گروهی از دانشمندان در دانشگاه MIT پدیده ناشناخته‌ای را کشف کرده‌اند که می‌تواند باعث پرتاب قدرتمند انرژی از میان سیستم‌های بسیار ظریف موسوم به نانو لوله‌های کربنی شود و این کشف منجر به ابداع روشی جدید برای تولید جریان الکتریسیته خواهد شد.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا) مایکل استرانو، استادیار مهندس شیمی در این زمینه اظهار داشت: این پدیده که تحت عنوان امواج نیروی حرارتی نامیده می‌شود، عرصه جدید و نادری را در مبحث تحقیقات انرژی خواهد گشود.

دانشمندان در توصیف این پدیده آن را به حرکت مجموعه‌ای از تخته پاره‌ها و زباله‌ها تشبیه کرده‌اند که توسط امواج سطح اقیانوس در امتداد سطح رانده می‌شوند.

در این روش هم یک موج حرارتی که پالس متحرکی از گرماست در امتداد یک سیستم میکروسکوپی حرکت می‌کند و می‌تواند الکترون‌ها را در این امتداد براند و در نتیجه جریان الکتریکی بوجود آورد.

یک جزء کلیدی در این روش نانولوله‌های کربنی هستند.

محققان می‌گویند ازجمله کاربردهای بالقوه این روش تولید انواع جدیدی از وسایل الکترونیکی فوق العاده کوچک و یا حسگرهای محیطی است که می‌توانند مثل گرد و غبار در هوا پراکنده شوند.

محققان پژوهشگاه صنعت نفت به فن‌اوری حذف توامان سولفید هیدروژن و مرکاپتان از برش LPG (گاز مایع) دست یافتند که ارزش افزوده بالایی در تولید این محصول سبک حاصل از تقطیر نفت خام به دنبال خواهد داشت.

به گزارش خبرنگار «پژوهشی» خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، مهندس جواد علایی ـ مدیر طرح‌های سولفورزدایی هیدروژنی و سولفور پژوهشکده پالایش و نفت پژوهشگاه صنعت نفت ـ با اعلام این مطلب، خاطرنشان کرد: استفاده از فن‌اوری حذف توامان سولفید هیدروژن و مرکاپتان از برش LPG و به کارگیری آن برای شش هزار و 700 بشکه در روز LPG پالایشگاه پارس شیراز ممکن و دانش فنی و پایه آن ارائه و کارها انجام شده است.

وی تصریح کرد: LPG یکی از محصولات سبک حاصل از تقطیر نفت خام یا سایر منابع هیدروکربنی‌ مانند میعانات گازی است که به عنوان سوخت در وسایل گاز سوز خانگی، صنایع مختلف و سوخت جایگزین خودروها به کار می‌رود.

مدیر طرح‌های سولفورزدایی هیدروژنی و سولفور پژوهشکده پالایش نفت ادامه داد: LPG تولید شده در پالایشگاه همانند سایر فرآورده‌های نفتی می‌تواند حاوی مقادیری از ترکیبات مختلف گوگردی مانند سولفید هیدروژن CS2، COS، (H2S، متیل واتیل مرکاپتان باشد.

علایی با بیان اینکه دانش فنی سولفورزدایی از LPG در انحصار چند شرکت شناخته شده در دنیا است،افزود: در حال حاضر فن‌آوری مرکاپتان زدایی توسط پژوهشکده توسعه فناوری‌های پالایشی در پژوهشگاه صنعت نفت به صورت کاملا بومی درآمده است به طوری که هم اکنون چه از نظر فرآیند و چه از نظر کاتالیست، کشور از خرید این تکنولوژی بی‌نیاز شده است.

وی خاطرنشان کرد: هدف از طراحی این واحد حذف کامل H2S و نیز کاهش میزان متیل و اتیل مرکاپتان موجود در خوراک به مقدار کمتر است و از آن جایی که در واحدهای مرکاپتان زدایی به طور معمول از کاستیک استفاده می‌شود حذف H2S به صورت یک طرفه و غیر قابل برگشت انجام می‌شود.

