ساختار و بلورينگي ايروژل‌هاي كربني نانوكامپوزيتي تقويت‌شده با گرافيت انبساط‌يافته بر كارايي جداسازي گازهاي سوختي پارافيني

Structure and Crystallinity of Expanded Graphite-Reinforced Carbon Nanocomposite Aerogels and Their Influence on Paraffin Fuel Gases Filtration Efficiency

فرضيه: ايروژل‌ها مواد نانوساختار جديدي هستند كه در دهه‌هاي اخير توجه زيادي را جلب كرده‌اند. از اين ميان، ايروژل‌هاي پليمري به‌دليل سبك وزني و مقرون به‌صرفه بودن كاربردهاي ويژه‌اي پيدا كرده‌اند. در اين مطالعه، از ايروژل‌هاي كربني براي جداسازي گازهاي حاصل از سوخت‌هاي فسيلي استفاده شده است. چالش اين پژوهش، تلاش براي افزايش بهره‌وري جداسازي گاز، متناسب با مساحت سطح و ساختار جداساز است. روش‌ها: ايروژل كربني نانوكامپوزيتي از پيش‌ماده پليمري با مساحت سطح ويژه زياد و شكل‌شناسي نانوساختار طي فرايند كربني‌كردن در دماهاي 600 و 1200 درجه سلسيوس ساخته شد. رزين نووالاك به‌دليل قيمت كم و حل‌پذيري در الكل‌ها به‌عنوان ماتريس پليمري در پليمرشدن سل-ژل و گرافيت انبساط‌يافته به‌دليل خواص منحصر به‌فرد و پراكنش نسبتاً خوب براي تركيب با نووالاك به‌عنوان تقويت‌كننده انتخاب شد. در اين مطالعه، ابتدا با بررسي توزيع كلوئيدهاي ايروژل‌ كربني با تركيب درصدهاي مختلف جامد نووالاك در سل اوليه، نمونه‌اي با توزيع كلوئيدهاي ريز انتخاب شد. همچنين با بررسي اندازه حفره‌ها، ايروژل با تركيب درصد انتخابي و البته به همراه چهار تركيب درصد از گرافيت انبساط‌يافته (از ديد مساحت سطح ويژه) ساخته شد. سپس، نمونه‌ها در دو دماي مختلف گرماكافت شدند. در ادامه، اثر نانوذرات گرافيت انبساط‌يافته و درجه بلورينگي ايروژل كربني نانو‌كامپوزيتي بر كارايي جداسازي گازهاي حاصل از سوخت‌هاي فسيلي بررسي شد. براي ارزيابي بلورينگي‌هاي مختلف ايروژل، ايروژل‌هاي كربني در دو دماي 600 و 1200 درجه سلسيوس با درجه‌هاي بلورينگي مختلف تهيه شدند. يافته‌ها: نتايج اين مطالعه نشان داد، نمونه‌ايروژل كربني با %0.75 وزني گرافيت انبساط‌يافته و گرماكافت‌شده در دماي 1200درجه سلسيوس، %40 كارايي جذب گاز كربن دي‌اكسيد‌ بيشتري نسبت به نمونه خالص دارد.

Hypothesis: Aerogels are new nanostructured materials that have attracted much attention in recent decades. In the meantime, polymeric aerogels have found special applications due to their lightness and cost-effectiveness. In this study, the carbon aerogels were used to filter the gases from fossil fuels. The challenge of this research is to try to increase the efficiency of gas separation, which is proportional to the surface area and structure of the separator. Methods: Carbon nanocomposite aerogel was made using pre-polymeric material with a high specific surface area and with nanostructure morphology during carbonization process at temperatures 600 and 1200°C. Novolac resin was selected for its low cost and solubility in alcohols as a polymer matrix in sol-gel polymerization. Expanded graphite due to its unique properties and relatively good distribution and for reaction with novolac was used as reinforcement. In this study, a sample with a distribution of fine colloids was selected by examining the distribution of carbon aerogel colloids by combining different percentages of novallac solid in primary sol. Again, by examining the size of the cavities, the production of the aerogel was made by combining the selected precursor composition with four percentages of expanded graphite. Then, the samples were pyrolized at two different temperatures. In the following, the effect of expanded graphite nanoparticles and degree of crystallinity of carbon nanocomposite aerogel on the filtration efficiency of gases from fossil fuels was investigated. To evaluate the effect of different crystallinity of aerogel, carbon aerogels were prepared at temperatures of 600 and 1200°C with different degree of crystallinity. Findings: The results of this study showed that samples of carbon aerogel with 0.75% wt expanded graphite and pyrolized at 1200°C showed 40% higher carbon dioxide absorption efficiency than pure samples.