Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός πολυμερικών μεμβρανών ως δεικτών pH αερολυμάτων
Loading...
Date
2026-05-28
Authors
Καΐτσα, Ιωάννα
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Το πολυβενζιμιδαζόλιο (ΡΒΙ) αποτελεί ένα ετεροκυκλικό πολυμερές που χαρακτηρίζεται από έντονη απόκριση σε όξινα περιβάλλοντα, ιδιότητα η οποία απορρέει από την παρουσία ιμιδαζολικών δακτύλιων κατά μήκος της πολυμερικής αλυσίδας του. Τα άτομα αζώτου του ιμιδαζολίου λειτουργούν ως κέντρα πρόσληψης πρωτονίων, επιτρέποντας στο ΡΒΙ να υφίσταται πρωτονίωση υπό όξινες συνθήκες. Η διαδικασία αυτή συνοδεύεται από την ανάδειξη μιας νέας κορυφής στους 1567 cm-1 φάσματος Raman τηςπρωτονιωμένης ουσίας. Συνεπώς, το ΡΒΙ αποτελεί πολλά υποσχόμενο υλικό σε εφαρμογές μέτρησης pH μέσω φασματοσκοπίας Raman.
Ο βαθμός πρωτονίωσης του ΡΒΙ επηρεάζεται άμεσα από τη συγκέντρωση των πρωτονίων, άρα και από το pH του περιβάλλοντος. Φασματοσκοπικές μελέτες όπως η φασματοσκοπία Raman έχουν δείξει ότι η πρωτονίωση του ΡΒΙ συνοδεύεται από χαρακτηριστικές μεταβολές στις κορυφές του φάσματος που αντιστοιχούν στις δονήσεις του ιμιδαζολικού δακτυλίου. Οι μεταβολές αυτές αποτελούν ένδειξη της αλληλεπίδρασης του πολυμερούς με τα πρωτόνια και επιβεβαιώνουν την ικανότητα της μεμβράνης να αποκρίνεται σε διακυμάνσεις της συγκέντρωσής τους.
Μία από τις πλέον διαδεδομένες μεθόδους παρασκευής πολυμερικών μεμβρανών είναι η αναστροφή φάσης. Η μέθοδος περιλαμβάνει τη μετατροπή ενός αρχικά ομογενούς πολυμερικού διαλύματος από υγρή σε στερεή κατάσταση μέσω διαχωρισμού φάσεων και εν τέλει την καθίζηση του πολυμερούς προς τον σχηματισμό μεμβράνης. Η τελική δομή
αυτής συνίσταται σε μία συνεχή πολυμερική μήτρα εντός της οποίας αναπτύσσεται ένα δίκτυο πόρων.
Η συνηθέστερη μέθοδος για την επίτευξη αναστροφής φάσης είναι ο διαχωρισμός φάσεως μη-διαλύτη (NIPS). Κατά τη διαδικασία αυτή, το πολυμερικό διάλυμα επιστρώνεται σε γυάλινο υπόστρωμα και εμβαπτίζεται σε λουτρό πήξης το οποίο περιέχει έναν μη-διαλύτη του πολυμερούς. Η ταυτόχρονη διάχυση του διαλύτη προς το λουτρό και του μη-διαλύτη προς το εσωτερικό της επίστρωσης προκαλεί θερμοδυναμική αποσταθεροποίηση του συστήματος και πυροδοτεί την έναρξη του διαχωρισμού φάσεων. Ο ρυθμός της ανταλλαγής αυτής, σε συνδυασμό με θερμοδυναμικούς παράγοντες, οδηγεί σε διαφορετική μορφολογία μεμβράνης, με πορώδεις δομές σπογγώδους ή δακτυλοειδούς
τύπου.
Μία ακόμα τεχνική που δοκιμάστηκε ήταν αυτή της ηλεκτροστατικής ινοποίησης, κατά την οποία παρασκευάστηκαν νανοΐνες PBI. Το πιο αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό των ινών αυτών είναι η υψηλή αναλογία επιφάνειας προς όγκο, η οποία, σε εφαρμογές ανίχνευσης pH, συνδέεται άμεσα με τον βαθμό πρωτονίωσης του πολυμερούς. Η παρούσα διατριβή εστιάζει στην παρασκευή μεμβρανών ΡΒΙ μέσω της αναστροφής φάσης και της ηλεκτροστατικής ινοποίησης, με τελικό σκοπό την αξιολόγηση της καταλληλότητάς τους ως ανιχνευτές Raman του pH των ατμοσφαιρικών αερολυμάτων. Προκειμένου να επιτευχθεί αυτό, πραγματοποιήθηκε έκθεση των μεμβρανών που παρασκευάστηκαν σε ρυθμιστικά διαλύματα με τιμές pH από 1 έως 4, και έπειτα καταγραφή των μεταβολών του φασματικού προφίλ τους, ορίζοντας έτσι μια γραμμική σχέση μεταξύ του pH και των εντάσεων των χαρακτηριστικών κορυφών Raman. Μέσω της βελτιστοποίησης παραμέτρων όπως η συγκέντρωση του πολυμερούς, ο τύπος μηδιαλύτη και οι συνθήκες ινοποίησης, επιδιώκεται ο έλεγχος της μορφολογίας της μεμβράνης και η μεγιστοποίηση της ευαισθησίας απόκρισής της σε όξινα περιβάλλοντα.
Description
Keywords
Πολυμερικές μεμβράνες, Πολυβενζιμιδαζόλιο, Αισθητήρες pH, Ατμοσφαιρικά αερολύματα, Αναστροφή φάσης, Ηλεκτροστατική ινοποίηση, Φασματοσκοπία Raman