ساخت الکترودهای تزریق جریان با استفاده از فناوری نانو

به گزارش روز یکشنبه دانشگاه صنعتی امیرکبیر، مهراد مهدی پور فارغ التحصیل دکترای دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح« ایجاد آندهای تزریق جریان تقویت شده با نانو لوله کربنی » گفت: آندهای مخلوط اکسیدی (MMO) کاربرد وسیعی در صنعت نفت و گاز و پتروشیمی و تصفیه آب، فرآیند های الکتروشیمیایی شامل آبکاری، استخراج الکتریکی مواد و غیره دارند؛ از آنجایی که این آندها در معرض محیط خورنده و ظرفیت اکسیدی قرار می گیرند، مهم ترین مشکل آنها طول عمر پایین و تعویض مداوم حین انجام فرآیند است.

وی با بیان این که به خاطر ماهیت اکسیدی این پوشش ها مصرف جریان الکتریکی بالا می رود، خاطرنشان کرد: در این تحقیق سعی بر بالا بردن کارایی آندهای تزریق جریان (شامل طول عمر خدمتی و هدایت الکتریکی) نسبت به نمونه های داخلی و خارجی مشابه با استفاده از افزودن نانو کربن فعال به پوشش های اکسیدی بوده است. 

فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: از جمله خواص نانو لوله کربنی استحکام و هدایت الکتریکی بالا است که معمولا به عنوان جزء تقویت کننده در بسیاری از کامپوزیت ها شامل شبکه های آلیاژی و پلیمری مورد استفاده قرار می گیرد.  

وی ادامه داد: از طرفی در سل های 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 نانو لوله کربنی به ترکیبات اکسیدی، سه ویژگی مهم فنی در نظر گرفته می شود.

مهدی پور با اشاره به مزیت های 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 پوشش دهی تجزیه حرارتی کمتر از جمله ویژگی های این پروژه به شمار می رود.  

وی به اهمیت بومی سازی این طرح اشاره کرد و گفت:  کلیه فرایند های ساخت آند از قبیل تهیه مواد اولیه- فرایند اعمال پوشش دهی در مقیاس آزمایشگاهی و نیمه صنعتی در دانشگاه تهیه شده است و در حال حاضر با احداث کارگاه در مقیاس صنعتی این آندها تهیه و تولید می شوند.

فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر با اشاره به روش کار در این پروژه گفت: فرایند انجام شده اعمال پوشش های مخلوط اکسید فلزات کاتالستی  به همراه کربن نانو لوله بر روی زیرلایه فلزی تیتانیوم است. افزودن نانو کربن به پوشش های اکسیدی سبب تقویت مقاومت سایشی، چسبندگی، پایداری و فعالیت الکتروشیمیایی می شود.

وی ادامه داد: فرایند پوشش دهی  بصورت رسوب دهی حرارتی است  و ترکیبات اکسید کاتالیست فعال به همراه اکسید پایدار کننده  و نانو لوله کربنی بصورت 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.   

فارغ التحصیل دانشگاه امیرکبیر گفت: از مشکلات اصلی این تحقیق  اعمال پوشش دهی همزمان نانو کربن فعال به همراه اکسید فلزات کاتالستی  بر روی زیرلایه های تیتانیومی می باشد. 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 می گذارد از دغدغه های اصلی این پروژه بوده است. 

مهدی پور به نتیجه این تحقیق اشاره کرد و 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 کلیه تاییدیه های صنعتی محصول در دست اقدام است.  

این محقق با تشریح ویژگی های طرح تصریح کرد: تولید آند (الکترود منفی) تزریق جریان با استفاده از فناوری نانو جهت بکار گیری در صنعت نفت و گاز (حفاظت کاتدی) و همچنین تصفیه آب آشامیدنی می باشد که یکنواختی ترکیب شیمیایی و  فشردگی ساختار میکروسکوپی از ویژگی های این محصول است.  وی با اشاره به مزیت های رقابتی طرح گفت: افزایش طول عمر خدمتی در محیط های خورنده و هدایت الکتریکی بالا نسبت به نمونه های موجود در بازار و همچنین کاهش قیمت تمام شده از مزیت های این محصول به شمار می رود.

مهدی پور با یادآوری کاربردهای پروژهد تاکید کرد: فرآیندهای الکتروشیمیایی و بکارگیری آند به عنوانی یکی از اجزاء این فرآیند، 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 می برند.

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 می شود . حفاظت کاتدی(الکترود مثبت)سازه ها و خطوط لوله فلزی چه در محیط های خشکی و چه در محیط های دریایی از طریق آندهای MMO  با دانسیته جریان ثابت در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی انجام می شوند.

این محقق عنوان کرد: پوشش دهی به روش آبکاری الکتریکی و همچنین استخراج الکتریکی فلزاتی چون مس، روی، نیکل و غیره در محیط های خورنده سولفاتی، فسفاتی و نیتراتی با بکار بردن آندهای تیتانیومی دارای پوشش های اکسید فلزات نجیب دارای بازدهی و بهره وری بالاتری است.

 استاد راهنمای این پروژه سید هادی طبائیان عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر بوده است.