به عبارت دیگر کاستیک طی یک واکنش برگشت ناپذیر به سولفید سدیم تبدیل و در واقع مصرف می‌شود.

علایی اضافه کرد: در مورد مرکاپتان‌ها نیز حذف متیل یا اتیل مرکاپتان توسط کاستیک، برگشت پذیر بوده و کاستیک مصرف شده دوباره احیا می‌شود و تنها در طول زمان به علت تولید آب در واکنش این محلول رقیق می‌شود که لازم ا ست پس از مدتی بخشی از آن تخلیه و کاستیک غلیظ برای جبران اضافه شود از این رو در این گونه واحدها، هنگامی که غلظت H2S در خوراک بالا باشد، باید برای حذف H2S از روش جذب با آمین استفاده کرد.

به گزارش ایسنا، مدیر طرح های سولفورزدایی هیدروژنی پژوهشکده پالایش نفت اظهار کرد: البته در زمینه مرکاپتان زدایی با موسسه‌ای تحقیقاتی در روسیه کار مشترکی انجام می‌شد که اکنون پژوهشگاه به جایی رسیده که بی‌نیاز از شرکت‌های دیگر به طور مستقل می‌تواند این کار را انجام دهد.

علایی، کاهش میزان سولفور در LPG با ارزش افزوده خاص و افزایش قدرت مانور و فروش را از مزایای اقتصادی این طرح عنوان کرد.

وی از انجام طرح سولفورزدایی از نفت خام در این پژوهشگاه خبرداد و گفت: با انجام این طرح سعی می‌شود میزان سولفور موجود در نفت خام را به زیر 15ppm برسد و در واقع با توجه به آنکه نفت خام حاوی مقداری مرکاپتان است که علاوه بر ایجاد خوردگی از جهت صادرات با مشکلاتی رو برو می‌شود.

مدیر طرح های سولفورزدایی هیدروژنی پژوهشکده پالایش نفت پژوهشگاه صنعت نفت اظهار کرد: البته قطر نیز در زمینه تولید LPG از پارس جنوبی استفاده می‌کند که امیدواریم مرکاپتان تصفیه شده را با ارزش افزوده بالاتری ارتقا دهیم و مشتری را به سمت خودمان بکشانیم.

علایی تصریح کردد: دانش فنی فرآیند و ساخت کاتالیست به طور کامل در پژوهشکده توسعه فناوری‌های پالایشی بومی شده و از این فناوری می‌توان در تمام پالایشگاه‌های نفت، گاز و پتروشیمی استفاده کرد.

محققان آزمایشگاه ملی شیمی هند موفق شدند با به‌کارگیری نانولوله‌های کربنی تک‌جداره عامل‌دارشده با اسید سولفونیک یک روش شیمیایی را برای افزایش محتوای اسید سولفونیک غشاءهای نفیون توسعه داده و کارایی قابل توجه این غشاءهای ترکیبی را به‌عنوان الکترولیت در کاربردهای پیل‌های سوختی غشای الکترولیت پلیمری(PEMFC) نشان دهند. 

به گزارش سرویس فن‌آوری ایسنا، دکتر ویجایاموهانان پیلای، مجری طرح چنین توضیح می‌دهد:« بهبود در رسانایی پروتون غشای الکترولیت حتی با یک مرتبه بزرگی، می‌تواند عملکرد پیل‌های سوختی را به‌طور رؤیایی تغییر دهد. در حال حاضر از غشاءهای ساخته‌شده از نفیون(اسید سولفونیک در شکل یک پلیمر جامد) به‌عنوان غشای الکترولیت پلیمری(PEM) در پیل‌های سوختی ـ که در دماهای 80-60 درجه سانتی گراد کار می‌کنند ـ به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود.

اگرچه این غشاهای پیشرفته رسانایی‌های خوبی برای پروتون، در محدوده 01/0 تا 1/0 زیمنس بر سانتی‌متر در محیط مرطوب دارند؛ ولی دارای محدودیت‌های زیادی نیز هستند که عبارتند از وابستگی به آب برای رسانایی الکتریکی، نفوذپذیری بالا برای متانول و میل به تجزیه‌ شدن در حضور رادیکال‌های هیدروکسی، یک مداخل‌کننده در واکنش کاتدی و پایداری شیمیایی و مکانیکی متوسط.

پیلای می‌گوید که تلاش‌های مهمی از سوی محققان پیل سوختی، در جهت توسعة مواد ترکیبی صورت گرفته که می‌تواند قابلیت‌های نفیون را در نگهداری آب بالا ببرد، به گونه‌ای که در دماهای بالا، رسانایی پروتون را از دست ندهد.

او می‌گوید:«ما در کار خود از نانولوله‌های کربنی عامل‌دارشده با اسید سولفونیک در ماتریس نفیون استفاده کرده‌ایم و توانسته‌ایم تعداد گروه‌های اسید سولفونیک را ـ که یک عامل کلیدی در رسانایی آن است ـ در این غشا افزایش دهیم.»

استفاده از نانولوله‌های کربنی تک‌جداره می‌تواند پایداری مکانیکی غشاهای ترکیبی را نسبت به غشاهای نفیون افزایش دهد؛ بنابراین می‌تواند قیمت‌ها را در فناوری PEMFC پایین آورد.

پیلای توضیح می‌دهد که رسانایی بالای پروتون در نفیون به ساز و کاری که در آن سازمان‌دهی مجدد پیوندهای هیدرژنی یک نقش کلیدی بازی می‌کنند، مربوط می‌شود.

به گزارش ستاد ویژه توسعه فن‌آوری نانو، همین که اسید سولفونیک‌های اضافی در سطح نانولوله‌های تک‌جداره قرار می‌گیرد، شرایط خوبی را برای جست‌وخیز آسان پروتون آماده می‌کند که این عمل به نوبة خود باعث افزایش تحریک‌پذیری پروتون و بالا رفتن رسانایی می‌شود. غشاهای ترکیبی نفیون - نانولوله‌های کربنی تک‌جدارة عامل‌دارشده، تقریباً یک مرتبه بزرگی رسانایی بالاتری دارند، در عوض ما فهمیده‌ایم که غشاهای ترکیبی نفیون - نانولوله‌های کربنی تک‌جدارة عامل‌دارنشده، هیچ بهبودی در رسانایی پروتون نشان نمی‌دهند.

این کار راه تازه‌ای برای طراحی الکترولیت‌های پلیمری برای چشمه‌های توان الکتروشیمیایی مانند پیل‌های سوختی گشوده‌ است و نشان می‌دهد که جدای از بهبود قابل توجه در رسانایی پروتون، غشاهایی که به‌طور مناسبی با به‌کارگیری نانولوله‌های کربنی عامل‌دارشده طراحی شده‌اند، قادر خواهند بود که بدون لطمه زدن به رسانایی پروتون، نفوذپذیری متانول را کاهش دهند.

هبود کاتالیست‌های پیل سوختی

محققان در آمریکا کشف کرده‌اند که نانوذرات پلاتین به صورت انتخابی روی نانولوله‌های کربنی در مکان‌های "DNA" تک‌رشته‌ای شده ("ssDNA") رشد می‌کنند. آنها شرح داده‌اند که با اتصال "ssDNA" به سطح نانولوله‌ها می‌توان نانولوله‌های تک‌جداره‌ی دسته‌ای‌شده را به صورت نانولوله‌های منفرد پراکنده کرد. این روش برای تولید دیگر انواع ذراتِ (از قبیل پالادیوم و طلا) قرارگرفته روی نانولوله‌ها برای کاربردهایی در پیل‌های سوختی و الکترونیک نانومقیاس، مناسب است.

لیفنگ‌دانگ، از دانشگاه ایالتی میسوری و یکی از این محققان، می‌گوید: مشکل اصلی برای توسعه کاتالیست‌های پلاتین دارای پایه نانولوله کربنی، عبارت است از فقدان روش‌های مطمئن برای کنترل ریخت‌شناسی، اندازه، چگالی و پیکربندی نانوذرات پلاتین روی نانولوله‌های کربنی.

