| تاریخ ارسال: 1399/11/14 |
پژوهشگران پودر زغال سنگ را در اجاق مایکروویو به گرافیت تبدیل میکنند
پژوهشگران دانشگاه (UW) Wyoming نشان داده اند که با استفاده از فویل مسی، ظروف شیشه ای و اجاق مایکروویو خانگی معمولی میتوان پودر زغال سنگ پودر شده را به نانو گرافیت با ارزش تبدیل کرد.
این کشف گام دیگری به جلو در تلاش برای یافتن کاربردهای جایگزین برای پودر زغال سنگ حوزه ی رودخانه Wyoming است، در زمانی که تقاضا برای تولید زغال سنگ برای تولید برق به دلیل نگرانی در مورد تغییر آب و هوا در حال کاهش است.
در مقاله ای که در مجله ی Nano-Structures & Nano- Objects منتشر شد، پژوهشگران UW گزارش دادند که آنها محیطی را در یک مایکروفر ایجاد کردند تا پودر زغال سنگ خام را به نانو گرافیت تبدیل کنند که به عنوان روان کننده و در موارد مختلفی از کپسولهای آتش نشانی تا باتریهای یون لیتیوم استفاده میشوند. این "روش یک مرحله ای با فرآیند مایکروویو به کمک فلز" رویکرد جدیدی است که میتواند یک فناوری تبدیل زغال سنگ ساده و نسبتاً ارزان را نشان دهد.
تیم تحقیق به سرپرستی دانشیار TeYu Chien در گروه فیزیک و نجوم UW نوشت: "این روش مسیر جدیدی را برای تبدیل منابع کربن فراوان به مواد با ارزش بالا با مزایای اکولوژیکی و اقتصادی فراهم میکند."
از دیگر افراد درگیر این پروژه، پروفسور Jinke Tang، در بخش فیزیک و نجوم؛ دانشیار Brian Leonard، در گروه شیمی؛ پروفسورMaohong Fan ، در گروه مهندسی نفت و دانشکده منابع انرژی؛ دانشجویان فارغ التحصیل Rabindra Dulal از نپال، Joann Hilman از لارامیه، Chris Masi از سیراکوس، N.Y. و Teneil Schumacher از بوفالو و محققان فوق دکتراGaurab Rimal ، از نپال وBang Xu ، از چین بودند.
با اینکه تحقیقات پیشین نشان داده است که میتوان از مایکروویو برای کاهش رطوبت زغال سنگ و حذف گوگرد و سایر مواد معدنی استفاده کرد، اما بیشتر این روش ها نیاز به پیش تصفیه شیمیایی خاص زغال سنگ دارند. پژوهشگران UW در آزمایش خود به سادگی زغال سنگ حوزهی رودخانه را به صورت پودر آسیاب کردهاند.
سپس این پودر را قبل از اینکه در اجاق مایکروویو قرار گیرد، روی ورق مس قرار داده و در ظروف شیشهای با مخلوط گاز آرگون و هیدروژن مهر و موم کرد. یک اجاق مایکروویو معمولی به دلیل راحتی و قابلیت تأمین میزان اشعه مورد نظر انتخاب شد.
Masi، نویسنده اصلی مقاله، میگوید: "با برش ورق مس به شکل چنگال، جرقه ها توسط اشعه مایکروویو القا می شوند و در عرض چند ثانیه درجه حرارت بسیار بالای بیش از ۱۸۰۰ درجه فارنهایت ایجاد میکنند. به همین دلیل است که شما نباید یک چنگال فلزی را درون اجاق مایکروویو قرار دهید."
جرقه های ناشی از مایکروویو دمای بالایی را که برای تبدیل پودر زغال سنگ به گرافیت چند بلوری لازم است را تولید میکنند، همچنین فویل مس و گاز هیدروژن نیز به این فرآیند کمک می کنند. در حالی که این آزمایش شامل مدت زمان مایکروویو از ۳ تا ۴۵ دقیقه بود، مدت زمان بهینه ۱۵ دقیقه بود.
پژوهشگران میگویند این روش جدید تبدیل زغال سنگ میتواند بهبود یابد و در مقیاس بزرگتری انجام شود تا هم کیفیت و هم مقدار بیشتری از مواد نانوگرافیت بدست آید. دانشمندان نوشتند: "ذخایر گرافیت محدود و نگرانیهای زیست محیطی در مورد روشهای استخراج گرافیت، این روش تبدیل زغال سنگ به گرافیت را به عنوان منبع جایگزین عالی تولید گرافیت تبدیل میکند."
