การเตรียมและลักษณะสมบัติของเยื่อแผ่นแลกเปลี่ยนโปรตอนจากไคโตซานคอมโพสิต

Abstract

งานวิจัยนี้ได้มีการเตรียมเยื่อแผ่นไคโตซานคอมโพสิตเพื่อใช้เป็นเยื่อแผ่นแลกเปลี่ยนโปรตอนในเซลล์เชื้อเพลิง โดยมีการเชื่อมขวางด้วยกรดซัลฟิวริก การเติมเกลือลิเทียมไนเตรตและลิเทียมแอซีเทต การเติมเอทิลีนคาร์บอเนต และการโดปด้วยกรดซัลฟิวริกพบว่า เยื่อแผ่นมีสมบัติที่ดีกว่า Nafion ในด้านค่าความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออน ค่าการซึมผ่านของแก๊สไฮโดรเจน และความสามารถทนต่อแรงดึง สำหรับสมบัติที่ยังต้องมีการปรับปรุงต่อไป ได้แก่ ค่าร้อยละการบวมตัวของเยื่อแผ่นที่มีค่าน้อยลงภายหลังการปรับปรุงแต่ยังคงมีค่าสูง ค่าการนำโปรตอนสูงขึ้นแต่ยังน้อยกว่า Nafion จากการศึกษาพบว่าปริมาณของเกลือลิเทียมร้อยละ 50 โดยน้ำหนัก และความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกที่ใช้เชื่อมขวางเท่ากับร้อยละ 2 หรือ 4 เป็นปริมาณที่เหมาะสมในการปรับปรุงเยื่อแผ่น สามารถทำนายกลไกการเคลื่อนที่ของโปรตอนว่า เคลื่อนที่ในรูปของไฮโดรเนียมโดยการเคลื่อนที่ไปตามหมู่ซัลเฟตในเยื่อแผ่นที่เชื่อมขวางมีประสิทธิภาพมากกว่าการเคลื่อนที่ผ่านหมู่อะมิโนในเยื่อแผ่นที่ไม่ได้เชื่อมขวาง การเติมเอทิลีนคาร์บอเนตและเกลือลิเทียมจะช่วยให้สายโซ่มีความยืดหยุ่นมากขึ้น ทำให้การเคลื่อนที่ของไฮโดรเนียมดีขึ้น การโดปด้วยกรดซัลฟิวริกจะทำให้ไฮโดรเนียมผ่านได้ง่ายขึ้นและมากขึ้น เยื่อแผ่นที่มีสมบัติซึ่งเหมาะสมในการนำไปใช้ทดแทน Nafion ได้ คือ 4%crosslinked chitosan + 50%LiNO[subscript 3] ซึ่งมีค่าการนำโปรตอนหลังจากโดปเท่ากับ 0.066 ซีเมนส์/เซนติเมตร ในขณะที่ Nafion มีค่าเท่ากับ 0.08 ซีเมนส์/เซนติเมตร