معرفي نرم افزار HYSYS

طراحي و شبيه سازي فرايند
در دنياي رقابتي امروز شركتهاي طراحي و توليدي به سرعت و دقت در طراحي بهينه فرايند توليد نياز دارند. اين كار بايد به صورتي انجام گيرد كه حداقل تكرار محاسبات را به دنبال داشته باشد.
شبيه سازي فرايند ابزاري است مفيد و موثر براي دستيابي به اهداف زير:
    • انتخاب بهينه و درست تجهيزات مطابق با اهداف طراحي
    • ارزيابي صحيح تغييرات خوراك، نوسانات و خارج از سرويس بودن تجهيزات
    • ايمني ، قابليت اعتماد و سودمندي در طول عمر مجتمع.
 

توانايي ها  ...

طراحي سريع و قابل تغيير
آيا مي توانيد به سرعت مفيدترين و قابل اعتمادترين طراحي را تعيين كنيد؟
HYSYS.Process به گونه اي برنامه ريزي شده است كه صحت و سرعت شبيه سازي را با سادگي كار شبيه سازي تلفيق مي كند. براي طراحي هاي جديد، HYSYS.Process قادر است به سرعت مدل ها را براي ارزيابي گزينه هاي متعدد بوجود آورد. پس از گزينش چند طرح برتر، مي توان مدل هايي بسيار واقع بينانه بر مبناي آنها ايجاد كرد كه تجهيزات اضافي و جزئيات فرآيند نيز در آنها در نظر گرفته شده باشد.
با HYSYS.Process مي توان عمليات مجتمع را به سرعت بهبود بخشيد و نيز از درستي كاركرد دستگاه ها اطمينان حاصل كرد. براي مثال در تشخيص نقص دستگاه ها مانند ميزان جرم گرفتگي مبدلها و پديده طغيان در برج هاي تقطير مي توان از آن استفاده كرد.
 

مشخصات فني
ترموديناميك جامع
مجموعه اي معتبر و جامع از خواص مواد خالص در HYSYS.Process قرار داده شده است. در اين نرم افزار معادلات حالات مختلف، معادلات ضرايب اكتيويته و داده هاي كتابخانه اي لازم براي مدل سازي سيستم بخار، فرآيندهاي هيدروكربني و سيستم هاي شيميايي بسيار غيرايده آل نيز وجود دارد. HYSYS.Process روش هاي ترموديناميكي مخصوصي براي سيستم هاي غير ايده آل در فشار زياد دارد و بيش از 15000 ضريب تاثير متقابل دوتايي را در خود جاي داده است.

يك كتابخانه جامع تركيبات خالص در HYSYS.Process وجود دارد كه قابليت افزودن تركيبات اختصاصي با استفاده از داده هاي شخصي و يا تهيه تركيباتي با استفاده از گروه هاي UNIFAC را دارد. همچنين تركيبات نفتي را با استفاده از داده هاي تقطير ASTM استاندارد مي توان به وجود آورد.
 

محيط محاوره اي كامل
برخلاف بسياري از شبيه سازهاي موجود، محيط HYSYS.Process كاملا محاوره اي است. حتي اگر اطلاعات و داده هاي اوليه ناقص باشند، تا حد ممكن در تمامي نمودار جريان پخش مي شوند. علاوه بر اين، محاسبات واحدها از اول به آخر يا بالعكس نيز انجام مي شود. اين كار باعث حذف محاسبات تكراري شده و لزوم تخمين در بسياري از نمودار جريان ها را از بين مي برد. توانايي انجام محاسبات سودمندي نظير شرايط تشكيل هيدرات، خواص نفتي و محاسبات اندازه يابي دستگاه ها (sizing) بخشي از محيط محاوره اي را تشكيل مي دهد.
 

عمليات واحد جامع
در HYSYS.Process عمليات واحد متعدد و گوناگوني مانند انواع مبدلهاي حرارتي، تجهيزات دوار مانند پمپ و كمپرسور، جدا كننده ها، برج هاي تقطير، راكتورها، عمليات جداسازي جامدات و عمليات منطقي موجود است. به علاوه عمليات واحد خاص را نيز مي توان از طريق برنامه نويسي به اين نرم افزار اضافه كرد.
واكنشهاي شيميايي يك بار نوشته شده و در طول برنامه در هر جا كه مورد نياز باشند مورد استفاده قرار مي گيرند. واكنشهاي تكي يا گروهي را مي توان در انواع عمليات واحد، نظير برج هاي تقطير به كار گرفت. برجهاي تقطير مي توانند دو فازي يا سه فازي و يا همراه با واكنش شيميايي باشند. با يك اشاره Mouse مي توان ضابطه هاي عملكرد برج را فعال يا غيرفعال كرد. اين ضابطه ها به متغيرهاي خاصي وابستگي ندارند. همچنين اين امكان در HYSYS.Process وجود دارد كه يك برج تقطير پيچيده را در يك نمودار جريان فرعي، به صورت جداگانه حل كرده و سپس محاسبات را در نمودار جريان اصلي ادامه داد.
 

سازگار با فن آوري اتوماسيون OLE
بهره مندي نرم افزار از فن آوري اتوماسيون OLE در برگيرنده مزاياي زير براي كاربر است :
• به راحتي مي توان نتايج محاسبات را به نرم افزارهاي عمومي نظير Excel و Word منتقل كرد.
• بدون نياز به دانستن متن برنامه (Source Code) به آساني مي توان واحدهايي (نظير مدلهاي خاص رآكتور) را به برنامه اضافه نمود.
• اتصال با ساير برنامه هاي كاربردي براي جمع آوري و تجزيه و تحليل داده ها. اطلاعات را هم مي توان به صورت دستي و هم از طريق ارتباط با ساير برنامه هاي كاربردي پردازش كرد.
 

امكانات ديگر
به جاي صفحات جدا از هم و فايل هاي متعدد ورودي، در HYSYS.Process يك فايل تمام داده هاي ترموديناميكي متغيرهاي مشخص و نتايج محاسبه را در خود ذخيره مي كند. PFD را مي توان با فرمت DXF براي استفاده در ساير برنامه ها تهيه كرد. مسيرها و محل هاي گوناگون و متنوع براي وارد كردن داده ها و مشاهده نتايج محاسبات، امكانات ترسيمي گسترده براي تجسم بهتر نتايج، امكان دست ورزي در اطلاعات كتابخانه اي برنامه، امكان اجراي برنامه در حالت هاي مختلف و ذخيره سازي نتايج تمام حالت ها، بهينه ساز متغيرهاي عملياتي، صفحه گسترده نظير Excel ، پيش بيني خصوصيات ترموفيزيكي مواد خالص و مخلوط ها به صورت تابعي از فشار و دما و بسياري ظرايف ديگر از جمله امكانات جانبي اين نرم افزار به شما مي باشد.

|+|

بيوليچينگ مس

اصول كلي بيوليچينگ مس
ماده معدني مس استخراج شده تا ابعاد موردنظر خرد شده و به منظور آگلومره شدن ذرات ريز با ذرات درشت و كار با باكتري ها با اسيدسولفوريك در دستگاه هاي آگلومراسيون مخلوط مي شوند.
به منظور كاهش ميزان رطوبت موجود براي خوب آگلومره شدن آب يا رافينت (رافينت محلولي است كه از مسير بازگشتي جدايش محلول الكترووينينگ به دست مي آيد) اضافه مي شود.

اگر ماده معدني از نوع خيلي مصرف كننده اسيد نباشد ميزان اسيد مصرفي براي آماده سازي ماده معدني مي تواند از محلول رافينت تامين شود.‏
رافينت معمولا شامل ميزان كمي از باكتري است كه منجر به اكسيد شدن مس مي شود (باكتري ابتدا توسط لوله هايي بر روي كپه هاي ماده معدني ريخته مي شوند تا سنگ سولفوري را به اكسيدي تبديل كند.سنگ آگلومره و آماده شده براي اسيدشويي به محوطه اي فرستاده مي شود كه در محلي به ارتفاع ۶-۱۰ متر بر روي زميني كه قبلا مسطح شده است و يا بر بالاي ماده معدني كه قبلا اسيدشويي شده است ريخته مي شود.
به منظور تامين هواي موردنياز براي عمليات باكتري ها لوله هاي پلاستيكي با سوراخ هاي مخصوص هوادهي بر روي پد قرار داده مي شوند.‏ بادبزن هاي فشار پايين هواي مورد نياز براي سيستم تهويه زير ماده معدني را تامين مي كنند.‏

پدهاي ايجاد شده توسط ميزان مشخصي از محلول كه شامل باكتري نيز مي باشد مورد پاشش قرار مي گيرند و اين باكتري هاي موجود سنگ سولفوري را به اكسيدي تبديل مي كنند و در اسيد حل مي شوند، محلول باردار شده ‏‎(PLS)‎‏ (شامل مقدار مشخصي مي باشد) در زير توده جمع مي شوند و بعضا دوباره به بالاي هيپ عمليات برگردانده مي شوند و يا مستقيما اگر ميزان مس در حد مورد نظر باشد به مرحله ‏EW/SX‏ (جدايش محلول/ الكترووينينگ) براي بازيابي مس فرستاده مي شوند. رافينت دو مرتبه به توده هاي اسيدشويي قرار گرفته، بازگردانده مي شوند. زمان اسيدشويي براي عمليات هاي مختلف متفاوت است اما به طور ايده آل در حدود ۲۰۰ روز براي ماده معدني مس ثانويه است. بازيابي مس در حدود ۸۵-۷۵ درصد متغير است.
 

روش هاي مختلف بيوليچينگ مس
بيوليچينگ توده اي: در مقياس ها و تناژهاي بزرگ روش اسيدشويي توده اي مس براي باطله و يا مواد معدني مس به عنوان يك طرح كاملا اقتصادي كه با روش بيوليچينگ توده اي در غرب ايالت آمريكا به عنوان يك كار اقتصادي عرضه شد. امروزه، دامپ هاي بيوليچينگ در سراسر دنيا و مخصوصا در شيلي به طور گسترده اي استفاده مي شود. هزينه هاي عملياتي خيلي پايين است و با استفاده از روش هاي ‏EW/SX‏ اين هزينه ها خيلي پايين تر مي شوند.‏
جدايش مس از ماده معدني طلا: حضور مس در ماده معدني طلا به خاطر مصرف بالاي مواد شيميايي توسط مس مشكلاتي را در عمليات سيانوراسيون طلا به وجود مي آورد. در عمليات ليشون در كونيزلند استراليا تقريبا ۵۰۰ هزار تن در سال (۲۰ درصد خروجي معدن) از روش بيوليچينگ براي جدايش مس استفاده مي شود كه كالكوپيريت را توسط باكتري جدا مي كند. بعد از اين مرحله است كه طلا مي تواند به راحتي و به صورت كاملا اقتصادي استحصال شود. مس نيز توسط سمنتاسيون همراه با آهن براي عمليات بعدي جدا مي شوند.
بيوليچينگ لايه هاي نازك: اين روش تنها براي مواد معدني اكسيدي به كار مي رود. روش لايه هاي نازك شامل خردايش و بيوليچينگ مواد معدني سولفيدي مس ثانويه در هيپ هاي كوچك در مراحل باردار بدون بار است. اخيرا عملياتي در مقياس بزرگ در معدن كبرادا بلانكا و سروكلورادو در شيلي از اين روش براي مواد معدني سولفيدي (كالكوسيت اوليه) مورد استفاده قرار گرفته است.‏
بيوليچينگ مخزني: اولين بيوليچينگ مس و كنسانتره آن با استفاده از روش رآكتورهاي مخزني به منظور دستيابي به سينتيك سريع تر بوده است كه اين روش به خاطر بازيابي پايين آن از خوراك كالكوپيريت و اقتصادي بودن روش ذوب پيوسته نسبت به روش مذكور فقط در مقياس آزمايشگاهي استفاده شده است. بيوليچينگ كنسانتره كالكوپيريت در حضور يون هاي كاتيوني مثل نقره منجر به سريع تر شدن سينتيك آزمايش و بازيابي بالاي مس در جزئيات آزمايشگاهي شده است. ميزان هزينه محاسبه شده براي روش بيوليچينگ - استخراج از محلول - الكترووينينگ، ۳۰-۲۵ سنت به ازاي هر پوند است.
 