این کشف گام دیگری به جلو در تلاش برای یافتن کاربردهای جایگزین برای پودر زغال سنگ حوزه ی رودخانه Wyoming است، در زمانی که تقاضا برای تولید زغال سنگ برای تولید برق به دلیل نگرانی در مورد تغییر آب و هوا در حال کاهش است.
در مقاله ای که در مجله ی Nano-Structures & Nano- Objects منتشر شد، پژوهشگران UW گزارش دادند که آنها محیطی را در یک مایکروفر ایجاد کردند تا پودر زغال سنگ خام را به نانو گرافیت تبدیل کنند که به عنوان روان کننده و در موارد مختلفی از کپسولهای آتش نشانی تا باتریهای یون لیتیوم استفاده میشوند. این "روش یک مرحله ای با فرآیند مایکروویو به کمک فلز" رویکرد جدیدی است که میتواند یک فناوری تبدیل زغال سنگ ساده و نسبتاً ارزان را نشان دهد.
تیم تحقیق به سرپرستی دانشیار TeYu Chien در گروه فیزیک و نجوم UW نوشت: "این روش مسیر جدیدی را برای تبدیل منابع کربن فراوان به مواد با ارزش بالا با مزایای اکولوژیکی و اقتصادی فراهم میکند."
از دیگر افراد درگیر این پروژه، پروفسور Jinke Tang، در بخش فیزیک و نجوم؛ دانشیار Brian Leonard، در گروه شیمی؛ پروفسورMaohong Fan ، در گروه مهندسی نفت و دانشکده منابع انرژی؛ دانشجویان فارغ التحصیل Rabindra Dulal از نپال، Joann Hilman از لارامیه، Chris Masi از سیراکوس، N.Y. و Teneil Schumacher از بوفالو و محققان فوق دکتراGaurab Rimal ، از نپال وBang Xu ، از چین بودند.
با اینکه تحقیقات پیشین نشان داده است که میتوان از مایکروویو برای کاهش رطوبت زغال سنگ و حذف گوگرد و سایر مواد معدنی استفاده کرد، اما بیشتر این روش ها نیاز به پیش تصفیه شیمیایی خاص زغال سنگ دارند. پژوهشگران UW در آزمایش خود به سادگی زغال سنگ حوزهی رودخانه را به صورت پودر آسیاب کردهاند.
سپس این پودر را قبل از اینکه در اجاق مایکروویو قرار گیرد، روی ورق مس قرار داده و در ظروف شیشهای با مخلوط گاز آرگون و هیدروژن مهر و موم کرد. یک اجاق مایکروویو معمولی به دلیل راحتی و قابلیت تأمین میزان اشعه مورد نظر انتخاب شد.
Masi، نویسنده اصلی مقاله، میگوید: "با برش ورق مس به شکل چنگال، جرقه ها توسط اشعه مایکروویو القا می شوند و در عرض چند ثانیه درجه حرارت بسیار بالای بیش از ۱۸۰۰ درجه فارنهایت ایجاد میکنند. به همین دلیل است که شما نباید یک چنگال فلزی را درون اجاق مایکروویو قرار دهید."
جرقه های ناشی از مایکروویو دمای بالایی را که برای تبدیل پودر زغال سنگ به گرافیت چند بلوری لازم است را تولید میکنند، همچنین فویل مس و گاز هیدروژن نیز به این فرآیند کمک می کنند. در حالی که این آزمایش شامل مدت زمان مایکروویو از ۳ تا ۴۵ دقیقه بود، مدت زمان بهینه ۱۵ دقیقه بود.
پژوهشگران میگویند این روش جدید تبدیل زغال سنگ میتواند بهبود یابد و در مقیاس بزرگتری انجام شود تا هم کیفیت و هم مقدار بیشتری از مواد نانوگرافیت بدست آید. دانشمندان نوشتند: "ذخایر گرافیت محدود و نگرانیهای زیست محیطی در مورد روشهای استخراج گرافیت، این روش تبدیل زغال سنگ به گرافیت را به عنوان منبع جایگزین عالی تولید گرافیت تبدیل میکند."
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی