe domieszkowane metalami grafan en.wikipedia.org Hirscher, M. (2011), Hydrogen Storage by Cryoadsorption in Ultrahigh-Porosity Metal Organic Frameworks. Angew. Chem. Int. Ed., 50: Hydrogen Storage for Energy Application, Hydrogen Storage, Prof. Jianjun Liu (Ed.), InTech, (2012)

5 Zbiornik z warstwą doszczelniającą powłoka kompozytowa warstwa doszczelniająca polimerowy liner *grubość warstwy doszczelniającej: nanometryczna lub submikronowa bez warstwy p 1, p 2, C 1 C 2 z warstwą

Barierowe tlenkowe powłoki ochronne CrO2, Al2O3, TiO2, Cr2O3 / SiO2

in hydrogen permeation barrier of α-al2o3: The role of crystal

January 2014, 610-619 Właściwości wpływające na barierowość, np.

6 Barierowe tlenkowe powłoki ochronne CrO2, Al2O3, TiO2, Cr2O3 / SiO2 Nanoszone na stopy metali w celu ochrony przed korozją wodorową G. Zhang et al. Mechanisms for adsorption, dissociation and diffusion of hydrogen in hydrogen permeation barrier of α-al2o3: The role of crystal orientation, International Journal of Hydrogen Energy, 39, 1, 2 January 2014, Właściwości wpływające na barierowość, np.: gęstość struktury materiału występowanie defektów powinowactwo względem wodoru (adsorpcja, dyfuzja, desorpcja)

7 Membrany tlenkowe do separacji gazów Warstwa tlenkowa na podłożu metalicznym Mechanizmy przenikania gazów przez materiał H 2 /CO 2, H 2 /N 2, H 2 /CH 4

8 Niestandardowe membrany sfunkcjonalizowane Funkcjonalizacja porów web.stanford.edu, (GCEP Annual Scientific Report, Advanced CO 2 /H 2 separation materials incorporating active functional agents, S. Kazama et al.)

9 Uzyskane wyniki badań

10 Badania przenikalności CO 2 Próbka Przenikalność gazu [cm 3 m -2 24h -1 atm] Współczynnik przenikalności [cm 3 mm 1 m -2 24h -1 atm] Procentowa przenikalność gazu (przy założeniu odniesienia przenikalności =100% dla niemodyfikowanej folii PET) PET 141,26 22, % PET + powłoka 2-warstwowa PET + powłoka 4-warstwowa 111,11 17,78 79 % 56,52 9,04 40 %

11 Wnioski z przeprowadzonych badań Możliwe jest otrzymanie ciągłych warstw na podłożach polimerowych, wykazujących adhezję do podłoży Powierzchnia właściwa warstwy wierzchniej materiału po naniesieniu powłoki zmniejsza się Zaproponowana 4-warstwowa powłoka hybrydowa (SiO 2 /TiO 2 ) ogranicza przenikalność CO 2 przez materiał o 60% Badania literaturowe wskazują iż dotychczas opracowano rozwiązania dla powłok barierowych na podłożach metalicznych charakteryzujące się strukturą krystaliczną Problemy pomiarowe trudność wykonywania pomiarów przenikalności gazowego wodoru przez materiały niemetaliczne

12 Pożądane właściwości otrzymanej warstwy Barierowość względem przenikalności gazów Stabilność chemiczna na poziomie warunkującym barierowość Stabilność w zakresie temperatur pracy zbiornika: od -40 do 85 C Dobra adhezja do podłoża polimerowego Elastyczność, zapewniająca współpracę ze zbiornikiem

13 Planowane badania lepkość spektroskopia ramanowska SEM AFM termograwimetria badania mechaniczne - badania odporności na zarysowanie (scratch-test), badania wytrzymałościowe przenikalność gazów

14 Literatura J. Liu (Ed.), Hydrogen Storage for Energy Application in Hydrogen Storage, InTech, 2012 H. Barthe le my, Hydrogen storage - Industrial prospectives, International Journal of Hydrogen Energy ; D. He, S. Li, X. Liu, C. Zhang, Q. Yu, Y. Lei, S. Wang, L. Jiang, Influence of microstructure on the hydrogen permeation of alumina coatings, International Journal of Hydrogen Energy ; R. W. Baker, Membrane Technology and Applications, John Wiley and Sons, Ltd, 2004; S. Barma, B. Mandal, Synthesis and characterization of ordered mesoporous silica membrane: Role of porous support and gas permeation study, Microporous Mesoporous Mater., vol. 210, pp , Jul. 2015; M. K. Barillas, R. M. Enick, M. O Brien, R. Perry, D. R. Luebke, B. D. Morreale, The CO 2 permeability and mixed gas CO 2 /H 2 selectivity of membranes composed of CO 2 -philic polymers, Journal of Membrane Science ; F. Awaja, M. Gilbert, G. Kelly, B. Fox, and P. J. Pigram, Adhesion of polymers, Prog. Polym. Sci ; C. J. Brinker, G. W. Scherer, Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing, Academic Press, 1990; B. Ramezanzadeh, M. Mohseni, A. Karbasi, Preparation of sol gel-based nanostructured hybrid coatings; part1: morphological and mechanical studies, J Mater Sci : ; T. Dobre, O. C. Pârvulescu, and G. Iavorschi, Analysis of sol evolution in sol-gel synthesis by use of rheological measurements, vol. 71, 2009;

15 Dziękuję za uwagę

Podobne dokumenty

Wytwarzanie i modyfikacja aerożeli krzemionkowych dla zastosowań biomedycznych

Wytwarzanie i modyfikacja aerożeli krzemionkowych dla zastosowań biomedycznych Prezentacja otwierająca przewód doktorski Mgr inż. Bartosz Babiarczuk Promotor: Prof. dr hab. inż. Jerzy Kaleta Promotor pomocniczy: