با همكاری دانشمند ایرانی صورت گرفت
تبدیل زباله به گرافین با روشی نوین بعلاوه فیلم
به گزارش لیمو بلاگ پژوهشگران ˮدانشگاه رایسˮ آمریكا با همكاری استاد ˮروزبه شهسواریˮ در مطالعه اخیرشان موفق به ایجاد گرافین با ارزش از زباله شدند.
به گزارش لیمو بلاگ به نقل از ایسنا و به نقل از فیز، دانشمندان دانشگاه رایس به تازگی با كمك "جیمز تور" (James Tour) شیمی دان این دانشگاه و "روزبه شهسواری"، استادیار دانشكده مهندسی عمران و محیط زیست و علوم مواد و فناوری نانو دانشگاه رایس و رئیس شركت فناوری های" C-Crete "موفق به تبدیل مقادیر زیادی از هر منبع كربن به تكه های با ارزش گرافین شده اند.
به قول پژوهشگران، روند انجام این كار سریع و ارزان بوده است. برای مثال تبدیل پوست موز به گرافین می تواند به كاهش چشم گیر تأثیرات زیست محیطی بتن و سایر مصالح ساختمانی كمك نماید. دانشمندان این مطالعه اعلام كردند این روش كه "فلش گرافین" (flash graphene) نام دارد، می تواند یك تن زغال سنگ، پسماند غذایی و یا پلاستیك را به گرافین تبدیل كند.
گرافین (Graphene) نامِ یكی از آلوتروپ هایِ كربن است. این ماده تشكیل شده از یك ساختار بلوری لانه زنبوری دوبعدی است كه در آن هر اتم كربن به كمك سه الكترون ظرفیت خود، با سه پیوند SP2 هیبریدیزه شده به سه اتم كربن دیگر متصل شده است. یك الكترون ظرفیت باقی مانده هم بر روی كل صفحه گرافین و بین تمام اتم ها به اشتراك گذاشته شده و الكترونِ آزاد است.
"جیمز تور" اظهار داشت: این یك كار بزرگ است. در جهان حدود ۳۰ الی ۴۰ درصد ضایعات غذاها دور ریخته می شوند و زباله های پلاستیكی هم به همین صورت است كه این موضوعی واقعا نگران كننده است. ما قبلاً ثابت كرده ایم كه هر ماده جامد مبتنی بر كربن، همچون ضایعات پلاستیكی مختلط و لاستیك می تواند به گرافین تبدیل گردد.
طی این مطالعه كه در مجله "نیچر" انتشار یافت، فلش گرافین تنها در ۱۰ میلی ثانیه با گرم كردن مواد حاوی كربن تا ۳ هزار درجه كلوین (حدود ۵ هزار درجه فارنهایت) ایجاد می شود. مواد منبع حدودا می تواند هر مواد حاوی كربن باشد. به قول "تور"، پسماندهای غذایی، زباله های پلاستیكی، كك نفتی، زغال سنگ، الوار و بیوچار بهترین گزینه برای تبدیل به گرافین هستند.
كك نفتی (Petroleum coke) ماده جامد نهایی كربن است كه از فرآیند پالایش نفت حاصل می شود و گروهی از سوخت ها بشمار می آید كه بعنوان كك ها شناخته می شوند. كك نفتی به صورت خاص از یك فرآیند نهایی كراكینگ حاصل می شود كه از فرایندهای مهندسی شیمی بشمار می آید و هیدروكربن های زنجیره ای نفت را در بخشی به نام واحد كوكر، به زنجیره های كوتاه تر تقسیم می كند. كك نفتی به همراه الكترود گرافیتی از مواد مورد نیاز برای صنعت فولاد است.
"تور" در ادامه اضافه كرد: با عنایت به قیمت فعلی گرافین كه بین ۶۷ هزار تا ۲۰۰ هزار دلار در هر تن است، انجام این كار می تواند بسیار عالی و پرارزش باشد.
غلظت تقریباً ۰.۱ درصد فلش گرافن در سیمانی كه برای اتصال بتن استفاده می شود، می تواند تاثیر محیطی عظیم آنرا تا یك سوم كم كند. طبق گفته ها تولید سیمان به اندازه ۸ درصد دی اكسید كربن انتشار یافته توسط انسان ها در هر سال است.
"تور" در ادامه اضافه كرد: با تقویت بتن با گرافین، می توان از بتن كمتری برای ساخت و ساز بهره برد و هزینه این روش هم كمتر است. ما گازهای گلخانه ای مانند دی اكسید كربن و متان را كه پسماندهای غذایی امكان دارد در گورستان پسماند شهری تولید كنند را به دام می اندازیم. ما آن دسته از كربن ها را به گرافین تبدیل می نماییم و گرافین را به بتن اضافه می نماییم و بدین ترتیب میزان دی اكسید كربن تولید شده در ساخت بتن كاهش پیدا می كند. این یك سناریو است كه توسط گرافین می توانیم از محیط زیستمان محافظت نماییم.
