کنترل آتش در صنایع با کمک فناوری نانو

به گزارش گروه علم و ‌آموزش ایرنا از تارنمای اخبار علمی سای تک دیلی، این شیوه امکان تنظیم دقیق خواص ماده فرآوری شده را فراهم می کند که با تولید لوله های کربنی در مقیاس میکرو از الیاف سلولزی نشان داده می شود.

شعله های با دمای بالا برای تولید مواد متعدد ضروری است. با این حال کنترل آتش و واکنش آن با ماده مورد نظر می تواند چالش برانگیز باشد. دانشمندان شیوه ای ابداع کرده اند که از یک لایه محافظ نازک مولکولی برای کنترل نحوه واکنش گرمای شعله با ماده بهره می گیرد و با کنترل آتش امکان تنظیم دقیق ویژگی های ماده فراوری شده را فراهم می سازد.

مارتین توو نویسنده این مقاله و استاد مهندسی و علوم مواد دانشگاه کارولینای شمالی گفت آتش یک ابزار مهندسی ارزشمند است و کوره بلند یک آتش شدید است، با این حال زمانی که آتش ایجاد می کنید اغلب کنترل اندکی بر آن هست.

کوره بلند، کوره‌ای عمودی است که در کارخانه‌های ذوب فلز برای استخراج فلز به ویژه آهن، از سنگ معدنی استفاده می‌شود. کوره بلند به عنوان اصیل‌ترین روش جداسازی از سنگ آهن شمرده می‌شود که به همراه سنگ آهن، کک و آگلومره هم داخل کوره بلند ریخته می‌شود.

تکنیک تخریب حرارتی معکوس، از یک لایه نازک نانومقیاس روی ماده مورد نظر بهره می گیرد. لایه نازک در واکنش به گرمای آتش تغییر می کند و میزان اکسیژنی را که می تواند به مواد دسترسی پیدا کند، تنظیم می کند. این بدان معناست که می توانیم سرعت گرم شدن مواد را کنترل کنیم که به نوبه خود بر واکنش های شیمیایی در حال وقوع در ماده تأثیر می گذارد. اساساً، می‌توانیم نحوه و مکان تغییر مواد را با آتش به خوبی تنظیم کنیم.

نحوه عملکرد ITD به این گونه است که کار را با ماده مورد نظر مانند الیاف سلولزی شروع می کنید. سپس آن الیاف با یک لایه مولکولی به ضخامت نانومتر پوشیده می شود و الیاف پوشش داده شده در معرض شعله شدید قرار می گیرد. سطح بیرونی مولکول ها به راحتی می سوزد و دما را در مجاورت آن بالا می برد. اما سطح داخلی پوشش مولکولی از نظر شیمیایی تغییر می کند و لایه نازک تری از شیشه در اطراف الیاف سلولزی ایجاد می کند. این شیشه میزان اکسیژنی را که می تواند به الیاف دسترسی یابد، محدود می کند و از آتش گرفتن فوری سلولز جلوگیری می کند. در عوض، الیاف بدون آتش و از داخل می سوزد.

توو می‌گوید: بدون لایه محافظ ITD، اعمال شعله روی الیاف سلولزی به تولید خاکستر منجر می‌شود. با لایه محافظ ITD، در نهایت به تولید لوله های کربنی می انجامد..

وی افزود: می توانیم لایه محافظ را به منظور تنظیم میزان اکسیژنی که به ماده مورد نظر می رسد، مهندسی کنیم. همچنین می توان مواد مورد نظر را به منظور تولید ویژگی های مطلوب مهندسی کرد.

محققان با استفاده از الیاف سلولزی برای تولید لوله‌های کربنی در مقیاس کوچک، نمایش‌ اثبات مفهومی انجام دادند.

محققان می توانند ضخامت دیواره های لوله کربنی را با کنترل اندازه الیاف سلولزی که با آن کار را شروع کردند، با وارد کردن نمک های مختلف به الیاف (که سرعت سوختن را بیشتر کنترل می کند) و با تغییر میزان اکسیژنی که از لایه محافظ عبور می کند، کنترل کنند.

توو گفت: در حال حاضر چندین برنامه در ذهن داریم که در مطالعات آینده به آن‌ها خواهیم پرداخت. همچنین آماده همکاری با بخش خصوصی برای کشف کاربردهای عملی مختلف، مانند تهیه لوله‌های کربنی مهندسی شده برای جداسازی نفت از آب هستیم که برای کاربردهای صنعتی و برای اصلاح محیط‌زیست مفید است.