Оценка эффективности модифицирования перфторированных мембран полианилином во внешнем электрическом поле

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

Оценка эффективности модифицирования перфторированных мембран полианилином во внешнем электрическом поле

Введение

Получение и исследование композитных материалов, обладающих ионной и электронной проводимостью, является в настоящее время весьма актуальным, так как связано с работами по созданию топливных элементов и различных сенсорных устройств, а также с потребностями электродиализа и электрохимических производств, которые нуждаются в применении более совершенных материалов для разделительных диафрагм. В качестве базового полимерного материала для получения композитов наиболее перспективны перфторированные сульфокатионитовые мембраны типа Нафион (Дюпон де Немур, США) и МФ-4СК (ОАО Пластполимер, Россия), обладающие высокой термической и химической стабильностью, а также высокой ионной проводимостью. Для придания электронной проводимости в мембрану вводят электронопроводящие полимеры (полианилин, полипирол, политиофен и др.)

В настоящее время интенсивно ведутся поиски способов модифицирования перфторированных мембран путём введения различных добавок, удерживающих воду в их структуре. В качестве таких добавок могут использоваться полимерные гидрогели, углеводородные ионообменники с высокой объёмной ёмкостью, а также минеральные вещества - оксиды кремния, алюминия, фосфаты циркония. Основной задачей при этом является поиск компромисса между стабильностью значений влагосодержания, газопроницаемости, проводимости и других электротранспортных свойств мембран.

Одним из перспективных модификаторов перфторированных мембран является полианилин. Как известно ПАН придаёт мембранам высокую электропроводность, пониженную диффузионную и электроосмотическую проницаемость, более высокую термическую стабильность и селективность, а также облегчает нанесение катализатора на поверхность. ПАН обладает высокой проводимостью, химической и механической стабильностью и способностью быстрого и обратимого переключения между проводящим и непроводящим состоянием. Добавление небольших количеств (5%) полианилина в мембрану МФ-4СК приводит к увеличению проводимости плёнок. Дальнейшее увеличение доли полианилина в мембрану приводит к ухудшению проводимости плёнок и механических свойств. Таким образом, мембранные композиты на основе полианилина, встроенные в темплатную матрицу перфторированных мембран, представляет исключительно интересный объект как полимерная композиция, обладающая одновременно электронной и ионной проводимостью.

Целью данной работы является оценка эффективности модифицирования перфторированных мембран полианилином во внешнем электрическом поле. В задачу работы входила также сравнительная оценка стоимости модифицирования мембран в статических условиях.

1. Литературный обзор

1.1 Способы получения перфторированных сульфокатионитовых мембран

матрица мембрана электрический полианилин

Мембраны получают методом полива 5-40% раствора, приготовленного из перфторированного ионообменного сополимера тетрафторэтилена с перфторсульфосодержащим виниловым эфиром и третьим модифицирующим сомономером, выбранным из группы, включающей перфтор-2-метилен-4-метил - 1,3 - диоксалан и перфторалкилвиниловый эфир, содержащий в алкиле 1 или 3 атома углерода, имеющего эквивалентную массу 700-900, среднечисленную молекулярную массу 1,0-4,0?105, плотность 1,79-1,83 кг/м3, степень кристалличности 1,0-4,5%, и одного или более модифицирующих перфторированных ионообменных сополимеров, аналогичных по структуре основному перфторированному ионообменному сополимеру с эквивалентной массой 950-1600, имеющих среднечисленную молекулярную массу 4,5-9,0?105, плотность 1,84-1,91 кг/м3, степень кристалличности 4,5-12,5%, структурной формулы:

Где: M-H, Li, K, Na; а=23,57-10,53 мол.%; b=74,43-81,65 мол.%; с=2,0-8,0 мол.%.

В среде полярного органического растворителя при 70-120°С. Соотношение основного перфторированного и модифицирующего перфторированного ионообменных сополимеров составляет 1,5-19. После испарения растворителя формируют мембраны при 40-100° С, обеспечивается улучшение эксплуатационных свойств мембран и упрощается процесс их получения. Настоящее изобретение относится к способу изготовления тонких перфторированных сульфокатионитных мембран, которые могут быть использованы при изготовлении мембранно-электродных блоков, применяемых в топливных элементах различного типа, в том числе в портативных электронных устройствах и др.

Известна жидкая композиция (патент СССР №1286108, МКИ³ C08J 3/02, опубл. 23.01.87), содержащая перфторированный ионообменный сополимер с функциональными сульфогруппами формулы - SO₃M, где М - ион водорода, или щелочного металла (Na или K), имеющий эквивалентную массу (ЭМ) 1050-1500 и растворитель. В качестве перфторированного ионообменного сополимера композиция содержит, например, гидролизованный сополимер тетрафторэтилена и перфтор - (3,6 - диоксо-4-метил-7-октенсульфонилфторида) с ЭМ 1050-1500, а в качестве растворителя - воду или смесь 20-80 масс.% воды и 80-20 масс.% полярного органического растворителя (метанол, этанол, н-бутанол и другие). Композиция в 100 мл содержит от 0,2 до 13,0 г растворенного сополимера. Молекулярная масса ионообменного сополимера в патенте СССР №1286108 не приводится. Такие композиции используются в технологии изготовления и ремонта ионообменных мембран (ИОМ), применяемых в процессах электролиза.

Недостатками композиции по патенту СССР №1286108 являются:

1) ограниченная область применения композиции, что связано с низкой протонной проводимостью получаемых из нее мембран, поскольку в композиции используется ионообменный сополимер со сравнительно высокой ЭМ 1050-1500 и их не достаточно высокой механической прочностью;

2) необходимость использования в композиции триэтилфосфата в количестве 11,0% от массы полимера для обеспечения мембран заданной механической прочности, что приводит к загрязнению мембран и ухудшению их свойств при работе в топливных элементах;

3) сложность процесса получения композиции, связанная с необходимостью смешения компонентов при высоких температурах (170-250°С) под давлением, длительного нагревания 3-18 часов при указанных температурах и последующей отгонки части растворителя. Вероятно, такая сложность получения композиции обусловлена тем, что композиция содержит сополимеры с высокой степенью кристалличности и не оптимальной молекулярной массой. Известно, что обычно сополимеры ТФЭ с перфторсульфосодержащим виниловым эфиром (ТФЭПФСМ), например, марки Нафион фирмы Du Pont, имеют высокую степень кристалличности (Perfluorinated Ionomer Membranes, ACS Symposium, USA, Washington, 1982). Так сополимер с ЭМ 1100 имеет степень кристалличности 12%, с ЭМ 1200 - 19%, а с ЭМ 1400 - 20%.

Известен способ пропитки подложек (ЕР 1285688, C08J 5/22; B01D 67/00, опубл. 26.02.2003), включающий:

1) приготовление водной коллоидной дисперсии термопластичных полимеров с функциональными группами - предшественниками ионообменных групп;

2) концентрирование или разбавление дисперсии для получения содержания полимера 20-50 масс%;

3) возможно добавление поверхностно-активного вещества для получения дисперсии, имеющей поверхностное натяжение ниже 40 мН/м, предпочтительно ниже 30 мН/м.

4) пропитка пористой подложки дисперсией, полученной по п. 3.

5) нагревание пропитанной подложки при температуре на 20°С выше температуры стеклования термопластичного полимера 120-200°С и формирование композитной мембраны;

6) сшивка полимера, если содержащийся в нем предшественник иономера имеет эквивалентную массу ниже 650;

7) преобразование функциональных групп предшественника в соответствующие соли;

8) обработка мембраны по п. 7 в водном растворе сильной неорганической кислоты при комнатной температуре с последующей промывкой деионизированной водой.

Недостатками способа пропитки подложек по ЕР 1285688 являются:

1) сложность процесса получения тонкой композитной мембраны, связанная с многостадийностью процесса и необходимостью использования большого количества операций при приготовлении дисперсии, пропитки пористой подложки и формирования мембраны.

2) необходимость отгонки воды при получении водной коллоидной дисперсии термопластичных полимеров с функциональными группами предшественниками ионообменных групп, т.к. дисперсия содержит не оптимальное количество полимера.

3) сложность процесса получения тонкой композитной мембраны, связанная с необходимостью применения высоких температур, так как пропитывающая дисперсия представляет собой дисперсию полимера с высокой температурой плавления, и необходимы высокие температуры для ее спекания.

4) невозможность получения из указанной дисперсии непосредственно ионообменной мембраны, так как она содержит полимер - предшественник с неионогенными группами, и требуется операция гидролиза для перевода указанных групп в ионообменные группы;

5) невозможность получения композитных мембран с высокой электропроводностью ввиду использования эмульгатора и ПАВ, имеющих высокую сорбционную способность к полимеру мембраны, что приводит к ухудшению ее свойств.

Способ получения поливных перфторсульфокатионитовых мембран согласно заявке DE 10025937 А1, C08G 75/24, опубл. 29.11.2001 (прототип), включающий:

1) выделение ионообменного перфторсульфополимера (SO₃H) отгонкой водно-спиртовой среды из дисперсии Нафион (фирма Дюпон) и приготовление раствора полученного полимера нагреванием в среде апротонного диполярного растворителя до получения раствора требуемого качества;

2) совмещение приготовленного раствора ионообменного перфторсульфополимера (SO₃H) в апротонном диполярном растворителе с раствором модифицирующего полимера в апротонном диполярном растворителе;

3) нанесение полученной жидкой композиции на поливочную поверхность, испарение растворителя и формирование мембран.

Недостатками указанного способа являются:

1) невозможность получения мембран с высокой протонной проводимостью, связанная с тем, что для получения мембран используются модифицирующие полимеры с низкой протонной проводимостью или полимеры, не содержащие групп, способных проводить протоны. Так суммарная обменная емкость композитных мембран с Radel R и Solef R составляет 0,91 мг-экв/г, а удельная электропроводность соответственно 0,0045 S/см и 0,0072 S/см (см. пример 7 и 8 описания к заявке DE 10025937);

2) сложность приготовления раствора ионообменного перфторсульфополимера, вызванная тем, что при получении раствора используют полимер фирмы Дюпон, который выделяют отгонкой водно-спиртовой среды из водно-спиртовой дисперсии полимера Нафион, а затем полученный полимер вновь растворяют в другом требуемом растворителе;

3) сложность процесса получения композиции, связанная с необходимостью смешения компонентов при высоких температурах 180-240°С, по всей вероятности, из-за того, что указанный выше ионообменный перфторсульфополимер имеет не оптимальную молекулярную массу и кристаллическую структуру полимера, и плохую совместимость с модифицирующим полимером;

4) необходимость применения высоких температур до 190°С при получении и формировании мембран из указанной композиции из-за низкой летучести и высокой температуры кипения растворителя;

5) ограниченная область применения композитных мембран, так как они имеют невысокую протонную проводимость, и электрохимические свойства ТЭ ухудшаются. Такая мембрана, например, неэффективна при использовании в водород-воздушных топливных элементах, при повышенных температурах эксплуатации (выше 80°С), в портативных ТЭ и др.

Технический результат, достижение которого обеспечивает заявляемый способ получения тонких поливных перфторсульфокатионитовых мембран методом полива из раствора, заключается в возможности регулирования свойств получаемой мембраны в процессе изготовления, увеличении протонной проводимости, в повышении механической прочности мембран, а также в обеспечении высокой химической стойкости мембран при длительной эксплуатации, в улучшении электрохимических характеристик мембран.

матрица мембрана электрический полианилин

1.2 Способы модифицирования мембран

Несмотря на разнообразие существующих на настоящий момент ионообменных мембранных материалов, они не всегда удовлетворяют растущие потребности науки и производства. Поэтому интенсивно развиваются работы в области модификации мембранных материалов и, в особенности, получения гибридных мембран, содержащих неорганические и высокомолекулярные компоненты.

Модификация открывает широкие возможности получения мембран с разнообразными свойствами на основе использования сравнительно небольшого числа серийно выпускаемых мембран. Для этого применяются совершенно различные подходы, в т. ч. создание рельефной поверхности со специальным профилем. Недавно была разработана новая технология профилирования, заключающаяся в прессовании ионообменных мембран, предварительно переведенных в набухшее состояние. Предложенный авторами подход позволяет повысить электропроводность мембран и долю их активной поверхности за счет разрушения пленки полиэтилена на поверхности, формирующейся в ходе горячего прессования. Использование профилированных мембран в электродиализаторах обеспечивает более высокие числа переноса противоионов соли, скорость массопереноса, по сравнению с обычными гладкими мембранами, возрастает в 4 раза за счет улучшения гидродинамики и эффекта электроконвекции. Перспективной может оказаться и обработка поверхности мембран с использованием низкотемпературной плазмы.

В качестве наиболее перспективных рассматриваются работы, связанные с получением объемно модифицированных гибридных материалов типа органика / неорганика, широко используемых в альтернативной энергетике. Работы, связанные с модификацией высокомолекулярных мембран наноразмерными присадками, оказались более перспективными, и число исследований в этом направлении крайне быстро нарастает в течение последних лет.

Таблица 1 - Основные характеристики некоторых катионообменных мембран

Чаще всего рассматривается наиболее простой путь введения нанодисперсных частиц в раствор, из которого производится отливка мембраны. Однако этот способ не всегда оказывается успешным, поскольку мелкодисперсные частицы склонны к формированию агрегатов, которые далеко не всегда разрушаются при переходе в раствор. Это существенным образом снижает эффективность модификации. В связи с этим в некоторых случаях рассматривается подход, связанный со стабилизацией их поверхности различными поверхностно-активными веществам. В случае мембран и этот подход не всегда оказывается целесообразным, поскольку сорбированные на поверхности частиц поверхностно-активные соединения сложно удалить из уже сформированной мембраны. С другой стороны, имеющиеся в мембранах нанопоры могут эффективно сорбировать исходные реагенты и ограничивают реакционный объем. Стенки мембран могут эффективно изолировать сформированные частицы друг от друга и снижать силы поверхностного натяжения, обеспечивая термодинамическую стабильность формирующихся наночастиц. Таким образом, еще одним перспективным методом получения гибридных материалов является синтез наночастиц непосредственно в порах мембран. В этом случае поры выступают в роли своеобразныхнанореакторов.

К преимуществам гибридных мембран можно отнести улучшение механических свойств, селективности ионной проводимости.

Еще одним важным типом гибридных материалов типа органика / неорганика являются ионообменные мембраны, содержащие диспергированные в них наночастицы металла. Они получались как непосредственно для синтеза наночастиц, обладающих специфическими физическими свойствами, так и для применения в процессах катализа, электрокатализа и сорбции различного рода реагентов, в т. ч. в процессах редокссорбции, т.е. одновременной сорбции ионов и осуществления окислительно-восстановительных реакций. Эти материалы применяются также в качестве промежуточного электроноионопроводящего слоя в ионоселективных электродах для обеспечения устойчивого потенциометрического отклика.

Несколько позже стали синтезировать ионообменные, преимущественно перфторированные мембраны (Nafion, МФ-4СК), в которые внедряли наночастицы благородных и некоторых других переходных металлов. В этом плане можно отметить работы. Полученные таким образом частицы металлов в мембранах МФ-4СК имеют размер порядка 1-5 нм. Малый размер металлических частиц определяет их особые свойства. Так, по данным, наночастицы переходных металлов, сформированные в матрице данных мембран, обладают суперпарамагнитными свойствами. В то же время, они отличаются и повышенной химической активностью. Композиционные мембраны с включением даже сравнительно малоактивных металлов, таких как серебро и медь, легко восстанавливают кислород. Для каталитического восстановления кислорода, растворенного в воде, предложено использовать также палладий содержащие волокнистые мембраны.

В последнее время интенсивно развиваются и работы, связанные с получением нанокомпозитов на основе сульфокатионитных ионообменных мембран, содержащих наночастицы органических веществ, в частности, полианилина. Получение таких композитов может проводиться путем полимеризации анилина как непосредственно в матрице готовых мембран, так и в их растворах с последующей отливкой мембраны. В последнем случае размер образующихся частиц полианилина в мембране МФ-4СК не ограничен размером пор и может достигать десятков нм в зависимости от концентрации используемых для синтеза растворов и способов подготовки мембран.

Композиты на основе полианилина, встроенного в матрицу перфторированной мембраны, обладают смешанной ионно-электронной проводимостью также. В материалах, полученных путем синтеза полианилина, доминирует вклад электронной составляющей. В то же время ионная проводи-мость образцов, полученных формированием из раствора МФ-4СК, в котором проводилась полимеризация анилина, проходит через максимальное значение при отношении числа атомов азота полианилина к сульфогруппам МФ-4СК около 0.05. Дальнейшее увеличение содержания полианилина приводит как к снижению протонной проводимости мембран, так и к ухудшению их механических свойств. В связи с высокой константой диссоциации - SO3H групп в МФ-4СК концентрация носителей в нем достаточно высока. Добавка небольших количеств полианилина приводит к связыванию части протонов, возможно, сопряженному с формированием дополнительных дефектов и к улучшению микроструктуры мембран. При дальнейшем увеличении концентрации полианилина часть протонов, сравнительно прочно связанных с азотом сильными водородными связями - SO3-H-N-, выводится из процесса переноса. Следствием этого является падение проводимости при высоком содержании полианилина в мембране. Не исключена вероятность того, что при этом из протонного транспорта исключаются также и некоторые каналы проводимости, содержащие крупные полианилиновые фрагменты.

Рисунок 1 - Принципиальная схема ячейки с непроточными камерами концентрирования растворов

Модификация мембран неорганическими присадками в ряде случаев позволяет добиться существенного повышения проводимости мембран, в т. ч. при повышенных температурах и повышенной влажности, повысить механическую прочность, снизить деактивацию каталитического слоя Pt. Наиболее распространенными, пожалуй, являются системы на основе мембран Нафион и различных модификаций оксида кремния, циркония или других оксидных систем. Одной из самых распространенных присадок к мембранам Нафион является кислый фосфат циркония. Для придания перфторированным сульфокатионитовым мембранам повышенной кислотности практикуется добавка к ним гетерополикислот.

Весьма распространенными также являются исследования, связанные с модификацией мембран на основе сульфированного полиэфирэфиркетона. Эти мембраны несколько уступают Нафиону по проводимости и термостабильности, однако их большим преимуществом является более низкая стоимость.

Мембраны, модифицированные кислым фосфатом циркония (МФ-4СК/ ZrP), получают на основе экструзионных мембран. Предварительно мембраны МФ-4СК в Н⁺-форме помещаются в водный раствор хлорокиси циркония ZrOCl₂·8H₂O и выдерживаются в нем в течение 24 часов. После этого мембраны промываются дистиллированной водой и помещаются в раствор фосфорной кислоты для осаждения кислого фосфата циркония Zr(HPO₄)₂. Мембраны, модифицированные органическими соединениями, получают методом полива из раствора. Для этого предварительно приготовленные растворы модификатора и гидролизованного мембранного полимера в диметилформамиде смешиваются в требуемой пропорции и перемешиваются при комнатной температуре, после чего полученный раствор фильтруется в вакууме через капроновый фильтр, наливается в расчетном количестве для получения мембран требуемой толщины d, на стекло с ограничивающей рамкой и помещаются в термостат для удаления растворителя. Мембраны, модифицированные поливиниловым спиртом (ПВС), дополнительно обрабатываются фурфуролом, являющимся сшивающим агентом для поливинилового спирта, для предотвращения вымывания ПВС из мембраны при контакте с водой или водными растворами электролитов. Полученные модифицированные мембраны обрабатываются водным раствором азотной кислоты, промываются дистиллированной водой при комнатной температуре, а затем обрабатываются дистиллированной водой при кипячении. Полианилин считается самым перспективным проводящим полимерным модификатором из-за лёгкого синтеза, низкой цены мономера и высокой термической стабильности в сравнение с другими проводящими полимерами. Недостатком Пан является его низкая механическая устойчивость, что ограничивает его применение. Для преодоления этого недостатка в качестве матрицы для внедрения Пан, могут быть использованы механически и химически устойчивые материалы, такие как перфторированные полимеры.

Известно, что перфторированные мембраны имеют более высокую стоимость по сравнению с мембранами на углеводородной основе. В то же время плотность электрического тока при электродиализном концентрировании электролитов в аппаратах с непроточными камерами концентрирования на один-два порядка превышает плотность тока при электродиализном обессоливании и деионизации растворов. Это обстоятельство позволяет снизить долю капитальных затрат, связанных с приобретением перфторированных мембран и сделать их применение в области электродиализного концентрирования экономически выгодным.

