خوش آمدید

جستجو

تبلیغات





کاربرد پیل های سوختی، نانو حسگر ها و نانو کریستال ها در کاهش آلودگی هوا

    چکیده

    با در نظر گرفتن اثرات زيان‌بار و خساراتي كه آلاينده‌هاي هوا از قبيل NOX، SOX، CO و هيدروكربن‌ها، روش‌هاي علمي مختلفي در جهت كاهش يا حذف آلاينده‌هاي هوا در سراسر دنيا مورد استفاده قرار گرفته‌اند كه يكي از اين روش‌ها فناوري نانو است. در واقع نقش نانو پديده‌هايي همچون نانولوله‌ها، نانوحسگرها، نانوكامپوزيت‌ها در محيط زيست، با توانايي حذف يا كاهش آلاينده‌هاي هوا در دهه‌هاي اخير در كشور‌هاي مختلف به كار گرفته شده است.برخی از مهمترین کاربردهای علمی شناخته شده فناوری نانو در زمینه محیط زیست نانوحس گرها، نانو فیلترها و کاتالیزورهای زیست محیطی هستند.در همین راستا با استفاده از نانوفناوري مي‌توان سنسورهاي گازي بسيار دقيق‌تر و با قابليت پاسخ سريع توليد كرد. با استفاده از ذرات نانومتري در سنسورهاي بخش نيروگاهي و به طور كلي با نانو ساختار كردن اين سنسورها مي‌توان به كنترل دقيق‌تر جنبه‌هاي مختلف نيروگاه دست يافت.  لذا با استفاده از نانو سنسورهاي تنش بر روي قطعات حساس مي‌توان از بروز حوادث جلوگيري كرده و قبل از شكست يك قطعه از وضعيت تنشي آن مطلع شد. مزاياي اين سنسورهاي گاز، دقت فوق‌العاده به دليل استفاده از مواد نانومتري، مقاومت به سايش، عمر طولاني، واقعي بودن مقادير نشان داده شده و قيمت كم است. پيل هاي سوختي از مناسب ترين ابزار توليد جريان برق و كاهش آلودگي محيط زيست هستند. الكتروليت از مهمترين قسمت هاي اين پيل است. از انجايي كه پيل سوختي اكسيد جامد بالاترين توان را در بين انواع پيل ها دارد بررسي و ساخت مواد الكتروليت ان از اهميت بالايي برخوردار است. از انجايي كه ساخت اين پيل و تهيه موادآن پرهزينه است براي صرفه جويي در هزينه ساخت، بررسي مان را روي ساخت الكتروليت آن در ابعاد نانو قرار داديم همانطور كه مي دانيد ساخت اين تركيبات در ابعاد نانو علاوه بر كاهش مواد مصرفي استحكام و بازدهي را بسيار بالا مي برد. نانو اكسيدهاي بلوري رسانايي يوني را در الكتروليت هاي پيل هاي سوختي اكسيد جامد بسيار افزايش مي دهند.

    واژگان کلیدی: فناوری نانو، نانو حسگر ها، نانو کریستال ها، آلودگي هوا

     مقدمه

          نشت گازهای مهلک یکی از خطرات روزمره زندگی صنعتی است. یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با آلودگی محیط زیست، کنترل و پایش مستمر آلودگی هوا است؛ بر همین اساس پیشرفت های موثر در زمینه کنترل آلودگی هوا صورت گرفته است. یکی از این تکنولوژی ها استفاده از فناوری نانو در کنترل و پایش آلودگی هوا است. آنچه از توانمندی‏های فناوری نانو ارائه شد به این معنی است که می‏توان از این روش‏ها برای حفظ محیط زیست در آینده‏ای نه چندان دور استفاده کرد و در کنار استفاده از منابع طبیعی با کمک فناوری‏های پیشرفته بتوان به تعاملی پایدار با طبیعت رسید. افزایش مشکل دی اکسید کربن در هوا یکی از مشکلات اساسی در سطح جهان است. اميد مي رود كه با استفاده از كشف منابع جديد روزي برسد كه از مصرف سوخت هاي فسيلي بي نياز شويم و در هوايي عاري از دي اكسيد كربن و انواع آلودگي ها تنفس كنيم. فناوري نانو از جمله فناوريهايي است كه به كمك حل اين مسئله آمده است و اين امكان را به وجود آورده است تا به سوي ساخت انرژيي ارزان تر و پاكيزه تر از سوخت هاي فسيلي نزديك شويم. برخی از مهمترین کاربردهای علمی شناخته شده فناوری نانو در زمینه محیط زیست نانوحس گرها، نانو فیلترها و کاتالیزورهای زیست محیطی هستند [5].

