ألياف نانوية لتنظيف الوقود من الكبريت

ترجمة بتصرف: ميشيل رحال، الكيمياء العربي

مركبات الكبريت الموجودة في أنواع الوقود المشتقة من النفط تقابل مقابلاتها من بنى نانوية.

 قام باحثون من جامعة ايلينوي Illinois University بتطوير رقائق مكونة من ألياف نانوية من أكاسيد المعادن، تقوم بالتخلص من الكبريت الموجود في أنواع الوقود المشتقة من النفط، وهي ذات فعالية أكبر من الطرق التقليدية. تُخفِض هذه الفعالية من التكاليف وتحسن أداء الحفّازات المخصصة للوقود، ولها تطبيقات متقدمة في الطاقة، كما تقوم بإزالة الغازات السامة.

شارك في هذا البحث كل من مارك شانون Mark Shannon (مشارك مساعد) وهو بروفيسور في علم الميكانيك والهندسة في جامعة ايلينوي حتى وفاته هذا الخريف، والبروفيسور الكيميائي براشانت جين Prashant Jain، حيث قام الباحثون بنشر عملهم في مجلة Nature Technology.

لمركبات الكبريت مشاكل عديدة فيمكن أن تسبب انطلاق غازات سامة أثناء الاحتراق، كما تسبب تآكل المعادن والحفّازات في المحركات وخلايا الوقود. تُنزع مركبات الكبريت من الوقود باستخدام سائل للمعالجة يقوم بامتصاص الكبريت من الوقود، لكن هذه العملية بطيئة وتتطلب تبريد الوقود وإعادة تسخينه، مما يسبب خسارة في محتوى الوقود الحراري.

ولحل هذه المشاكل، انتقل الباحثون لاستعمال مواد ماصّة من الأكاسيد المعدنية الصلبة، لكن لهذه المواد تحدياتها الخاصة، فعند العمل عند درجات حرارة مرتفعة لن يعود هناك حاجة لعملية التبريد وإعادة التسخين للوقود، ولكن فعالية الحفّاز هنا ستكون محدودة بمشكلة الاستقرارية، حيث يفقد فعاليته بعد عدة دورات فقط.

تعمل ماصّات الكبريت بشكل أفضل على سطوح أكاسيد المعادن وذلك حسب دراسات سابقة، لذا كان الحل: استعمال حبيبات صغيرة من تيتانات الزنك Zinc Titanate في نسيج ألياف نانوية، توفر سطح نوعي كبير بفعالية عالية، وبنية متكاملة في ماصّات الكبريت عالية الأداء.

الألياف النانوية هي أكثر فعالية من مثيلاتها من الماصّات القديمة التي لها نفس الحجم، وتسمح بنزع كامل للكبريت بكمية أكاسيد معدنية أقل، تمكن من خلالها تصغير حجم المفاعل.

تبقى هذه المواد المواد فعالة وثابتة بعد عدة دورات من الاستخدام. علاوة على ذلك تمنح البنية الليفية حصانة للمادة الماصّة من مشاكل التلبد، والتكتل التي قد تحصل لحفّازات أخرى لها بنية نانوية.

يقول جين “أليافنا ذات بنية نانوية لا تتلبد، وتستوعب البنية الليفية أية تغيرات فيزيائية-حرارية بدون أن تعطي أية تقادم للمواد. في الواقع وعند شروط العمل، تنمو فروع نانوية من الألياف الأساسية، فتعزز من السطح النوعي خلال العمل”.

سوف تتابع مجموعة جين البحث عن خواص تفرع بنية الألياف النانوية، أملاً لفهم أكبر للمستويات الذرية، حيث يفسر ذلك كيف يمكن جعل المواد أكثر فعالية.

“نحن مهتمون بإيجاد المواقع الذرية على سطح المادة حيث يمتز كبريتيد الهيدروجين Hydrogen Sulfide” يقول جين، المنضم إلى معهد بيكمان للعلوم المتقدمة والتكونولوجيا beck Institue Of Advanced Science & Technology، في جامعة ايلينوي.

ويتابع بقوله “إذا كنا قادرين على تحديد هذه المواقع، سوف نستطيع هندسة مواد ماصّة بفعالية أكبر. تفيدنا الرؤية على المستوى الذري، أو المستوى النانوي، بإيجاد نظام قد يكون مفيد لتصميم حفّازات أخرى في الطاقات المتجددة والتطبيقات في نزع الغازات السامة.”

تم دعم هذا العمل من قبل الجمعية الوطنية للعلوم، قسم الكيمياء ومخبر أبحاث فريدريك سايتز Frederick Seitz Materials Research laboratory في جامعة ايلينوي.

المصدر:

Nanofibers clean sulfur from fuel. University of Illinois. Retrieved from: http://news.illinois.edu/news/12/1217nanofibers_MarkShannon_PrashantJain.html