به گزارش خرید بک لینک پژوهشگران ˮدانشگاه رایسˮ آمریکا با همکاری استاد ˮروزبه شهسواریˮ در مطالعه اخیرشان موفق به ایجاد گرافین با ارزش از زباله شدند.
به گزارش خرید بک لینک به نقل از ایسنا و به نقل از فیز، دانشمندان دانشگاه رایس به تازگی با کمک “جیمز تور” (James Tour) شیمی دان این دانشگاه و “روزبه شهسواری”، استادیار دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست و علوم مواد و فناوری نانو دانشگاه رایس و رئیس شرکت فناوری های” C-Crete “موفق به تبدیل مقادیر زیادی از هر منبع کربن به تکه های با ارزش گرافین شده اند.
به قول پژوهشگران، روند انجام این کار سریع و ارزان بوده است. برای مثال تبدیل پوست موز به گرافین می تواند به کاهش چشم گیر تأثیرات زیست محیطی بتن و سایر مصالح ساختمانی کمک نماید. دانشمندان این مطالعه اعلام کردند این روش که “فلش گرافین” (flash graphene) نام دارد، می تواند یک تن زغال سنگ، پسماند غذایی و یا پلاستیک را به گرافین تبدیل کند.
گرافین (Graphene) نامِ یکی از آلوتروپ هایِ کربن است. این ماده تشکیل شده از یک ساختار بلوری لانه زنبوری دوبعدی است که در آن هر اتم کربن به کمک سه الکترون ظرفیت خود، با سه پیوند SP2 هیبریدیزه شده به سه اتم کربن دیگر متصل شده است. یک الکترون ظرفیت باقی مانده هم بر روی کل صفحه گرافین و بین تمام اتم ها به اشتراک گذاشته شده و الکترونِ آزاد است.
“جیمز تور” اظهار داشت: این یک کار بزرگ است. در جهان حدود ۳۰ الی ۴۰ درصد ضایعات غذاها دور ریخته می شوند و زباله های پلاستیکی هم به همین صورت است که این موضوعی واقعا نگران کننده است. ما قبلاً ثابت کرده ایم که هر ماده جامد مبتنی بر کربن، همچون ضایعات پلاستیکی مختلط و لاستیک می تواند به گرافین تبدیل گردد.
طی این مطالعه که در مجله “نیچر” انتشار یافت، فلش گرافین تنها در ۱۰ میلی ثانیه با گرم کردن مواد حاوی کربن تا ۳ هزار درجه کلوین (حدود ۵ هزار درجه فارنهایت) ایجاد می شود. مواد منبع حدودا می تواند هر مواد حاوی کربن باشد. به قول “تور”، پسماندهای غذایی، زباله های پلاستیکی، کک نفتی، زغال سنگ، الوار و بیوچار بهترین گزینه برای تبدیل به گرافین هستند.
کک نفتی (Petroleum coke) ماده جامد نهایی کربن است که از فرآیند پالایش نفت حاصل می شود و گروهی از سوخت ها بشمار می آید که بعنوان کک ها شناخته می شوند. کک نفتی به صورت خاص از یک فرآیند نهایی کراکینگ حاصل می شود که از فرایندهای مهندسی شیمی بشمار می آید و هیدروکربن های زنجیره ای نفت را در بخشی به نام واحد کوکر، به زنجیره های کوتاه تر تقسیم می کند. کک نفتی به همراه الکترود گرافیتی از مواد مورد نیاز برای صنعت فولاد است.
“تور” در ادامه اضافه کرد: با عنایت به قیمت فعلی گرافین که بین ۶۷ هزار تا ۲۰۰ هزار دلار در هر تن است، انجام این کار می تواند بسیار عالی و پرارزش باشد.
غلظت تقریباً ۰.۱ درصد فلش گرافن در سیمانی که برای اتصال بتن استفاده می شود، می تواند تاثیر محیطی عظیم آنرا تا یک سوم کم کند. طبق گفته ها تولید سیمان به اندازه ۸ درصد دی اکسید کربن انتشار یافته توسط انسان ها در هر سال است.
“تور” در ادامه اضافه کرد: با تقویت بتن با گرافین، می توان از بتن کمتری برای ساخت و ساز بهره برد و هزینه این روش هم کمتر است. ما گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن و متان را که پسماندهای غذایی امکان دارد در گورستان پسماند شهری تولید کنند را به دام می اندازیم. ما آن دسته از کربن ها را به گرافین تبدیل می نماییم و گرافین را به بتن اضافه می نماییم و بدین ترتیب میزان دی اکسید کربن تولید شده در ساخت بتن کاسته می شود. این یک سناریو است که توسط گرافین می توانیم از محیط زیستمان محافظت نماییم.