    پیل های سوختی

    پيلهاي سوختي از مناسب ترين ابزار توليد جريان برق و كاهش آلودگي محيط زيست هستند. الكتروليت از مهمترين قسمتهاي اين پيل است. از انجايي كه پيل سوختي اكسيد جامد بالاترين توان را در بين انواع پيلها دارد بررسي وساخت مواد الكتروليت ان از اهميت بالايي برخوردار است. از انجايي كه ساخت اين پيل و تهيه موادآن پرهزينه است براي صرفه جويي در هزينه ساخت، بررسي مان را روي ساخت الكتروليت آن در ابعاد نانو قرار داديم همانطور كه مي دانيد ساخت اين تركيبات در ابعاد نانو علاوه بر كاهش مواد مصرفي استحكام و بازدهي را بسيار بالا مي برد. نانو اكسيدهاي بلوري رسانايي يوني را در الكتروليت هاي پيل هاي سوختي اكسيد جامد بسيار افزايش مي دهند. در اين مقاله به ساخت الكتروليت اين نوع پيل سوختي، با استفاده از موادي كه بتوانند در مقياس نانو رسانايي يوني بالايي داشته باشند، مي پردازيم و خواص آنها را با ساختار ميكرويي شان مقايسه می نماییم [4].

     نانوحسگر ها

    نانو حسگر ها یکی از این تکنولوژی های مدرن هستندکه قادر به شناسایی و ارائه پاسخ به محرک های فیزیکی در مقیاس یک نانومتر می باشند. حسگرها از نوع نانوتیوب های تک لایه ای، به ضخامت یک نانومتر توانایی جذب ملکول های گازی سمی را دارند، آن ها همچنین قادرند به شناسایی تعدادی از ملکول های گازی مهلک در محیط بپردازند. این در حالی است که هشدار دهنده های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسایی گازهای نشتی می شوند. محققان مدعی هستند که این حسگرها برای شناسایی به هنگام گازهای بیو شیمیایی جنگ، آلاینده های هوا و حتی ملکول های آلی در فضا کاربرد خواهند داشت. نانو حسگرهای ریزی نیز وجود دارندکه از ذرات بسیار ریز سیکلون ساخته شده اند. با اختراع اولین نمونه های غبار هوشمند، استفاده از این نانو حسگر ها برای کاربردهای علمی محقق شد. هدف اصلی از ساخت غبارهای هوشمند تولید مجموعه ای از حسگرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه های بسیار سبک است. این نانو حسگرها به راحتی ساعت ها در هوا معلق می مانند و می توانند از طریق بی سیم موجود در خود اطلاعات جمع آوری شده را به یک پایگاه مرکزی ارسال کنند. سرعت انتقال اطلاعات در نمونه های اولیه حدود یک کیلو بایت در ثانیه است [3].

     نانو فيلتراسيون گازهاي آلاينده خروجي نيروگاه

    يكي از معضلات هميشگي نيروگاه‌هاي سوخت فسيلي مسئله آلودگي هوا در آن‌هاست. به همين دليل اين نوع نيروگاه‌ها محيط ‌زيست اطراف را به شدت تحت تأثير قرار مي‌دهند. همچنين اين آلودگي با جريان باد جابجا شده و باعث باران‌هاي اسيدي مي‌شود. بنابر اين كنترل احتراق در درجه اول و پس از آن تصفيه دود خروجي از ملزومات يك نيروگاه مدرن در جهت حفظ محيط زيست است. با استفاده از نانو فيلترها مي‌توان دود را تصفيه كرد و دود با آلودگي كمتري را وارد هوا كرد. بدين ترتيب مسئله آلودگي هوا در نيروگاه‌ها براي هميشه حل خواهد شد. همچنين مي‌توان با استفاده از نانو ذراتي كه خاصيت كاتاليستي دارند مواد مضر دود را به مواد بي‌خطر تبديل كرد و علاوه بر اين مي‌توان هواي ورودي به توربين را نيز فيلتر كرد سيستم هاي تصفيه هوا با استفاده از ذرات نانومتري فوتوكاتاليست است. اين سيستم‌ها داراي مواد چند منظوره‌اي هستند كه باعث تصفيه هوا شده و براي حذف آلاينده‌هايي چون منوكسيد‌كربن، بنزول، ميكروب‌ها، غبار و... مفيد هستند. كنترل گازهاي آلاينده‌ خروجي و ديگر گازهاي مورد استفاده به وسيله نانو حسگرها در نيروگاه‌هاي فسيلي آنچه كه بايد صورت گيرد، احتراق است. احتراق مخلوط شدن ماده سوختني و اكسيژن هواست كه بايد به نسبت معين صورت گيرد و سپس واكنش سوختن رخ دهد[6].

    چنانچه اختلاط سوخت و هوا به هر دليلي از حالت استاندارد خارج شود، سوخت ناقص مي‌سوزد و باعث مصرف بيشتر انرژي و سوخت و كاهش انرژي توليدي مي‌شود. راه كنترل و اطلاع از نحوه سوختن، آزمايش و آناليز گازهاي خروجي احتراق است. با اندازه‌گيري گازهاي مختلف در گاز خروجي مي‌توان به شرايط احتراق پي‌برد و تمهيدات لازم براي احتراق كامل را تدارك ديد. كنترل گازهاي خروجي توسط سنسورها صورت مي‌گيرد. هر چه سنسور دقيق‌تر باشد و بتواند به صورت دائم اطلاعات كافي و دقيق و البته واقعي در اختيار اپراتور قرار دهد نظارت و تصميم‌گيري اپراتور صحيح‌تر بوده و باعث افزايش راندمان مي‌شود. علاوه بر هوا و دود، كنترل آب و ديگر مواد سيال موجود در نيروگاه، فشار مخازن تحت فشار، نيروي اعمالي به قطعات حساس تحت تنش نيز به كنترل هر چه بيشتر جنبه‌هاي مختلف نيروگاه و كاهش خسارات احتمالي كمك مي‌كند. براي نيل به اين هدف بايد از نانوسنسورهاي حساس استفاده كرد. با استفاده از نانوفناوري مي‌توان سنسورهاي گازي بسيار دقيق‌تر و با قابليت پاسخ سريع توليد كرد. با استفاده از ذرات نانومتري در سنسورهاي بخش نيروگاهي و به طور كلي با نانو ساختار كردن اين سنسورها مي‌توان به كنترل دقيق‌تر جنبه‌هاي مختلف نيروگاه دست يافت. مثلا با استفاده از نانو سنسورهاي تنش بر روي قطعات حساس مي‌توان از بروز حوادث جلوگيري كرده و قبل از شكست يك قطعه از وضعيت تنشي آن مطلع شد. مزاياي اين سنسورهاي گاز، دقت فوق‌العاده به دليل استفاده از مواد نانومتري، مقاومت به سايش، عمر طولاني، واقعي بودن مقادير نشان داده شده و قيمت كم است [2].

