هتروپلی اسیدها (hpas) آنیون های اسیدی در مقیاس نانو از فلز-اکسیژن به هم چسبیده هستند که قوی تر از اسیدهای جامد متداول می باشند. در این پایان نامه، یک دسته غشاءهای نانوکامپوزیت آلی-معدنی برای عملکرد در پیل های سوختی پلیمری درحالت دمابالا/رطوبت پایین ساخته شدند. نمک های سزیم هیدروژن هتروپلی اسید شامل cs2.5h0.5pw12o40 (cspw) و cs2.5h0.5pmo12o40 (cspmo) در نفیون آمیخته گردیدند. اضافه کردن این مواد وابسته به رطوبت و هادی پروتون میزان آب را بهبود داده، اما فعالیت گرو های سولفونی ماتریس پلیمری را محدود می کنند. کلوخه شدن ذرات و پوشانندگی مکان های فعال (گروه های سولفونی)در غشاءهای نانوکامپوزیت مشاهده شدند. اسیدهای جامد نامحلول و با سطح ویژه بالای cspw و h3pw12o40/sio2 (pws) با بارگیری مختلف در کوپلیمر سولفونه فلورینه بای فنل با گروه انتهایی قابل پیوند عرضی (esf-bp) آمیخته شدند. آنالیزهای گرمایی، جذب آب، ظرفیت تبادل یونی (iec) پایداری اکسایشی، خصوصیت مکانیکی، هدایت پذیری پروتونی در شرایط مختلف و عملکرد در پیل سوختی پلیمری واحد (pemfc) برای بررسی اثر اضافه شونده hpas روی غشاءهای ساخته شده انجام گردیدند. هدایت پذیری پروتونی در شرایط دمایی و رطوبتی مختلفی اندازه گیری شدند. به دلیل خاصیت نگهداری آب یا به وجود آمدن مکان های سطحی فعال توسط hpas، هدایت پذیری برای غشاءهای نانوکامپوزیت در شرایط دمابالا و غیرمرطوب ( °c 110 و °c 120) بیشتر از پلیمر ساده بودند. مجموعه الکترود غشاءهای (meas) ساخته شده با غشاءهای نانوکامپوزیت در مقایسه با نفیون ساده در حالت مرطوب و در چگالی جریان های بالا جواب بهتری در عملیات پیل سوختی نشان دادند. در پیل نیمه مرطوب، در هردوی چگالی های جریان پایین و بالا، پیل سوختی با غشاء نانوکامپوزیت عملکرد بالایی از خود نشان داد. در پایداری پیل های منفرد تحت بار ثابت، سرعت بالای نزول ولتاژ در غشاء نفیون به واسطه پدیده خشک شدن مشاهده گردید. اثر پوشش برای ذرات cspw شدیدتر از ذرات cspmo است؛ نتیجه آن مقادیر بالاتر جذب آب، iec، هدایت پذیری و عملکرد پیل سوختی و کاهش نزول ولتاژ برای غشاء cspmo/nafion نسبت به غشاء cspw/nafion بود. نتایج پایداری اکسایشی غشاءها پایدار بودن بیشتر غشاء کامپوزیت cspw/nafion در مقابل عوامل اکسنده به واسطه پایین آوردن نفوذ h2o2 بود. اندازه گیری ft-ir برای مواد معدنی cspw، cspmo و pws ساخته شده نشان داد که ساختار اولیه keggin تقریبا بدون تغییر باقی مانده است. ساختار مولکولی کوپلیمر esf-bp ساخته شده توسط طیف nmr مشخص گردید. اضافه کردن hpas به ماتریس پلیمری esf-bp موجب افزایش دمای شیشه ای، قدرت کششی، پایداری اکسایشی، جذب آب (به میزان کم) و هدایت پذیری و کاهش iec (به مقدار کم)، دانسیته غشاء و شدت برشی می گردد. غشاء های نانوکامپوزیت کاملا جدید با روش بدون حلال بر پایه استفاده از مخلوط پلیمری پلی اتیلن اکسید (peo) و کوپلیمر پلی وینیلدن فلوراید-کلرو تترافلورو اتیلن (pvdf-ctfe) آمیخته با cspw به عنوان هادی پروتون ساخته شدند. در این نوع از غشاءها، تغییر هدایت با دما در شرایط خشک ممکن است به واسطه حرکت قطعه ای پلیمر باشد که سبب پرش پروتون از یک مکان به مکان دیگر یا افزایش فضای خالی برای حرکت پروتون باشد. در حالت کاملا مرطوب، تعادل دینامیکی میان ذرات مختلف حامل پروتون نوع هدایت پذیری را تعیین می کند که می تواند توسط مکانیسم grotthuss بیان گردد. مدلسازی pemfc توسط شبکه های عصبی مصنوعی (mlp و rbf) و anfis، نتایج نشان دهنده دقت بالای mlp و زمان پایین پاسخ توسط rbf بود. به طور ویژه، برای anfis زمان پاسخ کوتاه تر و دقت بسیار بیشتر بود.

