مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت) :
چکیده:
با افزایش جمعیت جهان، فشار دائمی بر منابع طبیعی باقی می‌ماند. صنعتی شدن نیاز به منابع را بسیار گسترش داده است. پیشرفت‌های تکنولوژیکی متعدد پیوسته با هدف قرار دادن کاستی‌های موجود در طراحی مواد موثر و کارآمد، سعی بر کاهش شدت این کمبود‌ها دارند. مواد عملیاتی، کارآمد و مقرون به صرفه در چندین زمینه کاربردی کلیدی مورد نیاز هستند، از جمله ذخیره/ برداشت انرژی، الکترونیک، کاتالیز و تصفیه آب. توسعه بیشتر مواد با کارایی بالا و مقرون به صرفه همچنان ضروری است. نوآوران باید به دنبال توسعه فناوری‌هایی باشند که با طراحی مواد و دستگاه‌هایی که به چالش‌های منابع می‌پردازد بر محدودیت‌های بنیادی غلبه نمایند.
کربن به دلیل خواص عالی الکتریکی، فیزیکی و مکانیکی به عنوان ماده‌ای چند منظوره برای طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله تصفیه، تفکیک و ذخیره انرژی عمل می‌نماید. فیبر کربن یک بعدی (1D) مخصوصاً به دلیل استحکام عالی همراه با نسبت سطح به حجم بالا مشهور است و به‌طور گسترده‌ای به‌صورت تجاری در دسترس است. اگرچه کاندیدی استثنایی برای رفع نیازهای فعلی انرژی و محیطی است، الیاف کربن برای استفاده در پتانسیل کامل، نیازمند بررسی بیشتر است. استراتژی‌های در حال ظهور برای طراحی فیبر کربن بر توسعه مسیرهای مصنوعی آسان برای ساختارهای کربنی کنترل شده تکیه دارد. جامعه علمی به دلیل افزایش کارایی عالی در تفکیک، فیلتر نمودن، ذخیره/ تبدیل انرژی و چندین کاربرد دیگر، گرایش زیادی به ساخت کربن متخلخل نشان داده است. این رساله به مرور و مشارکت در تحقیقات اخیر در زمینه کربن متخلخل و کاربردهای آن در انرژی و علوم زیست‌محیطی می‌پردازد. قسمت پیش‌زمینه توسعه اخیر در کربن متخلخل و روش‌های فرآیندی تحت بررسی و روش‌های مصنوعی کنونی برای طراحی الیاف کربن متخلخل (PCF) را نشان می‌دهد. بخش‌های بعدی بر تحقیقات اصلی تمرکز دارند.
روش پلیمریزاسیون رادیکالی کنترل شده، انتقال زنجیره تقسیم برگشت‌پذیر (RAFT)، طرح مصنوعی را برای پیش‌ماده کوپلیمر دسته‌ای، پلی(متیل متاکریلات) (PMMA) و پلی‌اکریلونیتریل (PAN) فعال نمود. کوپلیمر‌های دسته‌ای (PMMA-b-PAN) زمانی‌که الکترو‌ریسی می‌شوند و با کربونیزاسیون، منافذ مزو باریکی ایجاد می‌نمایند ، تفکیک میکروفاز منحصر به فردی دارد. دامنه‌های PMMA و PAN در شبکه‌ای بی‌نظم و محدود از نظر جنبشی، خود به خود مونتاژ می‌شوند که به موجب آن PMMA تخریب می‌شود و PAN با PCF پیوند عرضی برقرار می‌نماید. بررسی اولیه وزن مولکولی کوپلیمر دسته‌ای و کنترل طراحی ترکیبی برای تنظیم خواص فیزیکی و الکتروشیمیایی PCF را مشخص می‌نماید. بر اساس این پژوهش، اندازه منافذ مزو (2 تا 50 نانومتر) را می‌توان بین 10 تا 25 نانومتر با حفظ نواحی سطحی بزرگ و میکرو منافذ مشتق از PAN (کمتر از 2 نانومتر)، تنظیم نمود. منافذ مزو و میکرو هر دو در توسعه ساختار کربن متخلخل سلسله مراتبی منحصر به فرد مشارکت می‌نمایند که کنترل معماری بی‌سابقه‌ای را به ارمغان می‌آورد. کنترل منافذ در زمینه کربن به عنوان معماری نانو مقیاس بسیار مشارکت می‌نماید و به‌طور قابل توجهی بر کارآیی و عاملیت تأثیر می‌گذارد. بخش بعدی از PCF برای تمیز نمودن منابع آبی استفاده می‌نماید که اغلب با یون‌های نامطلوب مانند نمک‌ها و آلاینده‌ها آلوده شده‌اند. دیونیزاسیون یا الکترو‌جذب روشی الکتروشیمیایی برای تصفیه آب از طریق حذف یون است. در پژوهش حاضر از PCFها به دلیل مساحت سطح بالا و اندازه منافذ قابل تنظیم به عنوان الکترود برای دیونیزاسیون استفاده شده است. ایزوترم‌ها و سینتیک‌های جذب، ظرفیت و سرعت تصفیه آب را مشخص می‌نماید که برای دیونیزاسیون مهم است. در این پژوهش فیلتر نمودن خازنی PCF روی نمک‌های آلی باردار مطالعه شده است. از آنجایی‌که PCFها دارای هر دو نوع منافذ میکرو و مزو هستند، آن‌ها قادر به جذب یون‌هایی با جرم بیشتر از وزن خود بودند. راندمان جذب PCF به سینتیک نفوذ در سیستم متخلخل سلسله مراتبی و توسعه ظرفیت خازنی دو لایه روی سطح PCF نسبت داده شد. به علاوه، بر اساس مکانیسم جذب، PCFها پایداری و قابلیت استفاده مجدد بالایی را برای کاربردهای جذب/دفع در آینده نشان دادند. عملکرد PCF به عنوان ماده‌ای الکترو جذبی، اهمیت طراحی منطقی برای الکترود‌هایی موثر با استفاده از تخلخل به‌هم‌پیوسته سلسله مراتبی مشخص می‌نماید.
یکی دیگر از کاربردهای PCFها به روز‌رسانی روش‌های نمک‌زدایی تبخیری برای تصفیه آب است. در حال حاضر تقطیر با توجه به هزینه و انرژی بالا به عنوان منبع آب آشامیدنی به‌طور گسترده استفاده نمی‌شود. نمک‌زدایی خورشیدی می‌تواند به عنوان روشی کم‌هزینه به‌کار رود، اما آنتالپی تبخیر آب به شدت اجرای عملی آن را محدود می‌نماید. در این پژوهش منافذ PCF به عنوان روشی برای حصر نانویی آب استفاده شده است. اثرات محصور نمودن، چگالی و آنتالپی تبخیر آب را کاهش می‌دهد. نمک‌زدایی با استفاده از PCF با اندازه منافذ 2 تا 22 نانومتر بررسی شد. PCF با اندازه منافذ تقریبی 10 نانومتر به عنوان بالاترین راندمان مشخص و منجر به کاهش 46 درصدی آنتالپی شد. جالب توجه است که محصور نمودن نانویی PCF به فهم انرژی دفع رقابتی برای تبخیر در میکرو منافذ کمک می‌نماید. طراحی منفذ در PCF اثر‌های محصور شدن را نیز نشان می‌دهد که می‌تواند در سایر برنامه‌های زیست‌محیطی اجرایی شود. در نهایت، مورفولوژی میکروفاز کوپلیمر دسته‌ای در سیستم تفکیک فاز ناشی از بخار مورد بررسی قرار گرفت. خواص PCF حاصل تأثیر مستقیمی از تفکیک فازی با استفاده از ضد‌حلال نشان داد. در بخار ضد‌حلال کم، تفکیک میکروفاز نامنظمی رخ داد، اما پس از اعمال بخار ضد‌حلال، زنجیره‌های پلیمری دوباره سازماندهی شدند. سازماندهی مجدد ابتدا با توسعه زنجیره‌های گرافیکی با نظم دوربرد در کربن مشتق شده از PAN، خواص مکانیکی را بهبود بخشید. اما در غلظت‌های بالاتر بخار ضد‌حلال، الیاف رسوب پلیمر را تجربه نمودند که منجر به تشکیل دانه و توده پلیمری در بستر الیاف شد. دانه‌ها و توده‌ها خواص مکانیکی و عملکرد الکتروشیمیایی را کاهش دادند. تفکیک فازی با استفاده از بخار، روشی را برای بهبود خواص مکانیکی بدون به خطر انداختن عملکرد الکتروشیمیایی در الیاف کربن انعطاف پذیر نشان داد.
دانلود متن کامل : فیبر کربن متخلخل مشتق شده از کوپلیمر دسته‌ای برای انرژی و علوم زیست‌محیطی
ترجمه و ویرایش :مریم مهاجر
Block Copolymer Derived Porous Carbon Fiber for Energy and Environmental Science