 

نمونه اي از كاربرد بيوليچينگ مس
اكثر معادني كه از روش بيوليچينگ براي استحصال فلزات استفاده مي كنند، معادني هستند كه در منطقه نيمكره جنوبي واقع شده اند و اين مطلب به خاطر شرايط آب و هوايي خاص اين مناطق است كه براي رشد باكتري و عمليات آنها مفيدتر هستند و در مناطقي مثل شمال آمريكا به دليل شرايط آب و هوايي سرد كار باكتري ها در اين مناطق با مشكل روبه رو مي شود و در اين مناطق تنها از باكتري هاي سرمادوست مي توان استفاده كرد و از سال ۱۹۸۰، ۱۱ معدن مس و يك معدن به صورت برجا از روش بيوليچينگ استفاده كرده اند.‏
نمونه خيلي خوب صنعتي استفاده شده از روش بيوليچينگ، معدن كبرادابلانكا در شمال شيلي مي باشد در سال ۱۹۹۴
محوطه اين عمليات درون منطقه آلتي پلانو در سطح تراز ۴۴۰۰ متر واقع شده است كه به خاطر شرايط خاص اين منطقه كار باكتري ها در دماي سرد و فشار كم اكسيژن در مناطق مرتفع با مشكل روبه رو مي شوند. در معدن مذكور ۱۷۳۰۰ تن در روز ماده معدني سولفيدي تا ۱۰۰ درصد زير ۹ ميليمتر سنگ شكني مي شوند، با اسيد سولفوريك و آب گرم آگلومره مي شوند و بعدا بر روي پدهايي به ارتفاع ۵/۶-۶ متر انباشته مي شوند. پدها توسط لوله هاي مخصوص هوادهي كه در زير هيپ ها نصب شده اند و توسط فن هايي با فشار پايين هوادهي مي شوند، مجهز شده اند. فعاليت باكتري ها در اين معدن با بيشترين ميزان موفقيت همراه است و بازيابي عمليات در حدود ۹۰-۸۰ درصد از سنگ معدني سولفوري است كه در حدود ۷۵۰۰ تن مس در سال توليد مي كند. هزينه هاي به وجود آمده در معدن كه شامل معدنكاري نيز مي شود در حدود ۵۰ سنت به ازاي هر پوند از ماده معدني است.
 

 

|+|

خشک کن خورشیدی

عمليات خشك كردن در صنايع غذايي اهميت ويژه دارد.از آنجا كه آب موجود در مواد غذايي به صورت ملكولهاي آزاد مي باشند،مي توانند به صورت مستقيم در فعل و انفعالات شيميايي و ميكروبي شركت كنند يا به صورت واسطه اي باعث فساد سريع سيستم غذايي گردد. به همين دليل خارج كردن آب از محصولات غذايي در افزايش عمر انبار داري موثر است. استفاده از خشك كن هاي خورشيدي يكي از بهترين روش هاي خشك كردن مواد غذايي است كه مقرون به صرفه است.
دو مرحله اصلي در عمليات خشك كردن در خشك كن هاي خورشيدي عبارت است از گرم شدن سيال به كار رفته و عمل خشك كردن . بدين ترتيب هواي گرم شده آب درون موادي كه بايد خشك شوند را جذب مي نمايند.

نخستين مرحله به دو صورت انجام مي شود:

- غير مستقيم : در اين روش كلكتور خورشيدي جدا از محلي كه محصول مورد نظر قرار داده شده است تعبيه مي گردد و هواي محيط به صورت طبيعي و يا تحت مكش هواكش در اين محيط گرم شده و رطوبت آن كاهش مي يابد و به محلي كه محصولات قرار گرفته اند هدايت مي شود.

- مستقيم: به وسيله گرم كردن هوايي كه در تماس مستقيم با محصول صورت مي گيرد كه متعاقب آن محصول شروع به خشك شدن مي كند.

يكي از خواص مهم موادي كه به طريق مستقيم خشك مي شوند ميزان جذب اشعه آنهاست. خوشبختانه اكثر مواد داراي خاصيت جذبي بالايي هستند. ولي ممكن است اين خاصيت با پيشرفت عمل خشك شدن تغيير يابد. سطح محصولات در جريان خشك شدن كم و بيش تيره می شود و رو به سياهي می گذارد.در خشك كن هاي عظيم ، انتقال حرارت بوسيله نيروي خارجي نظير فن كه معمولا با نيروي برق يا مشابه كار مي كنند موجب افزايش نسبت خشك شدن محصولات وبالا رفتن كيفيت آن مي گردد.

طبقه بندي خشك كن هاي خورشيدي
اين خشك كن ها بر حسب روش گرمايي يا طريقي كه گرما از تشعشعات خورشيدي مشتق گردد طبقه بندي مي شوند.

- خشك كن هاي خورشيدي طبيعي:
كه از تشعشع طبيعي در محيط و از درجه حرارت و رطوبت و حركت هوا در محيط طبيعي براي خشك كردن محصولات استفاده مي كنند.

- خشك كن هاي خورشيدي به طريق مستقيم:
در اين روش موادي كه بايد خشك شوند دريك فضاي بسته قرار داده مي شوند كه داراي يك پوشش شفاف مانند شيشه مي باشد؛ حرارت ناشي از تشعشع خورشيد توسط سطح مواد داخل محفظه جذب مي شوند. اين حرارت موجب تبخير رطوبت مي گردد.و همچنین باعث انبساط هواي درون محفظه و در نتيجه آن تخليه رطوبت مي گردد.

