خانه / تازه‌ها / بیوتکنولوژی / روشی برای تبدیل باقیمانده مواد آلی به مواد نانوکربنی

روشی برای تبدیل باقیمانده مواد آلی به مواد نانوکربنی

درختان فونیکس در چین اغلب به عنوان درختان فضای سبز کاشته می‌شود و مقدار زیادی از برگهای آن‌ها در پاییز خزان می‌کند. این برگها به صورت معمول در فصول سرد سوزانده می‌شود که منجر به ایجاد آلودگی هوا می‌گردد. پژوهشگران چینی به تازگی به روشی دست یافتند تا بتواند مواد آلی موجود در این برگها را به مواد کربنی متخلخل تبدیل نمایند که می‌تواند به منظور تولید مواد الکترونیکی پیشرفته مورد استفاده قرار گیرد.

ریزگلوله کربنی
تصویر میکروسکوب الکترونی از ریزگلوله های کربنی متخلخل (تصویر از هونگفانگ و همکاران)

پژوهشگران از روشی چند مرحله و پچیده برای تبدیل برگ درختان به مواد مورد استفاده در الکترودها استفاده نمودند. آن‌ها ابتدا برگها را جمع آوری نموده و پس از خشک نمودن تبدیل به پودر نمودند. سپس آنها را برای ۱۲ ساعت با دمای ۲۲۰ سانتیگراد گرما دادند. این عمل منجر به تولید ریزگلوله های کربنی شد. این ریزگلوله ها سپس توسط محلول هیدروکسید پتاسیم تیمار شده و تحت گرمای تصاعدی ۴۵۰ تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد قرار گرفتند.

تیمار شیمیایی منجر به فرسایش سطح ریزگلوله ها گردیده و آنها را بی نهایت متخلخل می‌نماید. محصول نهایی پودر کربی سیاهی می‌باشد که دارای مساحت سطحی بسیار بالایی نیز می‌باشد. به علت فرسایش ایجاد شده بر روی سطح ریزگلوله ها و مساحت سطحی بالای ریز گلوله‌های محصول نهایی دارای ویژگی‌های الکتریکی فوق العاده ای می‌باشد.

پژوهشگران، تعداد زیادی آزمون الکتروشیمی استاندارد انجام دادند تا قابلیت تخلخل ریزگلوله و همچنین قابلیت استفاده آنها در دستگاه‌های الکترونیک را ارزیابی نمایند. منحنی جریان ولتاز این مواد نشان داد که این مواد می‌توانند ظرفیت ذخیره فوق العاده ای از خود نشان دهند. همچنین آزمون‌های بیشتر نشان داد که این مواد در حقیقت ابرخازن هایی می‌باشند که توانایی ذخیره ۳۶۷ فاراد بر گرم را دارا می‌باشند که ۳ برابر بیشتر از مقداری است که در ابرخازن های گرافنی مشاهده می‌گردد.

خازن‌ها به صورت گسترده‌ای در دستگاه‌های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گردند و انرژی را با نگهداری بار الکتریکی بر روی دو رسانا ذخیره می‌کنند و این رساناها توسط یک عایق از یک دیگر جدا نگهداشته شده‌اند. ابرخازن ها به صورت معمول می‌توانند ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بیشر از خازن‌های معمولی انرژی ذخیره نمایند و همچنین توانایی پذیرفتن و انتقال بار الکتریکی در آنها بسیار سریع‌تر می‌باشد. به این دلیل مواد ابرخازن ها به صورت گسترده در مواد ذخیره کننده انرژی مانند تکنولوژی کامپیوترهای جدید، دستگاه‌های الکتریکی هیبرید و باطری‌های قابل شارژ مجدد قابل استفاده می‌باشند.

این تیم پژوهشی بیشتری تمرکز خود را بر روی راهی برای تبدیل مواد بیوماس زائد به مواد کربنی متخلخل انجام داده که می‌تواند در تکنولوژی‌های جدید مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر برگ درختان این گروه توانستند همچنین باقیمانده مواد کشاورزی مانند چوب کاج، ذرت و باقیمانده سیب زمینی را نیز به مواد «کربن الکترود» تبدیل نمایند. آن‌ها امیدوارند با بهینه سازی پروسه تولید بتوانند از مواد خام نیز به این منظور استفاده نمایند.

ابرخازن هایی که از ریزگلوله های حاصل از برگ درختان بود در مقایسه با دیگر زیست توده‌ها دارای قابلیت بیشتری بوده‌اند. به نظر می‌رسد مقیاس بسیار کوچک ساختار متخلخل حاصل از آن‌ها مهم‌تری عامل این قابلیت باشد که منظور به تماس بیشتر بین یون الکترولیت و سطح گلوله‌های کربنی شده است و همچنین انتقال و توزیع یون را بر روی سطح کربن تسهیل نموده است. پژوهشگران امیدوارند بتوانند قابلیت الکتروشیمی بالاتری با بهینه سازی و تغییر ساختار مواد خام بدست آورند

منابع:

Moreno-Castilla C, García-Rosero H, Carrasco-Marín F. Symmetric Supercapacitor Electrodes from KOH Activation of Pristine, Carbonized, and Hydrothermally Treated Melia azedarach Stones. Materials (Basel). 2017 Jul 4;10(7). pii: E747. DOI: 10.3390/ma10070747

Hongfang M, Liu Z, Wang X, Zhang C, Jiang R. Supercapacitive performance of porous carbon materials derived from tree leaves. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 2017; 9 (4): 044105. DOI: 10.1063/1.4997019

American Institute of Physics. Method to convert organic waste matter into a carbon material. Retrieved from thecellule.com; available online at: http://taq.ir/1396/06/26

درباره حمید احمدیان مقدم

من به علوم و فناوری های نوین علاقه مند هستم!

این نوشته هم جالبه!

توربین بادی

ایجاد نیروگاه‌های بادی در آبهای عمیق اقیانوس‌ها

دانشمندان بر این باور هستند که امکانات مناسبی برای ایجاد نیروگاه‌های بادی در اقیانوس‌ها وجود …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *