ساخت الکترود‌های تزریق جریان با استفاده از فناوری نانو

به گزارش می متالز، مهراد مهدی پور دانش آموخته 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، فرایند‌های الکتروشیمیایی شامل آبکاری، استخراج الکتریکی مواد و ... دارند؛ از آنجایی که این آند‌ها در معرض محیط خورنده و ظرفیت اکسیدی قرار می‌گیرند مهمترین مشکل آن‌ها طول عمر پایین و تعویض مداوم حین انجام فرایند است.
وی با بیان اینکه بخاطر ماهیت اکسیدی این پوشش‌ها مصرف جریان الکتریکی بالا می‌رود، بیان کرد: در این تحقیق سعی بر بالا بردن کارایی آند‌های تزریق جریان (شامل طول عمر خدمتی و هدایت الکتریکی) نسبت به نمونه‌های داخلی و خارجی مشابه با استفاده از افزودن نانو کربن فعال به پوشش‌های اکسیدی بوده است.
دانش آموخته 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 کامپوزیت‌ها شامل شبکه‌های آلیاژی و پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
وی ادامه داد: از طرفی در سل‌های 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 می‌شود.
وی با اشاره به مزیت‌های 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 ویژگی‌های این طرح به شمار می‌رود.
وی با اشاره به اهمیت بومی سازی این طرح گفت: کلیه فرایند‌های 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 می‌شوند.
آقای مهدی پور با اشاره به روش کار در این طرح گفت: فرایند انجام شده اعمال پوشش‌های مخلوط اکسید فلزات کاتالستی به همراه کربن نانو لوله بر روی زیرلایه فلزی تیتانیوم است. افزودن نانو کربن به پوشش‌های اکسیدی سبب تقویت مقاومت سایشی، چسبندگی، پایداری و فعالیت الکتروشیمیایی می‌شود.
وی ادامه داد: فرآیند 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 گردید. در انتها خواص هدایت الکتریکی و طول عمر خوردگی شتاب یافته و کارایی آند‌ها در فرآیند تصفیه آب مورد ارزیابی قرار گرفت.
وی گفت: از مشکلات اصلی این تحقیق اعمال پوشش دهی همزمان نانو کربن فعال به همراه اکسید فلزات کاتالستی بر روی زیرلایه‌های تیتانیومی می‌باشد. یکنواختی ترکیب و توزیع نانو کربن در سراسر پوشش و همچنین احتمال انجام واکنش شیمیایی کربن با اکسید فلزات کاتالیستی که تأثیر مستقیم بر روی کارایی آند‌های تولیدی
می‌گذارد از دغدغه‌های اصلی این طرح بوده است.
وی با اشاره به نتیجه این تحقیق 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 تأییدیه‌های صنعتی محصول در دست اقدام است.
وی با اشاره به ویژگی‌های طرح گفت: تولید آند تزریق جریان با استفاده از فناوری نانو جهت بکار گیری در صنعت نفت و گاز (حفاظت کاتدی) و همچنین تصفیه آب آشامیدنی است که یکنواختی ترکیب شیمیایی و فشردگی ساختار میکروسکوپی از ویژگی‌های این محصول است. وی با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح گفت: افزایش طول عمر خدمتی در محیط‌های خورنده و هدایت الکتریکی بالا نسبت به نمونه‌های موجود در بازار و همچنین کاهش قیمت تمام شده از مزیت‌های این محصول به شمار می‌رود.
مهدی پور با اشاره به کاربرد‌های طرح گفت: 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 فرآیند‌های الکتروشیمیایی سود می‌برند.
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 می‌شود. حفاظت کاتدی سازه‌ها و خطوط لوله فلزی چه در محیط‌های خشکی و چه در محیط‌های دریایی از طریق آند‌های MMO با دانسیته جریان ثابت در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی انجام می‌شوند.
وی عنوان کرد: پوشش دهی به روش آبکاری الکتریکی و همچنین استخراج الکتریکی فلزاتی، چون مس، روی، نیکل و ... در محیط‌های خورنده سولفاتی، فسفاتی و نیتراتی با بکار بردن آند‌های تیتانیومی دارای پوشش‌های اکسید فلزات نجیب دارای بازدهی و بهره وری بالاتری است.
استاد راهنمای این طرح سید هادی طبائیان عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر بوده است.