پژوهشکده علوم و فناوری نانو

English   |     |     |  
 انتخاب وب سایت:

      امکان تبدیل گازهای گلخانه‌ای به یک منبع انرژی با ارزش، یک تیر و دو نشان!
 
 محققان دانشگاه علم و صنعت ایران و دانشگاه کاشان با سنتز یک نانوکاتالیست، گامی مهم در جهت صنعتی شدن فرایندی برداشتند که طی آن گاز متان به یک ترکیب گازی با ارزش برای تولید محصولات شیمیایی تبدیل می‌شود. با صنعتی شدن این فرایند می‌توان از گازهای آلاینده‌ی گلخانه‌ای، سوخت تهیه کرد. این طرح آزمایشگاهی با همکاری شرکت توسعه‌ی صنایع نفت و گاز سرو به انجام رسیده است.
 
امروزه بحران انرژی را می‌توان به‌عنوان یکی از معضلات پیش روی بشر به شمار آورد. در سالیان گذشته، رشد سریع جمعیت و افزایش مصرف انرژی در صنایع، باعث افزایش میزان تقاضای انرژی شده است. انتظار می‌رود این میزان تقاضا از سال 2004 تا 2030 به میزان 57 درصد افزایش پیدا کند. بنابراین استفاده‌ی بهینه از تمامی منابع انرژی بسیار حائز اهمیت است. از طرفی انتشار گازهای گلخانه‌ای نیز سبب آلودگی گسترده‌ی زیست‌محیطی و نازک شدن لایه اوزون می‌شود. متان و دی‌اکسید کربن بخش عمده‌ای از این گازها را تشکیل می‌دهند و در تغییر اقلیم نقش کلیدی ایفا می‌کنند. با این تفاسیر، استفاده و تبدیل این گازها به یک ترکیب گازی مناسب می‌تواند به‌عنوان یک راهکار برای مقابله‌ی هم‌زمان با آلودگی زیست‌محیطی و بحران انرژی تلقی شود.
مهندس احسان اکبری، پژوهشگر این طرح از گاز سنتز به‌عنوان یک گاز پراستفاده در فرایندهای مختلف صنایع شیمیایی و متالورژی یاد کرد و افزود: «گاز سنتز مخلوطی از هیدروژن و دی‌اکسید کربن است که در صنایع شیمیایی و متالورژی کاربرد فراوان دارد. این گاز مفید را می‌توان از گاز طبیعی به دست آورد. بدین منظور روش‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد که دراین‌بین تولید گاز سنتز به کمک فرایند ریفرمینگ خشک گاز متان هم از لحاظ صنعتی و هم از لحاظ زیست‌محیطی بسیار حائز اهمیت است. »
وی در رابطه با مهم‌ترین مشکل در راه صنعتی شدن این فرایند گفت: «مهم‌ترین مشکل این فرایند، غیرفعال شدن کاتالیستهایمورد استفاده بر اثر تشکیل کک است که در این طرح سعی شده با بهره‌گیری از فناوری نانو بر این مشکل غلبه شود. در طرح حاضر یک نانوکاتالیست نانوکامپوزیتی ارزان سنتز شده است که مقاومت بالاتری نسبت به کاتالیستهای رایج در برابر غیرفعال شدن دارد.»
این محقق ادامه داد: «در این پژوهش سنتز نانوکاتالیست Ni-MgO-Al2O3 با نسبت مولی MgO/Al2O3 برابر یک به روش هم رسوبی مورد بررسی قرار گرفته است. شناخت خصوصیات نانوکاتالیستهای تهیه شده به‌منظور بررسی نحوه‌ی عملکرد آن‌ها در فرایند ریفرمینگ خشک گاز متان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و با شناخت دقیق ساختار کاتالیست، می‌توان عملکرد آن را در فرایند پیش‌بینی نمود. بنابراین در این پژوهش علاوه بر آزمون‌ رآکتوری، از آنالیزهای BET، جهت اندازه‌گیری مساحت سطح و مشخص کردن اندازه‌ی خلل و فرج‌ها، آزمون XRD برای شناسایی نوع فاز بلوری کاتالیست، آزمون TPR جهت بررسی شرایط احیای گونه‌های اکسیدی در نانوکاتالیست پایه‌دار، آزمون TPO جهت بررسی میزان کربن تشکیل شده بر روی سطح کاتالیست مستعمل و همچنین میکروسکوپ الکترونی روبشی به‌منظور تعیین مورفولوژی سطح، مقدار، نحوه‌ی تجمع ذرات و اندازه‌ی آن‌ها استفاده شده است.»
اکبری افزایش سطح فعال ذرات به دلیل کاهش ابعاد آن‌ها را به‌عنوان دلیل اصلی بهبود عملکرد کاتالیستی آن‌ها برشمرد و افزود: «نتایج آنالیز BET نشان داد که ساختار نانوبلوری نانوکاتالیست سنتز شده دارای سطح ویژه بالای 190 مترمربع بر گرم است که این موضوع بهبود چشمگیر عملکرد کاتالیستی آن‌ها را در پی دارد. همچنین این نانوکاتالیستها در مدت‌زمان واکنش 700 دقیقه پایداری بالایی از خود به نمایش گذاشتند.»
این طرح با همکاری مهندس احسان اکبری- دانش‌آموخته‌ی مقطع کارشناسی ارشد دانشگاه علم و صنعت 
ایران- دکتر سید مهدی علوی- عضو هیأت علمی دانشگاه علم و صنعت ایران- و دکتر مهران رضایی- عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان- انجام شده است. نتایج این پژوهش در مجله‌ی Fuel با ضریب تأثیر 4/601 (جلد 194، سال 2017، صفحات 171 تا 179) منتشر شده است.
 
      ضو هیات علمی دانشگاه کاشان معاون اول آکادمی جهانی ریاضی شیمی شد
 
 پروفسور سید علیرضا اشرفی عضو هیات علمی گروه ریاضی دانشگاه کاشان به عنوان معاون اول آکادمی جهانی ریاضی شیمی انتخاب شده است.

 پروفسور سید علی رضا اشرفی قمرودی متولد سال  1343 تهران، عضو هیات علمی و استاد تمام گروه ریاضی و مدیر گروه نانو محاسبات دانشگاه کاشان که چندین نوبت به عنوان دانشمند بین المللی  ISI  ودر زمره یک درصد برتر دانشمندان و نخبگان علمی جهان انتخاب شده است.
وی علاوه بر انتخاب دانشمند بین المللی ، چاپ نزدیک به 300 مقاله در مجلات داخلی وخارجی  ISI ، داور بیش از 10 مجله ISI و شرکت در کنفرانس های بین المللی ، پژوهشگر برگزیده کشوری در سال 88 ، پژوهشگر نمونه استان از سال 80 تاکنون را در کارنامه علمی خود دارد.

 
      ساخت سنتز نانوساختارهایی نیمه‌ هادی با خواص نوری عالی به کمک کربوهیدرات‌ها توسط پژوهشگران دانشگاه کا
 
 پژوهشگران دانشگاه کاشان، طی مطالعات آزمایشگاهی خود، با بهره‌گیری از روش‌ شیمی سبز، نانوساختارهایی با کاربرد در صنایع مختلف از جمله سلول‌های خورشیدی و فوتوکاتالیست‌ها ساخته‌اند.

 در فرایند ساخت این نانوساختارها که از جنس زینک استانات هستند، قندهای کربوهیدراتی جایگزین سورفکتانت‌های شیمیایی شده است تا از ایجاد آلودگی‌های زیست محیطی جلوگیری شود.

با توجه به دو چالش عمده آلودگی‌های محیطی و کمبود انرژی در سال‌های آینده، استفاده از روش‌های سنتز سبز برای تهیه نانوساختارهای پرکاربرد در مسئله‌ی انرژی اهمیت زیادی یافته است.

در این طرح از قندهای طبیعی با میزان پوشانندگی متفاوت به‌عنوان عامل پوشاننده به‌جای سورفکتانت‌های شیمیایی استفاده شده است تا نانوساختارهایی یکنواخت و ریز با درجه تخلخل بالا و مناسب برای استفاده در صنایع انرژی تولید شوند.

به گفته‌ی مریم مسجدی آرانی- دانشجوی دکترای نانوشیمی دانشگاه کاشان، هدف این کار تهیه نانوساختارهای زینک استانات با استفاده از عوامل پوشاننده‌ی سبز بوده است. زینک استانات ماده‌ای نیمه هادی با خواص نوری فوق العاده است که کاربردهای زیادی در صنایع مختلف از جمله ساخت سلول‌های خورشیدی، فوتوکاتالیست‌ها، حسگرهای گازی و باتری‌های لیتیومی دارد.

وی در خصوص روش به کار گرفته شده جهت ساخت این نانوساختار‌ها عنوان کرد: راه‌ها و شیوه‌های مختلفی برای آماده‌سازی نانوساختارها از جمله روش هیدروترمال، هم‌رسوبی، پخت حالت جامد و تبخیر حرارتی مطرح شده است.

وی با بیان اینکه در این میان، فرایند هم‌رسوبی روشی ساده، سریع و اقتصادی است که با توجه به سادگی امکان کنترل شکل و اندازه‌ی ذرات نانوساختارها، قابلیت تولید در مقیاس بزرگ را نیز فراهم می‌کند اظهار داشت: به همین دلیل، در این طرح از روش هم‌رسوبی جهت سنتز نانوساختارهای مختلف زینک استانات بهره گرفته شده است.

مسجدی در ادامه افزود: ویژگی مهم کار انجام شده این است که به جای استفاده از عوامل پوشاننده‌ی شیمیایی که منجر به ایجاد آلودگی‌های محیطی زیادی خواهند شد، از قند‌های کربوهیدرات ارزان قیمت و سبز استفاده شد.

وی با اشاره به اینکه در واقع اثر سه نوع قند کربوهیدرات مختلف از جمله گلوکز، ساکارز و نشاسته بر اندازه، شکل و خواص نوری نانوساختارهای نهایی بررسی شده است خاطر نشان کرد: این قندها در طول فرایند به عنوان جاذب و تثبیت کننده عمل می‌کنند. همچنین در ادامه‌ی این تحقیقات از این نانوساختارها در زمینه‌ی ذخیره‌سازی هیدروژن استفاده شده است

این محقق در پایان به نتایج به دست آمده اشاره کرد و گفت: نتایج نشان داده که استفاده از مقدار مناسب قند می‌تواند درکنترل اندازه ذرات، شکل و خواص نوری آن‌ها اثرگذار باشد.

این محقق با بیان اینکه، این نانوساختار قابلیت ذخیره سازی بالای هیدروژن درون خلل و فرج خود دارند افزود: از این رو در صنعت انرژی نیز به طور قابل توجهی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این طرح با همکاری پروفسور مسعود صلواتی نیاسری- عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان- و مریم مسجدی آرانی- دانشجوی دکترای این دانشگاه- انجام شده است.