- خشك كن هاي خورشيدي غير مستقيم:
هوا توسط كلكتور خورشيدي گرم شده به داخل اتاقي كه محصولات درون آن قرار دارند وارد مي شود تا عمل خشك شدن را انجام دهد

- خشك كن هاي خورشيدي تركيبي:
در اين روش از اثر مستقيم تشعشع انرژي خورشيدي استفاده مي گردد و در ضمن هوا قبلا توسط يك كلكتورمجزا پيش گرمايي مي شود تا عمل گرم شدن تسريع گردد.
خشك كن هاي خورشيدي –تكنيكي روشي بسيار مناسب در نواحي گرمسير است. زيرا در اين نواحي،نور خورشيد زياد٬ حرارت بالا و در طول سال نسبتا ثابت است .
 

|+|

گاز مایع

گاز مايع که بصورت مخفف LPG ناميده مي شود معمولاً عمدتاً از دو ترکيب هيدروکربني پروپان و بوتان با فرمول شيميايي C₄H₁₀, C₃H₈ تشکيل شده است. بوتان خود شامل دو ترکيب ايزوبوتان و نرمال بوتان است. LPG که معمولاً در برخي نقاط دنيا به نام ترکيب عمده آن، پروپان، نيز شناخته مي شود بعنوان محصول فرعي فرآيندهاي تصفيه و توليد گاز طبيعي و پالايش نفت خام توليد مي شود. LPG در آمريکا عمدتاً از 90% پروپان، 5/2% بوتان و هيدروکربنهاي سنگين و مقدار کمي نيز اتان و پروپلين تشکيل شده است. گاز مايع فاقد رنگ، بو و مزه است و بطور کلي زيان آور نيست ولي در صورتيکه حجم زيادي از آن استشمام گردد باعث بيهوشي خواهد شد. به منظور آگاهي از نشت گاز مايع ترکيبات گوگرد دار بنام مرکاپتان شامل "اتيل مرکاپتان" و "متيل مرکاپتان" به گاز مايع افزوده مي شود. خواص مهم اين سه ترکيب در جدول زير درج شده است:

 

عدد اکتان موتور MON	ارزش حرارتي BTU	چگالي	نقطه جوش	وزن مولکولي	ترکيب
97.1	21500	0.5077	-42	44.1	پروپان
97.6	21090	0.5631	-11.7	58.1	ايزوبوتان
89.6	21140	0.5844	-.5	58.1	نرمال بوتان

LPG در شرايط فشار و دماي عادي بصورت گاز است و تحت فشار atm10-8 ، اجزا آن به مايع تبديل مي شود. بنابراين نگهداري و حمل و نقل اين محصول به سادگي امکان پذير است. البته ترکيبات LPG براي مکانهاي مختلف و در فصول مختلف متفاوت است. براي مثال گاز مايع ارائه شده به مصرف کنندگان در ايران در فصول مختلف بين (90-50) درصد بوتان و (50-10) درصد پروپان و تا 2% ترکيبات سنگين تر مثلاً پنتان دارد. به علت کيفيت سوخت گاز مايع LPG و کاهش انتشار آلاينده ها، استفاده از اين سوخت در جهان به صورت فزاينده اي مورد توجه بوده و در کشورهاي مختلف مانند ايتاليا (با 1500000 خودرو)، ژاپن، امريکا، انگليس استفاده از اين سوخت جايگزين مورد حمايت و تشويق دولتها مي باشد.
مزاياي LPG شامل در دسترس بودن ( درکشورهاي توليد کننده)، ايمني، نياز به تغييرات جزيي در موتور خودروها و بازدهي مناسب سوخت مي باشد. جهت مايع نمودن، اين گاز در فشار حدود 8 تا 10 اتمسفر در مخازن فلزي با استحکام مناسب ذخيره مي شود. چون اين مخازن مجهز به شير قطع جريان در صورت نشت از خطوط انتقال سوخت هستد استفاده از آنها ايمن تر از بنزين مي باشد.
LPG به موتور محفظه احتراق به صورت بخار وارد مي شود، لذا روغن را از ديواره سيلندرها نمي شويد، يا در شرايط سرد بودن موتور، روغن را رقيق نمي کند. همچنين، مواد آلاينده مانند اسيد سولفوريک، ياذرات کربن را وارد روغن موتور نمي نمايد.
بنابراين موتورهايي که با سوخت گاز مايع کار مي کنند هزينه تعميرات و نگهداري کمتري خواهند داشت. چون LPG داراي عدد اکتان بالا حدود (RON=105) مي باشد قدرت موتور يا بازدهي سوخت بدون افزايش ضربه در موتور، با افزايش ضريب تراکم قابل افزايش است.

معايب LPG:
در مقايسه با بنزين، LPG داراي محتواي انرژي (energy content) کمتر است، لذا مخزن سوخت بايد بزرگتر از مخزن بنزين بوده و بعلت اينکه مخزن تحت فشار مي باشد سنگين تر خواهد بود و هزينه خودروهاي با سوخت LPG بين 2000 –1000 دلار گرانتر از خودروهاي بنزيني مي باشد. البته قيمت LPG در سطح جهاني تقريبا" مشابه قيمت بنزين است.
با توجه به اينکه گاز مايع بعنوان محصول فرعي پالايشگاههاي گاز و نفت توليد مي شود لذا فراواني منابع آن کاملاً محدود است. لذا بعنوان راه حل اساسي در کاهش الودگي و جايگزيني سوخت در بسياري از نقاط جهان نمي تواند مطرح باشد.

به لحاظ ايمني، چون گاز پروپان سنگين تر از هواست در صورت نشت، بصورت لکه روي سطح زمين باقي مانده و در آبهاي زيرزميني نيز نفوذ مي کند. امکان شعله ور شدن آن روي سطح زمين نيز هست. لذا از اين حيث بايد در حمل و نقل و حين استفاده، نهايت دقت در جلوگيري از نشت LPG صورت گيرد.
از ساير معايب اين سوخت مي توان به افت قدرت موتور در موتورهاي تبديلي به ميزان 10-15 درصد و عدم توانائي مناسب موتور در عبور از سربالائي ها اشاره نمود.
در موتورهاي تبديلي اگر موتور به طور مناسب تبديل نگرديده باشد در تابستانها گاز بصورت خشک سوخته و باعث جوش آمدن موتور مي گردد. و در زمستان نيز براي شروع و استارت موتور داراي مشکل بوده و بايد با بنزين موتور تبديلي روشن گردد.

انتشار گازهاي آلاينده:
از ديدگاه زيست محيطي استفاده از LPG بصورت استانداردداراي کمترين چرخه حيات انتشار گازهاي گلخانه اي در مقايسه با ساير سوختهاي تجاري است. پتانسيل کاهش اوزون با استفاده از اين سوخت به نصف بنزين کاهش مي يابد، همچنين انتشار هيدروکربنهاي نسوخته 3/1 اکسيدهاي نيتروژن 20%، منواکسيد کربن 60% در مقايسه با بنزين کاهش مي يابد.

» منبع: سازمان بهينه سازی سوخت کشور

» مطالب مرتبط:    گاز طبيعي مايع (LNG)
                         بازار جهاني LNG

                         GTL

 

 

 

|+|

برج تقطير

بطور کلي برج تقطير شامل 4 قسمت اصلي مي باشد:
1. برج (Tower)

2. سيستم جوشاننده (Reboiler)

3. سيستم چگالنده (Condensor)

4. تجهيزات جانبي شامل: انواع سيستمهاي کنترل کننده، مبدلهاي حرارتي مياني، پمپها و مخازن جمع آوري محصول.

 برج (Tower)

بطور کلي برجهايي که در صنعت جهت انجام عمل تقطير مورد استفاده قرار مي گيرند، به دو دسته اساسي تقسيم مي شوند:

1. برجهاي سيني دار (Tray Towers)

2. برجهاي پرشده (Packed Towers)

برجهاي سيني دار بر اساس نوع سيني هاي به کاررفته در آن به 4 دسته تقسيم مي شوند:
1. برجهاي سيني دار از نوع کلاهکي (فنجاني) (Bubble Cap Towers)

2. برجهاي سيني دار از نوع غربالي (Sieve Tray Towers)

3. برجهاي سيني دار از نوع دريچه اي(Valve Tray Towers)

4. برجهاي سيني دار از نوع فوراني (Jet Tray Towers)

هر کدام از انواع برجهاي مذکور داراي مزايا و معايبي هستند که در بخشهاي بعدي مورد بحث قرار خواهند گرفت.

طرز کار يک برج سيني دار

طور کلي فرآيندي که در يک برج سيني دار اتفاق مي افتد، عمل جداسازي مواد است. همانطور که ذکر شد فرآيند مذکور به طور مستقيم يا عيرمستقيم انجام مي پذيرد.
در فرآيند تقطير منبع حرارتي (Reboiler)، حرارت لازم را جهت انجام عمل تقطير و تفکيک مواد سازنده يک محلول تأمين ميکند. بخار بالارونده از برج با مايعي که از بالاي برج به سمت پايين حرکت مي کند، بر روي سيني ها تماس مستقيم پيدا مي کنند. اين تماس باعث ازدياد دماي مايع روي سيني شده و نهايتا باعث نزديک شدن دماي مايع به دماي حباب مي گردد. با رسيدن مايع به دماي حباب به تدريج اولين ذرات بخار حاصل مي شود که اين بخارات غني از ماده فرار (ماده اي که از نقطه جوش کمتري و يا فشار بالاتري برخوردار است) مي باشد.از طرفي ديگر در فاز بخار موادي که از نقطه جوش کمتري برخوردار هستند، تحت عمل ميعان قرار گرفته و بصورت فاز مايع به سمت پايين برج حرکت مي کند. مهمترين عملکرد يک برج ايجاد سطح تماس مناسب بين فازهاي بخار و مايع است. هر چه سطح تماس افزايش يابد عمل تفکيک با راندمان بالاتري صورت ميگيرد. البته رژيم جريان مايع بر روي سيني نيز از جمله عوامل مهم بر عملکرد يک برج تفکيک مي باشد.

اينک به بيان عبارات و اصطلاحاتي که در اين ارتباط (فرآيند تقطير) کاربرد زيادي دارد پرداخته مي شود.

خوراک (Feed)

مخلوط ورودي به داخل برج که ممکن است مايع، گاز و يا مخلوطي از مايع و گاز باشد، خوراک (Feed) نام دارد. معمولا محل خوراک در نقطه مشخصي از برج است که از قبل تعيين مي شود. در برجهاي سيني دار محل ورودي خوراک را سيني خوراک يا (Feed Tray) مي نامند. از جمله مشخصات مهم سيني خوراک اين است که از نقطه نظر درجه حرارت و ترکيب نسبي (کسر مولي) ، جزء مورد نظر با خوراک ورودي مطابقت داشته باشد. البته محل خوراک ورودي به حالت فيزيکي خوراک نيز بستگي دارد. معمولا اگر خوراک بصورت مايع باشد، همراه با مايعي که از سيني بالايي سرازير مي شود به درون سيني خوراک وارد مي گردد. اگر خوراک بصورت بخار باشد معمولا آن را از زير سيني خوراک وارد مي کنند و اگر خوراک بصورت مخلوطي از مايع و بخار باشد، بهتر است که ابتدا فاز مايع و بخار را از هم جدا نموده و سپس به طريقي که گفته شد خوراک را وارد برج نمايند. ولي عملا به منظور صرفه جويي از هزينه هاي مربوط به تفکيک دو فاز بخار و مايع، عمل جداسازي به ندرت صورت مي گيرد.

محصول بالاسري (Overhead Product)

آنچه از بالي برج به عنوان خروجي از آن دريافت مي شود محصول بالاسري ناميده مي شود که معمولا غني از جزئي که از نقطه جوش کمتري برخوردار است مي باشد.
محصول ته مانده (Bottom Product)

ماده اي که از پايين برج خارج مي شود ته مانده يا محصول انتهايي (Bottom) نام دارد و معمولا غني از جزء يا اجزائ سنگين تر (که از نقطه جوش بالاتري برخوردار مي باشند) خواهد بود.
نسبت برگشت (پس ريز) (Reflux Ratio)

نسبت مقدار مايع برگشتي به برج بر حسب مول يا وزن به مايع يا بخاري که به عنوان محصول از سيستم خارج مي شود را نسبت برگشتي مي گويند و آن را با حرف R نشان مي دهند.
نسبت برگشتي و اثرات آن بر شرايط کارکرد برج

با افزايش نسبت مايع برگشتي تعداد سيني هاي مورد نياز جهت تفکيک (طول برج) کاهش مي يابد، اما در مقابل آن بار حرارتي کندانسور و جوش آور و مقادير بخار و مايع در طول برج افزايش مي يابد. در اين صورت نه تنها لازم است سطوح گرمايي مورد نياز به آنها اضافه شود، بلکه به دليل افزايش ميزان جريان مايع و بخار سطح مقطع برج نيز افزايش مي يابد.
هنگامي که مقدار R زياد باشد تعداد مراحل و طول برج به کمترين مقدار خود مي رسد و تمام محصول بالاسري به عنوان مايع برگشتي وارد برج مي شود و اين حالت را برگشت کامل يا (Total Reflux) مي نامند.

در شرايطي که R در کمترين مقدار خود باشد طول برج و تعداد مراحل در بيشترين مقدار خود خواهد بود و عمل تفکيک به شکل کاملي انجام نخواهد شد. مقدار عملي R معمولا بين حالت برگشت کامل و حداقل ميزان R است. در بيشتر موارد مقدار مايع برگشتي بر روي درجه حرارت برج نيز تأثير مي گذارد. معمولا در يک برج تقطير دماي انتهاي آن به مراتب بيشتر از دماي پايين آن است و اين اختلاف دما در طول برج وجود خواهد داشت. ميزان جريان برگشتي به عنوان يک عامل کنترلي بر روي درجه حرارت سيستم خواهد بود.

 جوش آور (Reboiler)

جوش آورها که معمولا در قسمت هاي انتهاي برج و کنارآن قرار داده مي شود، وظيفه تأمين حرارت يا انرژي لازم را براي انجام عمل تقطير به عهده دارند.
معمولا جوش آورها به عنوان يک مرحله تعادلي در عمل تقطير و به عنوان يک سيني در برجهاي سيني دار در نظر گرفته مي شوند.

انواع جوش آورها

مهمترين انواع جوش آورها که در صنايع شيميايي کاربرد زيادي دارند، عبارتند از:
.۱ ديگهاي پوشش (Jacketted Kettle)

۲. جوش آورهاي داخلي (Internal Reboiler)

۳.جوش آور نوع Kettle

۴. جوش آور ترموسيفوني عمودي (Vertical Termosiphon Reboiler)

۵. جوش آور ترموسيفوني افقي (Horizontal Thermosiphon Reboiler)

۶. جوش آور از نوع سيرکولاسيون اجباري (Forced Circulation Reboiler)

در جوش آورهاي ترموسيفوني يا جوش آورهاي با گردش طبيعي، حرکت سيال بر اساس اختلاف دانسيته نقاط گرم و سرد صورت مي پذيرد. اين پديده مي تواند به دو صورت انجام پذيرد که عبارتند از :

۱. جوش آوري با يکبار ورود سيال (Once – Thorugh Reboiler)

۲. جوش آور با چرخش سيال (Recirculating Reboiler)

معيارهاي موجود براي انتخاب جوش آور مناسب

بطور کلي نکاتي که در انتخاب يک جوش آور بايد مد نظر قرار گيرد عبارتند از :
۱. سرعت انتقال (حداقل سطح)

۲. فضا و خطوط لوله لازم

۳.. سهولت نگهداري

۴.تمايل به رسوب و جرم گذاري سيال

۵. زمان اقامت سيال در فرآيند

۶. پيداري عملياتي

۷. هزينه عملياتي

۸. افزايش ميزان بخار توليدي

هر کدام از جوش آورها مزايا و معايبي دارد که در کتب مرجع جمع آوري شده است. از اين داده ها مي توان براي طراحي اوليه کمک گرفت. ولي بطور کلي متداولترين و اقتصادي ترين
جوش آوري که در صنايع شيميايي و پتروشيمي مورد استفاده قرار مي گيرد نوع ترموسيفوني مي باشد، خصوصا نوع افقي آن که در سيستمهاي تقطير کاربرد زيادي دارد.
انتخاب نوعReboiler

انتخاب نوع Reboiler يا جوش آور به عوامل زير بستگي دارد:
۱. خواص فيزيکي سيال بويژه ويسکوزيته و تمايل به رسوبدهي سيال

۲. فشار عمليات (خلأ يا تحت فشار)

۳. روش قرار گرفتن تجهيزات و فضاي قابل استفاده

مزاياي جوش آورهاي ترموسيفوني افقي

1. ابعاد واحدهاي افقي از نقطه نظر طول لوله ها و وزن محدوديتي نداشته و بنابراين براي سطوح حرارتي بزرگ، نصب واحدهاي افقي مطلوبتر و آسانتر مي باشد.
۲. از آنجائيکه در جوش آورهاي ترموسيفوني افقي، سيال در داخل پوسته حرکت مي نمايد، از نظرعدم رسوب و جرم گذاري و سهولت در نگهداري و استفاده از آنها ترجيح دارد.
۳. اين جوش آورها از نظر طراحي هيدروليکي سطوح مايع مجاز در سيستم، منعطف تر مي باشند و جريان هاي با گرد بالايي را مي توان بدون هيچ مشکلي در آن ايجاد نمود.
۴. جوش آورهاي ترموسيفوني افقي نسبت به نوع عمودي، افزايش نقطه جوش کمتري دارند و اين مسئله در موارد خاصي کخ سيال نسبت به دما حساس بوده و يا سيستم در حالت خلأ عمل مي نمايد مزيتي مهم محسوب مي گردد.

• چگالنده (Condenser)

نقش چگالنده در واقع تبديل بخارات حاصل از عمل حرارت دهي به مخلوط، به مايع مي باشد. اين امر در اصطلاح ميعان يا چگالش ناميده مي شود و دستگاهي که در آن عمل مذکور انجام مي شود چگالنده نام دارد. به طور کلي چگالنده ها به دو دسته اساسي تقسيم مي شوند:
۱. چگالنده هاي کامل (Total Condenser)

۲. چگالنده هاي جزئي (Partial Condenser)

در صورتيکه تمام بخار بالاي برج به مايع تبديل شود و بخشي ازآن وارد برج شده و بخش ديگر وارد مخزن جمع آوري محصول گردد عمل ميعان کامل (Total Condensation) انجام شده است. اما اگر بخشي از بخارات حاصل مايع شده و بخش ديگر به صورت بخار از کندانسور خارج شود به آن يک کندانسور جزئي گفته مي شود. در کتب مرجع راهنماي انتخاب نوع کندانسور همراه با ضرايب انتقال حرارت کندانسور تهيه شده است.

 

|+|

کاربرد نانو در صنعت لاستیک

۱- پيشگفتار
   تاكنون در دنيا در صنايع پليمري تحقيقات بسيار زيادي انجام شده است. از جمله آنها تحقيقات در زمينه فناوري نانو در صنعت لاستيك است. موارد استفاده از فناوري نانو اعم از نانوفيلرها و نانوكامپوزيت است كه به لاستيكها خواص ويژه اي مي دهد.
بازار نانوكامپوزيت در 2005 به ميزان 200 بيليون يورو و در سال 2015 بر اساس آمارBSF به ميزان 1200 بيليون يورو پيش بيني شده است. در سال 2002 كشوري مثل ژاپن 1500 ميليون يورو در تحقيقات در زمينه فناوري نانو صرف كرده است. تحقيقات در زمينه فناوري نانو را بدون شك نمي توانيم رها كنيم. اكثر كشورهاي دنيا تحقيقات و فعاليت در زمينه نانو را شروع كرده است، به عنوان مثال كشور هند توليد نانوكامپوزيت SBR را شروع كرده است.
همچنين صنايع خودرو در دنيا به سمت استفاده از نانو) PP نانوپلي پروپيلن( سوق پيدا كرده است و علت اصلي آن خواص مناسب از جمله سبكي، مقاومت حرارتي و مقاومت ضربه اينگونه مواد است. بنابراين رسيدن به خواص مطلوب ضرورت توجه به آن را بيش از هرچيز ديگر براي ما نمايان مي سازد.
 
۲- مقدمه (کاربردهاي فناوري نانو در صنعت لاستيک):
با توجه به تحقيقات به عمل آمده چهار ماده نانومتري هستند كه كاربرد فراواني در صنعت لاستيك سازي پيدا كرده اند. چهار ماده موردنظر عبارتنداز : اكسيدروي نانومتري(NanoZnO)، نانوكربنات كلسيم، الماس نانومتري، ذرات نانومتري خاك رس.
با اضافه كردن اين مواد به تركيبات لاستيك، به دليل پيوندهايي كه در مقياس اتمي بين اين مواد و تركيبات لاستيك صورت مي گيرد، علاوه بر اين كه خواص فيزيكي آنها بهبود مي يابد، مي توان به افزايش مقاومت سايش، افزايش استحكام، بهبود خاصيت مكانيكي، افزايش حد پارگي و حد شكستگي اشاره كرد.در زيبايي ظاهري لاستيك نيز تاثير گذاشته و باعث لطافت، همواري، صافي و ظرافت شكل ظاهري لاستيك مي گردد. همه اينها به نوبه خود باعث مي شود كه محصولات نهايي، مرغوبتر، با كيفيت بالا، زيبايي و در نهايت بازارپسند باشند و توانايي رقابت در بازارهاي داخلي و جهاني را داشته باشند.
 
۳- كاربرد اكسيدروي نانومتري (NanoZnO)  درلاستيک
اكسيدروي نانومتري مادهاي غيرآلي و فعال است كه كاربرد گسترده اي در صنعت لاستيك سازي دارد.كوچكي كريستالها و خاصيت غيرچسبندگي آنها باعث شده كه اكسيدروي نانومتري به صورت پودرهاي زردرنگ كروي و متخلخل باشد.
از خصوصيات استفاده از اين تكنولوژي در صنعت لاستيك، مي توان به پايين آمدن هزينه ها، بازدهي بالا، ولكانيزاسيون(Volcanization) خيلي سريع و هوشمند و دامنه دمايي گسترده اشاره كرد.
اثرات سطحي و فعاليت بالاي اكسيدروي نانومتري ناشي از اندازة بسيار كوچك، سطح موثر خيلي زياد وكشساني خوب آن است.
استفاده از اكسيد روي نانومتري در لاستيك باعث بهبود خواص آن ميشود از جمله ميتوان به زيبايي و ظرافت بخشيدن به آن، صافي و همواري شكل ظاهري، افزايش استحكام مكانيكي لاستيك، افزايش مقاومت سايشي (خاصيت ضد اصطكاكي و سايش)، پايداري دمايي بالا، طول عمر زياد و همچنين افزايش حد پارگي تركيبات لاستيك اشاره كرد كه همگي اينها بصورت تجربي ثابت شده است.
براساس نتايج بدست آمده ميتوان نتيجه گرفت بهبود يافتن خواص فيزيكي لاستيك در اثر اضافه شدن ZnO ناشي از پيوند ساختار نانومتري اكسيد روي با مولكولهاي لاستيك است كه در مقياس اتمي صورت مي گيرد.
اكسيد روي نانومتري در مقايسه با اكسيد روي معمولي داراي اندازة بسيار كوچك ولي در عوض داراي سطح موثر بسيار زيادي مي باشد. از لحاظ شيميايي بسيار فعال و همچنين به دليل اينكه پيوندهاي بين اكسيدروي نانومتري و لاستيك در مقياس مولكولي انجام مي گيرد، استفاده از اكسيدروي نانومتري خواص فيزيكي و خواص مكانيكي از قبيل حد پارگي، مقاومت سايشي و ... تركيبات لاستيك را بهبود مي بخشد.
 
