ساخت الکترودهای تزریق جریان با کمک فناوری نانو

محققان دانشکده مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر با افزودن نانو کربن فعال به الکترودهای حاوی پوشش اکسیدهای کاتالیستی کارایی الکتروشیمیایی و طول عمرشان را به میزان قابل توجهی افزایش دادند و جایگزین مناسبی برای آندهای اکسیدی مورد استفاده در تولید کلر جهت تصفیه آب ارائه کردند.‌

به گزارش آردی نیوز و به نقل از ایسنا، مهراد مهدی‌پور، فارغ‌التحصیل دکترای دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «ایجاد آندهای تزریق جریان تقویت شده با نانولوله کربنی» گفت: آندهای مخلوط اکسیدی (MMO) کاربرد وسیعی در صنعت نفت و گاز و پتروشیمی و تصفیه آب، فرایندهای الکتروشیمیایی شامل آبکاری، استخراج الکتریکی مواد و غیره دارند؛ از آنجایی که این آندها در معرض محیط خورنده و پتانسیل اکسیدی قرار می‌گیرند، مهمترین مشکل آنها طول عمر پایین و تعویض مداوم حین انجام فرایند است.

وی با بیان اینکه به‌خاطر ماهیت اکسیدی این پوشش‌ها مصرف جریان الکتریکی بالا می‌رود، بیان کرد: در این تحقیق سعی بر بالا بردن کارایی آندهای تزریق جریان (شامل طول عمر خدمتی و هدایت الکتریکی) نسبت به نمونه‌های داخلی و خارجی مشابه با استفاده از افزودن نانو کربن فعال به پوشش‌های اکسیدی بوده است.

فارغ‌التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: از جمله خواص نانولوله کربنی استحکام و هدایت الکتریکی بالا است که معمولا به عنوان جزء تقویت‌کننده در بسیاری از کامپوزیت‌ها شامل شبکه‌های آلیاژی و پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

وی ادامه داد: از طرفی در سل‌های الکتروشیمیایی، آندهای تزریق جریان MMO دارای نرخ مصرف کم در دانسیته جریان خروجی پایین است، اما دانسیته جریان خروجی در بعضی از کاربردهای صنعتی کافی نیست؛ بنابراین با افزودن نانولوله کربنی به ترکیبات اکسیدی، سه ویژگی مهم فنی در نظر گرفته می‌شود.

مهدی‌پور با اشاره به مزیت‌های این طرح گفت: ایجاد ساختاری فشرده با دانسیته ترک کمتر که سبب افزایش طول عمر خدمتی آند، افزایش دانسیته جریان خروجی از سل الکتروشیمیایی به علت ایجاد هدایت بهتر، کاهش هزینه با مصرف کمتر اکسید فلزات کاتالیستی و همچنین نیاز به تعداد مراحل پوشش‌دهی تجزیه حرارتی کمتر از جمله ویژگی‌های این پروژه به شمار می‌رود.

وی با اشاره به اهمیت بومی‌سازی این طرح، گفت: کلیه فرایندهای ساخت آند از قبیل تهیه مواد اولیه- فرایند اعمال پوشش‌دهی در مقیاس آزمایشگاهی و نیمه‌صنعتی در دانشگاه تهیه شده است و در حال حاضر با احداث کارگاه در مقیاس صنعتی این آندها تهیه و تولید می‌شوند.

مهدی‌پور با اشاره به روش کار در این پروژه، گفت: فرایند انجام شده اعمال پوشش‌های مخلوط اکسید فلزات کاتالیستی به همراه کربن نانو لوله بر روی زیرلایه فلزی تیتانیوم است. افزودن نانو کربن به پوشش‌های اکسیدی سبب تقویت مقاومت سایشی، چسبندگی، پایداری و فعالیت الکتروشیمیایی می‌شود.

وی ادامه داد: فرایند پوشش‌دهی به‌صورت رسوب دهی حرارتی است و ترکیبات اکسید کاتالیست فعال به همراه اکسید پایدار کننده و نانو لوله کربنی به‌صورت همزمان بر روی سطح تیتانیومی اعمال شد. در انتها خواص هدایت الکتریکی و طول عمر خوردگی شتاب یافته و کارایی آندها در فرایند تصفیه آب مورد ارزیابی قرار گرفت.

مهدی‌پور گفت: از مشکلات اصلی این تحقیق اعمال پوشش‌دهی همزمان نانو کربن فعال به همراه اکسید فلزات کاتالیستی بر روی زیرلایه‌های تیتانیومی است. یکنواختی ترکیب و توزیع نانو کربن در سراسر پوشش و همچنین احتمال انجام واکنش شیمیایی کربن با اکسید فلزات کاتالیستی که تاثیر مستقیم بر روی کارایی آندهای تولیدی می‌گذارد، از دغدغه‌های اصلی این پروژه بوده است.

وی با اشاره به نتیجه این تحقیق گفت: احداث کارگاه تولید آند تزریق جریان در مقیاس صنعتی به منظور تولید کلر جهت تصفیه آب و مواد ضد عفونی انجام گرفته است و تمام تاییدیه‌های صنعتی محصول در دست اقدام است.

مجری طرح با اشاره به ویژگی‌های طرح اظهار کرد: تولید آند تزریق جریان با استفاده از فناوری نانو جهت به‌کارگیری در صنعت نفت و گاز (حفاظت کاتدی) و همچنین تصفیه آب آشامیدنی است که یکنواختی ترکیب شیمیایی و فشردگی ساختار میکروسکوپی از ویژگی‌های این محصول است.

وی با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح گفت: افزایش طول عمر خدمتی در محیط‌های خورنده و هدایت الکتریکی بالا نسبت به نمونه‌های موجود در بازار و همچنین کاهش قیمت تمام‌شده از مزیت‌های این محصول به شمار می‌رود.

مهدی‌پور با اشاره به کاربردهای پروژه گفت: فرآیندهای الکتروشیمیایی و به‌کارگیری آند به عنوانی یکی از اجزای این فرایند، کاربرد وسیعی در دنیای صنعتی امروز دارند. صنایعی چون کشاورزی، دامداری، غذایی، تصفیه آب، نفت، گاز و پتروشیمی و همچنین صنایع فولاد از جمله صنایعی هستند که از انجام فرایندهای الکتروشیمیایی سود می‌برند.

وی با بیان مثالی گفت: در صنایع غذایی برای شستشو و ضد عفونی میوه و سبزیجات از آب الکترولیزه شده حاوی سدیم هیپو کلراید استفاده می‌شود. حفاظت کاتدی سازه‌ها و خطوط لوله فلزی چه در محیط‌های خشکی و چه در محیط‌های دریایی از طریق آندهای MMO با دانسیته جریان ثابت در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی انجام می‌شوند.

وی عنوان کرد: پوشش‌دهی به روش آبکاری الکتریکی و همچنین استخراج الکتریکی فلزاتی چون مس، روی، نیکل و غیره در محیط‌های خورنده سولفاتی، فسفاتی و نیتراتی با به‌کار بردن آندهای تیتانیومی دارای پوشش‌های اکسید فلزات نجیب دارای بازدهی و بهره‌وری بالاتری است.

بر اساس اعلام روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، استاد راهنمای این پروژه سید هادی طبائیان، عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر بوده است.