A Fluorine-Free Polyethersulfone Composite Membranes Doped with Waste Newspaper-Derived Cellulose for PEMFCs

Atık gazeteler, yüksek katma değerli selüloza dönüştürülmüş ve polietersülfon (PES) kompozit membranların sentezinde biyobazlı bir katkı maddesi olarak kullanılmıştır. Bu çalışmada, mekanik kararlılık korunurken proton iletkenliğinin iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Selüloz, gazete atıklarından mürekkep giderme, temizleme ve hidroliz adımlarıyla elde edilmiştir. Elde edilen selüloz daha sonra çözelti döküm yöntemiyle ağırlıkça %1, %5 ve %10 oranlarında PES matrise dâhil edilmiştir. Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ve X-ışını kırınımı (XRD) analizlerinden, selüloz ve PES yapısının korunduğu belirlenmiştir. Ayrıca yeni kovalent bağ oluşumuna dair bir bulgu olmadığı doğrulamış, dolayısıyla ikincil etkileşimlerin baskın olduğu fiziksel bir karışım yapısına ait olduğu belirlenmiştir. Termal analizler, selüloz ilavesinin membranın termal bozunma davranışını değiştirmesine karşın 800oC’de aynı kütle korunumu değerine ulaşıldığını göstermiştir. Hidratasyonla ilişkili özellikler sıcaklığa bağlı olup katkı oranı ile paralel bir değişim sergilememiştir. En yüksek su tutma kapasitesi, %5 selüloz içeren membranda gözlenmiş (su alma kapasitesi: 25oC’de 7.91 ve 80oC’de 9.97) iken, %10 selüloz içeren membran daha düşük su alma değerleri göstermiştir (su alma kapasitesi: 25oC’de 2.16; 80oC’de 3.09). Bu durum morfoloji ve dağılım etkilerine atfedilmiştir. Mekanik testler, çekme dayanımının %5 selüloz katkısıyla 48.3 MPa’dan 58.7 MPa’a yükseldiğini ortaya koymuştur. Elektrokimyasal empedans spektroskopisi, PES-%10 Selüloz membranının direncinin saf PES’e kıyasla %58,7 azaldığını ve proton iletkenliğinin 2.73 mS cm-1’ten 14.8 mS cm-1’e arttığını belirlemiştir. Sonuç olarak, atık kaynaklı selüloz PES membranlarda proton taşınımını etkin biçimde iyileştirmiş, performansın ise hidrofilik yolakların bağlantılanması ile kompozit mikro yapı arasındaki dengeye bağlı olduğu görülmüştür.