“روزبه شهسواری” یکی از نویسندگان این مطالعه اظهار داشت: تبدیل زباله به گنج (گرافین) برای اقتصاد دورانی بسیار مهم می باشد. در این آزمایش، گرافین هم بعنوان یک قالب یا الگوی ۲ بعدی و هم یک عامل تقویت کننده عمل می کند که هیدراتاسیون سیمان و توسعه قدرت بعدی آنرا کنترل می کند.
اقتصاد دورانی یا چرخشی (Circular Economy) یک نظام اقتصادی می باشد که هدف آن کمینه کردن ضایعات و بیشترین استفاده از منابع است.
“تور” هم در ادامه اظهار داشت: در گذشته گرافین بسیار گران بود و استفاده از آن هم هزینه بسیاری برای افراد در برمی داشت؛ اما فرآیند فلش می تواند به خوبی هزینه را کم کند و به ما کمک نماید تا به بهترین وجه ممکن ضایعات را مدیریت نماییم. با این روش که ما توسعه دادیم، این کربن هیچگاه باردیگر به هوا بازنخواهد گشت.
این فرآیند به خوبی با برنامه آینده نگرانه این دانشگاه که Carbon Hub نام دارد، مطابقت دارد؛ چونکه پژوهشگران طی این برنامه قصد دارند میزان انتشار کربن را به صفر برسانند. به قول “تور”، فرآیند گرافن فلش می تواند کربن جامد را به گرافین مورد نیاز بتن، آسفالت، ساختمان ها، ماشین ها، پوشاک و موارد دیگر تبدیل کند.
“گرمایش ژول فلش” برای حجم زیادی از گرافین ها توسط “دوی لونگ” (Duy Luong)، دانشجوی فارغ التحصیل دانشگاه رایس و نویسنده اصلی این مطالعه توسعه یافته است.
فرایند فلاش در یک راکتور طراحی سفارشی اتفاق می افتد که مواد را به سرعت گرم می کند و همه عناصر غیر کربن را بعنوان گاز ساطع می کند. هنگامی که این فرایند صنعتی می شود، عناصری مانند اکسیژن و نیتروژن که از راکتور فلش خارج می شوند، همه می توانند بعنوان مولکول های کوچک به دام افتند؛ چونکه دارای ارزش بالایی هستند.
پژوهشگران گفتند: فرایند فلاش گرمای بسیار کمی را تولید می کند و حدودا تمام انرژی آنرا به سمت هدف هدایت می کند، به صورتی که می توانید چند ثانیه بعد انگشت خویش را درست روی ظرف بگذارید. البته باید ذکر کرد این تقریباً سه برابر گرمتر از کوره های رسوب بخار شیمیایی است که قبلاً برای ساختن گرافین از آنها استفاده می کردیم؛ اما در فرایند فلاش گرما در ماده کربن متمرکز است. تمام انرژی اضافی بعنوان نور، در یک فلاش بسیار روشن به وجود می آید و از آنجائیکه هیچ حلالی وجود ندارد، این یک فرآیند بسیار تمیز است.
“لونگ” انتظار نداشت که وقتی نخستین دستگاه در مقیاس کوچک را توسعه دهد؛ بتواند به گرافین برسد. وی در اینباره اظهار داشت: این ایده زمانی در ذهن من به وجود آمد که یک مقاله علمی که در مورد گرم کردن “فلش ژول” بود را خواندم و در آنجا گفته بود گرم کردن “فلش ژول” نانوذرات تغییر یافته فلزات را تغییر می دهند.
شبیه سازی سطح اتمی توسط محقق و نویسنده این مطالعه از دانشگاه رایس “سنیا بتس” (Ksenia Bets) تأیید کرد که دما برای تشکیل سریع ماده مهم می باشد.

وی اظهار داشت: ما اساساً روند زمین شناسی آهسته ای را که کربن در آن به حالت گرافیکی تبدیل می شود، سرعت می بخشیم.
“جیمز تور” امیدوار است ظرف مدت دو سال روزانه یک کیلوگرم (۲.۲ پوند) “گرافین فلش” تولید نماید و بودجه این پروژه هم توسط وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا تأمین خواهد شد.
مرورگر شما از ویدئو پشتیبانی نمی نماید.
فایل آنرا از اینجا دانلود کنید: video/mp4

آمریكا توسعه دانلود دستگاه