روش های مختلفی برای حذف یا کاهش سختی آب وجود دارد که هر کدام دارای مزایا و معایبی هستند. در این میان فرایند نانوفیلتراسیون به علت سادگی و کارائی توجه زیادی را به خود جلب کرده و در حذف یون های مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. یکی از روش های معمول برای تهیه غشاهای نانوفیلتراسیون، فرایند پلیمریزاسیون سحطی می باشد. در این تحقیق، روش پلیمریزاسیون سطحی، با استفاده از تری فتالویل کلراید و پارافنیلین دی آمین به عنوان مونومرهای واکنش دهنده برای تهیه پلی پارافینیلن تری فتالامید روی پایه اولترافیلتر پلی اترسولفونی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج به دست آمده از بخش اول آزمایشاها نشان داد که شار آب خالص با افزایش پلی وینیل پیرولیدون به عنوان افزودنی حفره زا در غشا پایه افزایش یافته است و مقدار بهینه برای این افزودنی 2 درصد وزنی به دست آمد. پس از بررسی شرایط بهینه برای غلظت مونومرها، زمان واکنش و دمای فراوری که به ترتیب 3/0 درصد وزنی، 4 دقیقه و °c 70 به دست آمد، تأثیر سدیم لوریل اترسولفات، تری اتانول آمین لوریل اترسولفات و دی سدیم لارات سولفوسوکسینات به عنوان فعال کننده های سطحی آنیونی و کوکامید-mea ، پلی سوربات 20 و نونیل فنل به عنوان فعال کننده های سطحی غیریونی در هر دو فاز آبی و آلی بر روی عملکرد و ساختار غشای نانوفیلتر فیلم نازک مورد بررسی قرار گرفت. مشخصات و خواص غشاهای لایه نازک به دست آمده، با استفاده از atr- ir، sem و دستگاه نانوفیلتراسیون اندازه گیری شد. نتایج نشان دهنده کاهش تخلخل لایه های نازک در حضور فعال کننده های سطحی بود. این کاهش در حضور فعال کننده های سحطی غیریونی محسوس تر می باشد. همچنین افزودن فعال کننده های سطحی به محلول آبی نتایج عملکردی بهتری در مقایسه با افزودن آن ها به فاز آلی نشان داده است. با افزدون سدیم لوریل اتر سولفات در محلول های آبی و آلی، بهترین نتایج در پس دهی نمک و همچنین شار آب خالص در مقایسه با دو فعال کننده سطحی آنیونی دیگر به دست آمد. با این وجود، نونیل فنول به عنوان افزودنی در لایه نازک، بیشترین تأثیر بر مشخصات ساختاری و همچنین عملکردی غشا را در میان فعال کننده های سطحی غیریونی و آنیونی داشته است. تصاویر sem، لایه نازک متراکم و فشرده را برای لایه نازک حاوی فعال کننده سطحی در مقایسه با، بدون فعال کننده سطحی نشان می دهد.

