تولید هم زمان هیدروژن سبز و حذف آمونیاک با الکتروکاتالیست نانوساختار
به گزارش اسمارت کاور، پژوهشگر دانشگاه صنعتی امیرکبیر با توسعه الکترودهای نانوساختار اکسید منگنز، به فناوری کم هزینه ای برای حذف آمونیاک از پساب ها و تولید همزمان هیدروژن دست پیداکرد.
به گزارش اسمارت کاور به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در یک همکاری علمی بین المللی، دکتر مرضیه جدا، پژوهشگر دانشگاه صنعتی امیرکبیر، با ساخت و توسعه الکترودهای نانوساختار اکسید منگنز بر پایه گرافیت (MnOx/Graphite)، به سامانه ای الکتروشیمیایی برای اکسیداسیون مستقیم محلول های رقیق آمونیاکی و تولید همزمان گاز نیتروژن و هیدروژن دست یافته است. این الکترودها به علت ساختار مناسب، سطح فعال بالا و عملکرد الکتروشیمیایی مطلوب، علاوه بر کاربرد بالقوه در فناوری های ذخیره سازی انرژی، بخصوص ابرخازن ها و باتری ها، می توانند برای تصفیه پساب های آمونیاکی و حذف آلاینده آمونیاک همراه با تولید هیدروژن هم مورد استفاده قرار گیرند.
این پژوهش با راهنمائی دکتر نرگس فلاح، عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، و مشاوره پروفسور چین پائو هانگ از دانشگاه دلاور آمریکا انجام شده است.
از مهم ترین موفقیتهای این پژوهش، دستیافتن به عملکرد الکتروشیمیایی در ولتاژ عملیاتی حدود ۰٫۶ ولت و کاهش قابل توجه انرژی مورد نیاز برای اکسیداسیون آمونیاک است. همچنین، در وضعیت بهینه آزمایشگاهی، غلظت آمونیاک به کمتر از ۱ ppm کاسته شده و امکان تبدیل آن به گاز نیتروژن همراه با تولید هیدروژن مورد بررسی و تأیید قرار گرفته است.
در این تحقیق، الکترودها با روش الکترودیپوزیشن (Electrodeposition) ساخته شدند و بالاتر از ۳۰۰ نمونه با ترکیب ها و شرایط مختلف ساخت و عملیات حرارتی مورد بررسی قرار گرفتند. جهت بررسی ساختار و خصوصیت های سطحی الکترودها از روش هایی مانند FE-SEM، EDS، AFM و XPS استفاده شد. همچنین، عملکرد الکتروشیمیایی آنها با آزمون هایی مانند پلاریزاسیون تافل (Tafel Polarization)، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و آزمون های دوام و پایداری ارزیابی شد. این بررسی ها به شناسایی الکترودهای مناسب تر و انتخاب شرایط بهینه برای افزایش فعالیت و طول عمر آنها کمک کرد.
از مهم ترین نوآوری های این پژوهش می توان به ساخت الکتروکاتالیست یکپارچه، بادوام و کم هزینه بدون احتیاج به بایندر، تنظیم و مهندسی فازهای مختلف اکسید منگنز برای بهبود عملکرد و پایداری، افزایش ظرفیت الکتروشیمیایی زیرلایه گرافیتی تا ۱۵ برابر و استفاده از مدلهای هوشمند برای پیش بینی و بهینه سازی عملکرد الکترودها اشاره نمود. همچنین، طراحی الکترودهای پیشرفته برای ذخیره سازی انرژی و بررسی سازوکار واکنش اکسیداسیون انتخابی آمونیاک با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی، محاسبات DFT و یادگیری ماشین، از دیگر بخش های این تحقیق است.
این فناوری می تواند به توسعه شیوه های کم مصرف برای حذف آمونیاک، تولید هیدروژن و استفاده بهتر از محلول های آمونیاکی در سیستم های انرژی پاک کمک نماید. همچنین، امکان استفاده از آن برای کاهش آلودگی ناشی از آمونیاک در پساب های صنعتی، بخصوص در صنایع پتروشیمی، پالایشگاهی و تولید کودهای شیمیایی، وجود دارد.
نتایج این تحقیق در قالب چهار مقاله علمی در عرصه های الکتروشیمی، ذخیره سازی انرژی و محیط زیست تدوین شده است. یکی از این مقالات در ژورنال معتبر Journal of Power Sources انتشار یافته و سه مقاله دیگر هم به ترتیب در مرحله داوری در ژورنال Advanced Energy Materials، بعد از ارسال به ژورنال Renewable and Sustainable Energy Reviews و در مرحله نهائی سازی برای ارسال به ژورنال تراز اول Energy & Environmental Science قرار دارند. این مجموعه، نشان دهنده ابعاد علمی و بین رشته ای پژوهش و ظرفیت آن برای انتشار در مجلات معتبر بین المللی است.
گام بعدی این پژوهش، گسترش فناوری در مقیاس نیمه صنعتی، آزمایش آن با محلول ها و پساب های حقیقی صنعتی، افزایش طول عمر الکترودها و طراحی راکتورهای بزرگ تر است.
منبع: smartcover.ir
مطلب اسمارت کاور را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب