ساخت یک دستگاه خشک کن کربن دی‌اکسید فوق‌بحرانی و تولید آئروژل اکسید نیکل (II) با استفاده از آن

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش برای تولید انواع آئروژل‌ها یک دستگاه خشک کن کربن دی‌اکسید فوق‌بحرانی ساده طراحی و ساخته شد. مهم‌ترین برتری دستگاه ساخته شده خودکار بودن سامانه گرمایش و سرمایش آن است که باعث کنترل بهتر شرایط عملیاتی فرایند خشک کردن و تولید نانو مواد با تخلخل بیش‌تر می‌شود. دستگاه ساخته شده قابلیت عملکرد در بازه دمایی oC 5 تا oC 90 و فشاری بیش از bar 140 را دارد. به منظور بررسی عملکرد دستگاه ساخته شده، ژل اکسید نیکل (II) به روش سل-ژل سنتز و با استفاده از روش خشک کردن کربن دی‌اکسید فوق‌بحرانی خشک شد. آئروژل تهیه شده در دمای oC 300 و به مدت 2 ساعت کلسینه شد. مشخصه‌های فیزیکی و شیمیایی آئروژل اکسید نیکل با استفاده از آنالیزهای مشخصه‌یابی پراش پرتو ایکس (XRD)، جذب و واجذب نیتروژن (BET) و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه‌ها نشان می‌دهد که آئروژل اکسید نیکل دارای یک ساختار متخلخل باز است و از نانوذره‌های کروی شکل تشکیل شده است. آئروژل سنتز شده از سطح ویژه m2/g 167، حجم روزنه‌ها cm3/g 61/0، میانگین قطر روزنه‌ها nm 6/14 و متوسط اندازه بلورک nm 6/4 برخوردار است. نتیجه‌های به دست آمده نشان داد که خشک کردن اکسید نیکل نانوساختار با استفاده از دستگاه خشک کن کربن دی‌اکسید فوق‌بحرانی ساخته شده، منجر به حفظ بهتر ساختار متخلخل آن می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Moral M., Rueda M., Mato R., Martín Á., View Cell Investigation of Silica Aerogels during Supercritical Drying: Analysis of Size Variation and Mass Transfer Mechanisms, Supercritical Fluids, 92: 24-30 (2014).
[2] Mißfeldt F., Gurikov P., Lölsberg W., Weinrich D., Lied F., Fricke M., Smirnova I., Continuous Supercritical Drying of Aerogel Particles: Proof of Concept, Ind. Eng. Chem. Res, 59: 11284-11295 (2020).
[3] Stergar J., Maver1U., Review of Aerogel-Based Materials in Biomedical Applications, Sol-Gel Science and Technology, 77: 738-752 (2016).
[4] Ziegler C., Wolf A., Liu W., Herrmann A., Gaponik N., Eychmgller A., Modern Inorganic Aerogels, Angew.Chem. Int. Ed, 56: 13200-13221 (2017).
[5] Kawagishi K., Saito H., Furukawa H., Horie K., Superior Nanoporous Polyimides via Supercritical CO2 Drying of Jungle-Gym-Type Polyimide Gels, Macromol. Rapid Commun, 28: 96-100 (2007).
[6] García-Gonzáleza C., Camino-Reya M., Alnaiefb M., Zetzla C., Smirnovaa I., Supercritical Drying of Aerogels using CO2: Effect of Extraction Time on the End Material Textural Properties, Supercritical Fluids, 66: 297-306 (2012).
[7] Ganesan K., Budtova T., Ratke L., Gurikov P., Baudron V., Preibisch I., Niemeyer P., Smirnova I., Milow B., Review on the Production of Polysaccharide Aerogel Particles, Materials, 11(11): 2144 (2018).
[8] Barrios J., Calderon E., Nanomaterials in Advanced, High-Performance Aerogel Composites: A Review, Polymers, 11(4): 726 (2019).
[9] Smirnova I., Gurikov P., Aerogels in Chemical Engineering : Strategies Toward Tailor-Made Aerogels, Review of Chemical and Biomolecular Engineering, 8: 307-334 (2017).
[10] Sui R., Charpentier P., Synthesis of Metal Oxide Nanostructures by Direct Sol−Gel Chemistry in Supercritical Fluids, Chem. Rev., 112: 3057-3082 (2012).
[11] Bommel M., Haan A., Drying of Silica Gels With Supercritical Carbon Dioxide, Materials Science, 29: 943-948 (1994).
[12] Gash A., Satcher J., Simpson J., Monolithic Nickel (II)-Based Aerogels Using an Organic Epoxide: The Importance of the Counterion, Non-Crystalline Solids, 350: 145-151 (2004).
[13] Wu M., Gao J., Zhang S., Chen A., Synthesis and Characterization of Aerogel-Like Mesoporous Nickel Oxide for Electrochemical Supercapacitors, Porous Mater, 13: 407-412 (2006).
[14] Haitao L., “Supercritical Carbon Dioxide Aided Preparation of Nickel Oxide/Alumina Aerogel Catalyst”, Annual Accountability Report, Graduate Theses and Dissertations, 32 (2005).
[15] Dissertations D., Hana Y., Yanga H., Shena C., Zhoua X., Wanga F., Synthesis and Size Control of NiO Nanoparticles by Water-in-Oil Microemulsion, Powder Technology, 147: 113-116 (2004).
[16] Kazemi H., Shahhosseini S., Bazyari A., Amiri M., "A study on the effects of textural properties of γ-Al2O3 support on CO2 capture capacity of Na2CO3 ", J. Process Safety and Environmental Protection, 138: 176-185 (2020).
[17] Arvaneh R., Fard A. A., Bazyari A., Alavi S. M., Abnavi F. J., "Effects of Ce, La, Cu, and Fe promoters on Ni/MgAl2O4 catalysts in steam reforming of propane", J. Korean Journal of Chemical Engineering, 36: 1033-1041 (2019).
[18] Azizzadeh Fard, A., Bazyari, A., Alavi, S. M., Aghamiri, A. R., "The effects of cobalt and cerium promoters on hydrogen production performance of alumina‐supported nickel catalysts in propane steam reforming", J. Chemical Technology & Biotechnology, 95: 3241-3251 (2020).
[19] Zhang Z., Gao Q., Gao H., Shi Z., Wu J., Zhi M., Nickel Oxide Aerogel for High Performance Supercapacitor Electrodes, RSC Adv., 6: 11262 (2016).
[20] Dhas S., Maldar P., Patil M., Nagare A., Waikar M., Sonkawade R., Synthesis of NiO Nanoparticles for Supercapacitor Application as an Efficient Electrode Material, Vacuum, 181: 109646 (2020).