     

    نانوکریستال ها

    اگر تاكنون در ترافيك در مجاورت اگزوز و يا دود اتوبوس و يا يك كاميون قرار گرفته باشيد حتما اكسيد نيتروژن را استشمام كرده ايد. موتورهاي ديزلي (گازوئيل سوز) از جمله مهمترين منابع آلوده كننده هوا با اكسيدهاي نيتروژن مي باشند. محققان در دانشگاه ملي اوك ريج موفق به ساخت نانوكريستالي شده اند كه ما را در داشتن هوايي پاك تر كمك مي كنند. نانوكريستال درست مانند يك كاتاليزور عمل مي كند، هنگامي كه دي اكسيد كربن هوا بر روي اين نانوكريستال كه داراي كادميوم، سيلينيوم و ايديوم است مي نشيند، يك الكترون به دي اكسيد كربن مي دهد تا در مجاورت ساير اجزاي دود واكنش نشان دهد و بي ضرر شود. اگر فيلترهاي متشكل از اين نانوكريستال ها را بتوان با قيمت مناسب تري ساخت و آنها را در دودكش ها نصب كرد مي توان تا حد زيادي از انتشار و خروج دي اكسيد كربن در هوا جلوگيري كرد. ذره معلق مضرر ديگري كه دانشمندان اميدوارند تا با استفاده از نانوكريستال بتوانند آنرا خنثي و يا از بين ببرند، بخار جيوه است. تجهيزاتي كه با زغال سنگ كار مي كنند از مهمترين عوامل توليد بخار جيوه و انتشار آن در هوا هستند. يك روش جلوگيري از انتشار جيوه، استفاده از نانوكريستال هاي اكسيد تيتانيوم است كه بخار جيوه را مي توانند به اكسيد جيوه جامد تبديل نمايند [1].

     

    نتیجه گیری و پیشنهادات

    نانو تکنولوژی رویکردی جدید در تمام رشته هاست. در زمینه محیط زیست، علوم و مهندسی نانو، می تواند تأثیر قابل ملاحظه ای، در درک مولکولی فرآیندهای مقیاس نانو که در طبیعت رخ می دهد، در ایجاد و درمان مسائل زیست محیطی از طریع کنترل انتشار آلاینده ها، در توسعه فن آوری سبز جدید که محصولات جانبی ناخواسته کمتری دارند و یا در جریانات و مناطق حاوی فاضلاب ، داشته باشد. لازم به ذکر است، نانو تکنولوژی توان حذف آلودگی های کوچک از منابع آبی (کمتر از ۲۰۰ نانومتر) و هوا (زیر ۲۰ نانومتر) و اندازه گیری و تخفیف مداوم آلودگی در مناطق بزرگتر را دارد. نانوتکنولوژی دارای کاربرد بسیار زیادی در عرصه حفاظت از محیط زیست و کاهش آلودگی های زیست محیطی می باشد و کشور ما نیز در بخش حفاظت از محیط زیست قطعاً نیاز دارد، با برنامه ریزی بلندمدت، خود را با روند رو به رشد و اجتناب ناپذیر دنیا همراه سازد. به این منظور موارد زیر پیشنهاد می گردد:

    • لحاظ نمودن نانو تکنولوژی به عنوان یکی از محورهای اولویت دار در برنامه دولت و سازمان حفاظت از محیط زیست.
    • تدوین برنامه ای برای موفقیت در عرصه نانو تکنولوژی از سوی سازمان حفاظت از محیط زیست.
    • استفاده از توانائی تحقیقاتی مراکز علمی و دانشگاهی، مراکز پژوهشی و آموزش محققان و دانش پژوهان
    • راه اندازی واحدهای تحقیق و توسعه نانو تکنولوژی در سازمان حفاظت محیط زیست و کلیه ادارات کل حفاظت از محیط زیست استان ها.

     


    این مطلب تا کنون 10 بار بازدید شده است.
    منبع
    برچسب ها : نانو ,استفاده ,زیست ,ساخت ,محیط ,اكسيد ,محیط زیست ,نانو تکنولوژی ,ابعاد نانو ,سوختي اكسيد ,زیست محیطی ,جنبه‌هاي مختلف نيروگاه ,هزينه ساخت، بررسي ,تهيه موادآن پرهزينه ,اهميت بالايي برخوردار ,
    کاربرد پیل های سوختی، نانو حسگر ها و نانو کریستال ها در کاهش آلودگی هوا

تبلیغات


    محل نمایش تبلیغات شما

پربازدیدترین مطالب

آمار

تبلیغات

محل نمایش تبلیغات شما

تبلیغات

محل نمایش تبلیغات شما

آخرین کلمات جستجو شده

تگ های برتر