نانولوله‌ها بواسطه برهم‌کنش‌های آبگریزی در محلول‌های آبی و برهم‌کنش‌های قوی وانداروالس بین لوله‌ها، تمایل به دسته‌ای شدن دارند. بنابراین دانشمندان هنگام تولید کاتالیست‌های پلاتین دارای پایه نانولوله‌ای، با مشکل دسته‌ای شدن نانولوله‌ها مواجه می‌شوند.

هدف این محققان توسعه یک روش مؤثر برای تولید نانوذرات پلاتین روی نانولوله‌های کربنی تک‌جداره، می‌باشد. انتظار می‌رود که نانولوله‌های تک‌جداره بواسطه سطح ویژهی‌ بزرگ‌شان و قطر کوچک‌شان بعنوان پایه‌های کاتالیست، عملکرد بهتری داشته‌باشند. این دانشمندان توضیح می‌دهند که یک روش مناسب برای تولید نانوذرات پلاتین روی نانولوله‌های تک‌جداره باید شامل دو مرحله باشد: جداکردن نانولوله‌های دسته‌ای شده به صورت نانولوله‌های منفرد و تولید نانوذرات پلاتین روی این نانولوله‌ها.

این محققان برای پراکنده‌کردن نانولوله‌های تک‌جداره در محلول آبی از مولکول‌های "ssDNA" استفاده کرده‌اند. آنها همچنین این مولکول‌ها را بعنوان قالب‌ها برای اتصال یون‌های پلاتین و تشکیل نانوذرات پلاتین روی این نانولوله‌ها بکار برده‌اند.

نتایج این تحقیق تحت عنوان "استفاده از "DNA" به‌عنوان قالب برای تولید نانوذرات Pt روی نانولوله‌های کربنی تک‌جداره" در مجله‌ی Nanotecnology منتشر شده‌است

مغناطیسی کردن باکتری‌ها برای کاربردهای صنعتی بزودی در کشور امکان‌پذیر می‌شود.

اسماعیل کفایتی رئیس مرکز تحقیقات نانوفناوری شهید چمران در گفت‌و‌گو با خبرنگار علمی خبرگزاری فارس گفت: در دنیا به کمک نانوذرات روی باکتری‌ها فعالیت‌هایی روی گوگردزدایی از نفت از این طریق کار شده است، اما در کشور این برای نخستین بار است که این مطالعات صورت می‌گیرد.

وی افزود: اما در حال حاضر قصد داریم کاربردهای صنعتی بیشتر با ویژگی‌های جدید‌تر را از این نانوذرات رونمایی کنیم و به دنیا بفهمانیم که محققان ایرانی می‌توانند.

کفایتی تصریح کرد: در این پروژه می‌خواهیم اثرات جدیدی از نانوذرات مغناطیسی را روی باکتری‌ها و قارچ‌ها نشان دهیم به منظور اینکه بتوانیم جداسازی آنها را از سایر محصولات راحت‌تر امکان‌پذیر کنیم.

وی گفت: این کار تحقیقاتی در کشور با همکاری پژوهشکده ژنتیک در حال انجام است و تاکنون نیز مراحل رشد و اندازه‌گیری آن طی شده است و توانسته‌ایم منحنی رشد آن را با موفقیت رسم کنیم و در حال حاضر روی کاربردهای صنعتی ویژه آن کار می‌کنیم.

رئیس مرکز تحقیقات نانوفناوری شهید چمران با اشاره به این خبر علمی که باعث سربلندی و خودکفایی کشور است اظهار داشت: پژوهشکده ژنتیک باکتری مهندسی ژنتیک شده را در اختیار ما قرار داده‌ است و ما نانوذراتی را سنتز کرده‌ایم و می‌خواهیم برای کاربرد مشخص آن را ارزیابی ‌کنیم.

وی گفت: این کار تحقیقاتی توسط گروه ? نفره از محققان ایرانی درحال انجام است و بزودی اطلاعات و خواص کامل آن را اعلام می‌کنیم.