В последние годы выросло число работ, направленных на увеличение протонной проводимости и снижение диффузионной проницаемости перфторированных мембран (Березина Н.П., Добровольский Ю.А., Сапурина И.Ю., Ярославцев А.Б., Mauritz K.A., Lavorgna M., Teng X., Yen С.). Наиболее часто такую модификацию проводят с использованием тетраэтоксисилана (TEOS) и других кремнийорганических соединений. Модифицирование тетраэтоксисиланом позволяет не только повышать, но и понижать влагосодержание мембраны, что создает предпосылки для получения модифицированных мембран с низким электроосмотическим переносом воды.

Перфторированные сульфокатионообменные мембраны широко применяются в топливных элементах, электрохимических сенсорах, в электролизерах воды для получения водорода и кислорода, в электролизерах для получения хлора и гипохлорита для обеззараживания воды, для очистки агрессивных водных растворов электрохимическим способом.

1.3 Модификация в электрическом поле

Синтез Пан в полимерной матрице этой мембраны осуществляется во внешнем электрическом поле в две стадии. На первой стадии под действием внешнего электрического поля проводится насыщение мембраны противоионами анилилиниума, на второй стадии в таких же условиях проводился процесс полимеризации анилина в мембране под действием инициатора полимеризации - катионов Fe3+. Экспериментально были найдены интервалы плотности тока (40-100 А/м2), времени осуществления процессов на каждой из стадий (от 15 минут до 3 часов), необходимых концентраций используемых растворов (0,01-0,001 М анилина или 0,01 М FeCl3 на фоне 0,005 М H2SO4. Окраска композитных мембран, полученных электрохимическим способом, существенно интенсивней, чем окраска образцов, полученных в статических условиях. Таким образом, в условиях внешнего электрического поля эффективность модифицирования мембраны МФ - 4СК полианилином выше. Важнейшими электротранспортными характеристиками ионообменных мембран являются удельная электропроводности (к, См/м) и величина предельного тока (iпр, А/м2) на вольтамперной характеристике (ВАХ). Удельная электропроводность полученных композитов определяется на основании измерения их электросопротивления ртутно-контактным методом на частоте переменного тока примерно 200 кГц. Для измерения ВАХ применяется ячейка, состоящая из двух примембранных камер, через которые с постоянной скоростью циркулирует раствор электролита. Постоянный электрический ток подаётся с заданной скоростью развёртки на платиновые поляризующие электроды с помощью потенциостата. Регистрация падения напряжения на мембране (?Е, В) осуществляется рН-метром-иономером с помощью зондов, подведённых к исследуемой мембране. Подключение иономера к персональному компьютеру позволяет регистрировать значение измеряемой величины ?Е в режиме реального времени с частотой дискретизации 1 раз в секунду.

Оценка метрологических характеристик измерительной установки проводится на ячейке, учитывающей поляризацию системы электрод / раствор с обеих сторон от мембраны и необходимость гальванической изоляции цепи для регистрации разности потенциалов. Параметры вольтамперной кривой: величина предельного тока, наклон омического участка, потенциал перехода электромембранной системе в предельное и сверхпредельное состояние определяются графическим методом с помощью программы Microsoft Excel.

2. Экономическая оценка эффективности модифицированных мембран в электрическом поле

2.1 Экономические показатели эффективности модифицирования

Экономические методы оценивания широко используются в оценке программ. Среди наиболее известных и часто применяемых на практике можно выделить анализ затраты-выгоды и анализ затраты-эффективность. Термин «затраты-выгоды» (вариант перевода - «издержки-выгоды») часто неточно используется для обозначения более широкого понятия «анализ затраты-эффективность». Строго говоря, анализ затраты-выгоды является более узким и емким понятием, так как он измеряет совокупные затраты и выгоды каждой альтернативы товара или проекта), используя одну и ту же единицу измерения, обычно деньги. Этот анализ позволяет ответить на вопрос: «Стоит ли данный товар или проект затрат на него?» или «Какой вариант имеет наибольший коэффициент отношения выгод к затратам?» Подобный анализ возможен тогда и только тогда, когда все задействованные параметры могут быть представлены в денежном выражении. Обычно это невозможно, когда речь идет об этических, внутренних, временных и эстетических составляющих. Процесс анализа включает в себя денежную оценку первоначального вклада и возможных затрат в процессе осуществления проекта и оценку ожидаемой отдачи от проекта.