با توجه به نیاز روزافزون جهان به انرژی و همچنین محدود بودن منابع انرژی فسیلی، ضرورت استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر را بیش از پیش نمایان می کند. یک پیشنهاد جهت غلبه بر تناوبی بودن منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر خورشید و باد،گسترش سیستم انرژی هیبریدی است که در آن می توان انرژی الکتریکی اضافی را تبدیل و ذخیره کرده و سیستمی با قابلیت اطمینان بهتری که برای کاربردهای مستقل از شبکه مناسب باشد، فراهم نمود. در این پایان نامه، عملکرد سیستم هیبریدی بادی – فتوولتاییک جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز یک جامعه دانشگاهی (دانشکده فنی – مهندسی دانشگاه رازی) در شهر کرمانشاه مورد بررسی قرار می گیرد. در این تحقیق، ازآنجایی که بار الکتریکی مورد نیاز جامعه مذکور برای تمام ماههای یک سال برابر wh/year)) 106 × 178 است، با استفاده از اطلاعات پنج ساله ایستگاه هواشناسی کرمانشاه، محتمل ترین سرعت باد به کمک نرم افزارmatlab بدست امده و در ادامه چگالی انرژی باد در این ناحیه مورد نظر برآورد شده ورفتار آنها از نظر دو تابع توزیع ویبول وریلی بررسی شده است. همچنین، توان هر توربین بادی با استفاده از داده های سرعت بادمحاسبه وانرژی سالیانه هر توربین بدست می آید. میزان متوسط ماهانه تابش روزانه با استفاده از روابط انرژی خورشیدی محاسبه شده، سپس با توجه به کل انرژی مورد نیاز سالیانه، برای چند انتخاب مختلف از مساحت پانل های خورشیدی، انرژی باد مورد نیازسالیانه برای هر انتخاب تعیین وبازدهی هر توربین تعیین شده است. در نهایت، با استفاده از مشخصات فنی چند توربین متفاوت، نوع وتعداد توربین مورد نیاز برای هر انتخاب از مساحت پانل ها در مناسب ترین حالت مشخص شده است. در پایان، عملکرد سیستم هیبریدی برای تامین انرژی الکتریکی در این مکان مورد مطالعه بررسی شده وپس از محاسبات می توان گفت که سیستم هیبریدی متشکل از 2 m300 پنل فتوولتاییک ویک توربین kw 20 این انرژی را تامین می کند.

پیل سوختی پلیمری (pemfc) با استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت، یکی از بهترین روش ها برای کاربرد های مختلف به عنوان یک منبع انرژی پاک و کارآمد می باشد. یک از نیازهای اساسی برای پیشرفت پیل های سوختی پلیمری، پیش بینی رفتار و عملکرد پیل سوختی است. مدلسازی عددی روشی کارآمد برای فهم پدیده های انتقال با جزئیات و همچنین به عنوان ابزاری برای طراحی پیل سوختی می باشد. در این مطالعه یک مدل هم دما، هم فشار و پایا بر اساس منحنی قطبش یک پیل منفرد، برای پیش بینی عملکرد پیل سوختی پلیمری ارائه شده است. معادلات انتقال جرم و انتقال بار الکتریکی حاکم در پیل در حالت تک بعدی استخراج شده است. معادلات توسط روش تفاضل محدود صریح به کمک matlab حل شده اند. الکترود در شرایط عملیاتی کاملا خشک، مقدار آب موجود در غشا ثابت و مقاومت واکنش آند ناچیز در نظر گرفته شده است. در این مطالعه، مقدار m وn معادله افت پتانسیل غلظت، با استفاده از یک مدل نیمه تجربی در دماهای مختلف محاسبه شد و میانگین مقادیر بدست آمده به عنوان ضرایب تجربی معادله افت پتانسیل غلظت در مدل درنظر گرفته شده، استفاده گردید. مدلسازی بر روی یک پیل سوختی با دو غشای متفاوت انجام شد. نتایج بدست آمده در این مدل تطابق مناسبی با نتایج بدست آمده در کارهای آزمایشگاهی قبلی دارد. براساس نتایج حاصل از مدل سازی عملکرد پیل سوختی پلیمری، افت فعال سازی کاتد و مقاومت اهمی دارای بیشترین تاثیر در کاهش پتانسیل حاصل از پیل سوختی هستند؛ اما در چگالی جریانهای بالا افت پتانسیل غلظتی افزایش چشم گیری می یابد. افت پتانسیل ناحیه فعال برای تمام چگالی های جریان بیشترین مقدار را دارد و با افزایش دما مقدار آن نیز کاهش می یابد.

این پایان نامه با هدف اصلاح، تغییر خواص و بهبود عملکرد غشای پلی اترسولفون برای تصفیه پساب های صنعتی انجام شده است. تأثیر استفاده از نانوذرات بوهمیت، بوهمیت اصلاح شده (فومارات آلوموکسان) و کربن فعال در ساخت غشاهای نانوکامپوزیت، بر روی خواص سطحی (آب دوستی و زبری)، ساختار غشا، نفوذپذیری، خواص ضدگرفتگی و میزان حذف رنگ بررسی می شود. آنالیزهای ftir، atr-ir، xrd، fe-sem، afm و زاویه تماس آب برای بررسی ساختار نانوذرات و اثر آ ن ها بر خواص غشا، و فیلتراسیون خوراک آب پنیر و خوراک رنگ راکتیو آبی19 جهت ارزیابی عملکرد غشاهای ساخته شده، انجام می شود. استفاده از نانوذرات بوهمیت ( -alooh) و بوهمیت اصلاح شده (فومارات آلوموکسان) در ساخت غشا، سبب بهبود آب دوستی و افزایش شار خروجی آب خالص می گردد که به علت حضور گروه های عاملی هیدروکسیل و فومارات در سطح نانوذرات می باشد. نتایج زاویه تماس آب، بهبود بیش تر آب دوستی سطح غشا را توسط فومارات آلوموکسان در مقایسه با نانوذرات بوهمیت نشان می دهد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی از مقطع عرضی غشاها، نمایانگر عدم تغییر ساختار غشا، نازک و حفره دار شدن لایه بالایی و بهبود ساختار انگشت مانند با اضافه شدن نانوذرات می باشد. تجمع و به هم چسبیدگی نانوذرات با افزایش غلظت آن ها در محلول اولیه، در تصاویر fe-sem مشخص بوده که منجر به کاهش شار آب خالص و افزایش مقاومت در برابر عبور جریان می شود. آزمایش فیلتراسیون خوراک آب پنیر نشان می دهد که با اضافه کردن درصد پایینی از نانوذرات، خاصیت ضد گرفتگی بر مبنای زبری کم تر سطح و افزایش آب دوستی، بهبود می یابد. اضافه کردن کربن فعال به محلول اولیه نیز سبب بهبود آب دوستی و افزایش شار آب خالص می گردد. این اثر براساس تغییر ساختار، افزایش تخلخل، ایجاد لایه بالایی نازک و حفره دار و ماهیت ذاتی کربن فعال توجیه می شود. نتایج، امکان استفاده با هم نانوذرات بوهمیت و کربن فعال را در اصلاح غشا تأیید می کند. غشاهای کامپوزیت دارای کربن فعال به علت حضور ذرات در سطح غشا و برهم کنش با پلیمر، زبری بیش تر سطح و در نتیجه توانایی ضدگرفتگی پایین تری را نسبت به غشاهای نانوکامپوزیت بدون کربن نشان می دهند؛ اضافه شدن نانوذرات بوهمیت به همراه کربن، سبب کاهش زبری سطح و به طبع کاهش برهم کنش سطح غشا با پروتئین ها می شود. در بین غشاهای نانوکامپوزیت، غشای شامل 2% وزنی فومارات آلوموکسان و 1% وزنی بوهمیت به ترتیب، بالاترین درصد بازیابی جریان (7/98% و 9/94%) و پایین ترین گرفتگی برگشت ناپذیر (3/1% و 1/5%) را به خود اختصاص داده اند که این مقادیر برای بهترین نمونه دارای کربن فعال یعنی 25/0% وزنی کربن به همراه 1% وزنی بوهمیت، (4/86% و 6/13%) می باشد. نتایج فیلتراسیون خوراک رنگی عملکرد مطلوب غشاهای نانوفیلتراسیون ساخته شده را، در کنار بهبود خواص ضد گرفتگی و افزایش شار خروجی تأیید می کند. غشای 2% وزنی فومارات آلوموکسان به علت ساختار ذرات آن، اتصالات عرضی گروه های فومارات در سطح غشا و احتمالاً وجود پدیده دونان در مقادیر بالای پرکن، دارای بالاترین میزان حذف رنگ (2/99%) با شار خروجی مناسب می باشد.