"روزبه شهسواری" یكی از نویسندگان این مطالعه اظهار داشت: تبدیل زباله به گنج (گرافین) برای اقتصاد دورانی بسیار مهم می باشد. در این آزمایش، گرافین هم بعنوان یك قالب یا الگوی ۲ بعدی و هم یك عامل تقویت كننده عمل می كند كه هیدراتاسیون سیمان و توسعه قدرت بعدی آنرا كنترل می كند.
اقتصاد دورانی یا چرخشی (Circular Economy) یك نظام اقتصادی می باشد كه هدف آن كمینه كردن ضایعات و بیشترین استفاده از منابع است.
"تور" هم در ادامه اظهار داشت: در گذشته گرافین بسیار گران بود و استفاده از آن هم هزینه بسیاری برای افراد در برمی داشت؛ اما فرآیند فلش می تواند به خوبی هزینه را كم كند و به ما كمك نماید تا به بهترین وجه ممكن ضایعات را مدیریت نماییم. با این روش كه ما توسعه دادیم، این كربن هیچگاه باردیگر به هوا بازنخواهد گشت.
این فرآیند به خوبی با برنامه آینده نگرانه این دانشگاه كه Carbon Hub نام دارد، مطابقت دارد؛ چونكه پژوهشگران طی این برنامه قصد دارند میزان انتشار كربن را به صفر برسانند. به قول "تور"، فرآیند گرافن فلش می تواند كربن جامد را به گرافین مورد نیاز بتن، آسفالت، ساختمان ها، ماشین ها، پوشاك و موارد دیگر تبدیل كند.
"گرمایش ژول فلش" برای حجم زیادی از گرافین ها توسط "دوی لونگ" (Duy Luong)، دانشجوی فارغ التحصیل دانشگاه رایس و نویسنده اصلی این مطالعه توسعه یافته است.
فرایند فلاش در یك راكتور طراحی سفارشی اتفاق می افتد كه مواد را به سرعت گرم می كند و همه عناصر غیر كربن را بعنوان گاز ساطع می كند. هنگامی كه این فرایند صنعتی می شود، عناصری مانند اكسیژن و نیتروژن كه از راكتور فلش خارج می شوند، همه می توانند بعنوان مولكول های كوچك به دام افتند؛ چونكه دارای ارزش بالایی هستند.
پژوهشگران گفتند: فرایند فلاش گرمای بسیار كمی را تولید می كند و حدودا تمام انرژی آنرا به سمت هدف هدایت می كند، به صورتی كه می توانید چند ثانیه بعد انگشت خویش را درست روی ظرف بگذارید. البته باید ذكر كرد این تقریباً سه برابر گرمتر از كوره های رسوب بخار شیمیایی است كه قبلاً برای ساختن گرافین از آنها استفاده می كردیم؛ اما در فرایند فلاش گرما در ماده كربن متمركز است. تمام انرژی اضافی بعنوان نور، در یك فلاش بسیار روشن به وجود می آید و از آنجائیكه هیچ حلالی وجود ندارد، این یك فرآیند بسیار تمیز است.
"لونگ" انتظار نداشت كه وقتی نخستین دستگاه در مقیاس كوچك را توسعه دهد؛ بتواند به گرافین برسد. وی در اینباره اظهار داشت: این ایده زمانی در ذهن من به وجود آمد كه یك مقاله علمی كه در مورد گرم كردن "فلش ژول" بود را خواندم و در آنجا گفته بود گرم كردن "فلش ژول" نانوذرات تغییر یافته فلزات را تغییر می دهند.
شبیه سازی سطح اتمی توسط محقق و نویسنده این مطالعه از دانشگاه رایس "سنیا بتس" (Ksenia Bets) تأیید كرد كه دما برای تشكیل سریع ماده مهم می باشد.
وی اظهار داشت: ما اساساً روند زمین شناسی آهسته ای را كه كربن در آن به حالت گرافیكی تبدیل می شود، سرعت می بخشیم.
"جیمز تور" امیدوار است ظرف مدت دو سال روزانه یك كیلوگرم (۲.۲ پوند) "گرافین فلش" تولید نماید و بودجه این پروژه هم توسط وزارت انرژی ایالات متحده آمریكا تأمین خواهد شد.
مرورگر شما از ویدئو پشتیبانی نمی نماید.
فایل آنرا از اینجا دانلود كنید: video/mp4
این مطلب لیمو بلاگ را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط در لیموبلاگ
نظرات بینندگان لیموبلاگ در مورد این مطلب