Процесс оценки состоит из нескольких стадий, на протяжении каждой из которых тщательно оцениваются затраты и выгоды для различных групп населения, рассматриваются возможные исходы проекта, которые могут повлечь за собой дополнительные потери или доходы.

Анализ затрат-выгод включает четыре основных этапа:

- определение затрат и выгод проекта;

- оценка затрат и выгод;

- сравнение суммарных затрат и выгод на протяжении существования проекта;

- выбор проекта.

На первой стадии анализа проекта определяются все связанные с ним затраты и выгоды, обосновывается их связь с проектом. Новый проект привлечет ресурсы из другой сферы экономики. Подобный переход ресурсов влечет за собой производство в одной области и, одновременно, спад производства в другой. На этом этапе анализа важно сопоставить убытки и выгоды.

Вторая стадия - оценка затрат и выгод - является необходимой стадией анализа, требующей особого внимания и творческого подхода. Осязаемые блага, такие как капитальное оборудование, труд, земля и т.п. должны быть оценены. Стоимость подобных благ можно получить, используя информацию о ценах любого конкурентного рынка. Кроме того, необходимо определить стоимость таких неосязаемых благ, как человеческая жизнь, время, природоохранные факторы, для которых не существует информации об их цене.

На третьей стадии анализа будущие затраты и выгоды проекта сравниваются со стоимостью инвестиций в проект на настоящий момент. Для осуществления подобного сравнения используется ставка дисконтирования.

На последней стадии анализа проекты располагают в порядке убывания от самого хорошего до самого плохого на основе коэффициента затрат-выгод, чистой приведенной стоимости проекта (net present value), коэффициента окупаемости капиталовложений. Согласно данным критериям проект принимается, если его коэффициент затрат-выгод и чистая приведенная стоимость больше нуля и коэффициент окупаемости капиталовложений выше, чем рыночный уровень окупаемости.

Анализ затраты-эффективность. Данный тип анализа не ограничивается анализом затрат-выгод. Его целью является определение соотношения затрат на проект и его результатов (эффективности), когда отдача от проекта не может быть оценена только в одной системе измерений (обычно в денежном выражении). Выигрыш от проекта и затраты на него могут быть выражены через набор благ, таких как пространство, время, опыт, увеличение посещаемости клиники и т.д. Эта схема, являясь более общей, не дает немедленного ответа на вопрос: «Стоит ли данный проект или товар затрат на него?» Оценщик будет вынужден взвесить и сравнить данные о нуждах и предпочтениях индивидов и совместить их с оценками любых задействованных абсолютных величин, например, юридических и этических ценностей, для того чтобы получить результат, который несмотря ни на что может оказаться неоднозначным. В любом случае, анализ затраты-эффективность существенно уточняет возможные варианты.

2.2 Результаты расчёта стоимости модифицированной мембраны полианилином в различных условиях

Для расчёта стоимости 1м2 МФ-4СК модифицированной в статических условиях и в электрическом поле в ЭД была использована программа в редакторе Excel, приведенная в Приложении 1. В данную программу входят следующие параметры:

- стоимость 1м² МФ-4СК;

- амортизационные расходы,

- электрическая энергия

- стоимость C₆H₅NH₂

- стоимость H₂SO₄

- стоимость FeCl₃

- оплата сотрудника

- стоимость установки

Для сравнения расчёта стоимости 1м² МФ-4СК модифицированной в статических условиях нам необходимо учесть: стоимость перфторированные мембраны; C₆H₅NH₂; H₂SO₄; FeCl₃; оплату сотрудника, т.к. процесс идёт 24 часа и более.

Заключение

Проанализированы различные способы получения перфторированных мембран и их модифицирования для применения в электромембранных процессах, имеющиеся в научно-технической литературе. На основании анализа литературных данных установлено, что композитные материалы на основе перфторированной мембраны и полианилина, полученные путём проведения матричного синтеза во внешнем электрическом поле, обладают достаточно высокой электропроводностью и величиной предельного тока. Это делает их перспективными для использования в электромембранных процессах, относящихся к ресурсо- и энергосберегающим технологиям, включённым в перечень критических технологий РФ. Данный метод является более экономичным и экологически чистым из-за использования менее концентрированных растворов серной кислоты (в 100 раз) и анилина (в 10 раз) по сравнению с получением аналогичных образцов в статических условиях. Для экономической оценки эффективности модифицирования перфторированных мембран полианилином во внешнем электрическом поле необходимо учесть: стоимость перфторированные мембраны; стоимость C₆H₅NH₂; H₂SO₄; FeCl₃; оплату сотрудника, амортизационные расходы, электрическая энергия, стоимость установки. Критерием эффективности такого способа модифицирования мембраны является стоимость 1 м² композитного материала. При этом необходимо также принять во внимание больший срок службы этих мембран, более быстрый способ получения, этот способ более экологически чистый, а также этот способ делает их перспективными для использования в электромембранных процессах.

Список использованной литературы

1. Березина Н.П., Кононенко Н.А., Лоза Н.В., Сычева А.А.-Р. Исследование электрохимического поведения композитов на основе МФ-4СК и полианилина методом мембранной вольтамперометрии // Электрохимия. 2007. - Т.43. - №12. - С. 1417-1427.

2. Березина Н.П., Кононенко Н.А., Филиппов А.Н., Шкирская С.А., Фалина И.В., Сычева А.А.-Р. Электротранспортные свойства и морфология мембран МФ-4СК, поверхностно модифицированных полианилином // Электрохимия. 2010. T. 46. №5. C. 515-524.

3. Березин, И.С. Маркетинговый анализ. Рынок. Фирма. Товар. Продвижение / И.С. Березин. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Вершина, 2007. - 480 с.

4. Волков В.В., Мчедлишвили Б.В., Ролдугин В.И., Иванчев С.С., Ярославцев А.Б. Мембраны и нанотехнологии. 2008. Т.3. №11. С. 21-53.

5. Добровольский, Ю.А. Успехи в области протонопроводящих полимерных электролитных мембран электрохимии 2007 - Т:43, №5 - с 515-527.

6. Котлер, Ф. Маркетинг менеджмент / Ф. Котлер, К.Л. Келлер; пер. с англ. С. Жильцов [и др.]. - 12-е изд. - СПб.: Питер, 2010. - 816 с.

7. Лысова А.А. Ассиметричный ионный перенос в перфторированных мембранах МФ-4СК, допированных полианилином // Докл. Акад. наук - 2009. Т. 427, №4. С. 508-511.

8. Паншин Ю.А., Дрейман Н.А., Андреева А.И., Манечкина О.Н. Свойства перфторированных сульфокатионитовых мембран МФ-4СК // Пластические массы. 1977, №8. С. 7-8.

9. Подлесных, В.И. Менеджмент]: учебн. Пособие для вузов / В.И. Подлесных [и др.]; под ред. В.И. Подлесных. - СПб.: Бизнес-пресса, 2002. - 472 с.

10. Фалина И.В., Березина Н.П., Тимофеев С.В., Боброва Л.П., Протасов К.В. Диффузионные явления в процессе матричного синтеза нанокомпозитных мембран на основе МФ-4СК и полианилина / Российская конференция с международным участием «Ионный перенос в органических и неорганических мембранах». Краснодар. 2007. С. 174 - 176.

11. Электрохимия полимеров / Под ред. М.Р. Тарасевича, С.Б. Орлова, Е.И. Школьникова и др. М.: Наука, 1990. 238 с.

12. Ярославцев А.Б., Никоненко В.В. Ионообменные мембранные материалы: свойства, модификация и практическое применение // Российские Нонатехнологии. 2009. Т.4. №3-4. С. 44-65.

13. Якобсон Л.И. Эффективность общественных расходов.

14. Патент РФ №2427593. Подача заявки 18.11.2009. начало действия патента 18.11.2009. Публикация патента 27.08.2011.

Размещено на Allbest.ru