۴- كاربرد نانوكربنات كلسيم در لاستيك:
نانوكربنات كلسيم به طور گسترده اي در صنايع لاسيتك به كار مي رود، زيرا اثرات خيلي خوبي نسبت به كربنات معمولي بر روي خواص و كيفيت لاستيك دارد.
استفاده از نانوكربنات كلسيم در صنايع لاستيك باعث بهبود كيفيت و خواص تركيبات لاستيك مي شود. از جمله مزاياي استفاده از نانوكربنات كلسيم مي توان به توانايي توليد در مقياس زياد، افزايش استحكام لاستيك، بهبود بخشيدن خواص مكانيكي  )افزايش استحكام مكانيكي) و انعطاف پذير شدن تركيبات لاستيك اشاره كرد. همچنين علاوه بر بهبود خواص فيزيكي، تركيبات لاستيك در شكل ظاهري آنها نيز تاثير مي گذارد و به آنها زيبايي و ظرافت مي بخشد كه اين خود در مرغوبيت كالا و بازارپسند بودن آن تاثير بسزايي دارد.
نانوكربنات كلسيم سبك بيشتر در پلاستيك و پوشش دهي لاستيك به كار ميرود.
براي به دست آوردن مزاياي ذكر شده، نانوكربنات كلسيم به لاستيكهاي طبيعي و مصنوعي از قبيلNP، EPDM ،SBS ،BR ،SBR اضافه مي گردد. نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه استحكام لاستيك بسيار بالا مي رود.
استحكام بخشي نانوكربنات كلسيم برخواسته از پيچيدگي فيزيكي ناشي از پيوستگي در پليمرهاي آن و واكنشهاي شيميايي ناشي از سطح تعميم يافته آن است.
نانوكربنات كلسيم سختي لاستيك و حد گسيختگي پليمرهاي لاستيك را افزايش داده و حداكثر تواني كه لاستيك مي تواند تحمل كند تا پاره شود را بهبود مي بخشد. همچنين مقاومت لاستيك را در برابر سايش افزايش مي دهد.
به كار بردن نانوكربنات كلسيم هزينه ها را پايين مي آورد و سود زيادي را به همراه دارد و همچنين باعث به روز شدن تكنولوژي و توانائي رقابت در عرصه جهاني مي گردد.
به طور كلي نانوكربنات كلسيم در موارد زيادي به طور كلي يا جرئي به تركيبات لاستيك جهت افزايش استحكام آنها افزوده مي شود.
 
۵- كاربرد ساختارهاي نانومتري الماس در لاستيك:
الماس نانومتري به طور گسترده اي در كامپوزيت ها و از جمله لاستيك در مواد ضد اصطكاك، مواد ليزكننده به كار مي رود. اين ساختارهاي نانومتري الماس از روش احتراق توليد مي شوند كه داراي خواص برجسته اي هستند از جمله مي توان به موارد زير اشاره كرد:
1) ساختار كريستالي( بلوري)
2) سطح شيميايي كاملا ناپايدار
3) شكل كاملا كروي
4) ساختمان شيميايي بسيار محكم
5) فعاليت جذب سطحي بسيار بالا
در روسيه، الماس نانومتري با درصدهاي مختلف به لاستيك طبيعي ، Poly Soprene Rubber و FluorineRubber براي ساخت لاستيك هايي كه در صنعت كاربرد دارند از قبيل كاربرد در تاير اتومبيل، لوله هاي انتقال آب و ... مورد استفاده قرار مي گيرد. نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه با اضافه كردن ساختارهاي نانومتري الماس به لاستيك ها خواص آنها به شكل قابل توجهي بهبود مي يابد از جمله مي توان به :
1) 4 الي 5 برابر شدن خاصيت انعطاف پذيري لاستيك
2)  افزيش 2 الي 5/2 برابري درجه استحكام
3) افزايش حد شكستگي تا حدود 2 Kg/cm700-620
4) 3 برابر شدن قدرت بريده شدن آنها
و همچنين به اندازة خيلي زيادي خاصيت ضدپارگي آنها در دماي بالا و پايين بهبود مي يابد.
 
۶- كاربرد ذرات نانومتري خاك رس در لاستيك:
يكي از مواد نانومتري كه كاربردهاي تجاري گسترده اي در صنعت لاستيك پيدا كرده است و اكنون شركت هاي بزرگ لاستيك سازي بطور گسترده اي از آن در محصولات خود استفاده مي كنند، ذرات نانومتري خاك رس است كه با افزودن آن به لاستيك خواص آن بطور قابل ملاحظه اي بهبود پيدا مي كند كه از جمله مي توان به موارد زير اشاره كرد :
1) افزايش مقاومت لاستيك در برابر سايش
2) افزايش استحكام مكانيكي
3) افزايش مقاومت گرمايي
4) كاهش قابليت اشتعال
5) بهبود بخشيدن اعوجاج گرمايي
 
۷- ايده هاي مطرح شده:
1-7) افزايش دماي اشتعال لاستيك : تهيه نانوكامپوزيت الاستومرها از جملهSBR مقاوم، به عنوان مواد پايه در لاستيك سبب بهبود برخي خواص از جمله افزايش دماي اشتعال و استحكام مكانيكي بالامي شود و دليل اصلي آن حذف مقدار زيادي از دوده است.
2-7) كاهش وزن لاستيك : تهيه و بهينه سازي نانوكامپوزيت الاستومرها با وزن كم از طريق جايگزين كردن اين مواد با دوده در لاستيك، امكان حذف درصد قابل توجهي دوده توسط درصد بسيار كم از نانوفيلر وجود دارد. بطوريكه افزودن حدود 3 تا 5 درصد نانوفيلر مي تواند استحكام مكانيكي معادل 40 تا 45 درصد دوده را ايجاد كند. بنابراين با افزودن 3 تا 5 درصد نانوفيلر به لاستيك، وزن آن به مقدار قابل توجهي كاهش مي يابد.
3-7) افزايش مقاومت در مقابل نفوذپذيري گاز : نانوكامپوزيت الاستومرها بويژه EPDM بدليل دارا بودن ضريب عبوردهي كم نسبت به گازها بويژه هوا مي توانند در پوشش داخلي تاير و تيوب ها مورد استفاده قرار مي گيرد. زيرا يكي از ويژگيهاي نانوكامپوزيت EPDM مقاومت بسيار بالاي آن در برابر نفوذ و عبور گازها مي باشد. بنابراين اين نانوكامپوزيت ها مي تواند جايگزين مواد امروزي گردد. همچنين اين نانوكامپوزيت ها از جمله الاستومرهايي است كه مي تواند در آلياژهاي مختلف با ترموپلاستيكها كاربردهاي وسيعي را در صنعت خوردو داشته باشد.
4-7) قطعات لاستيكي خودرو : نانوكامپوزيت ترموپلاست الاستومرها مي تواند به عنوان يك ماده پرمصرف در صنايع ساخت و توليد قطعات خوردو بكار رود. از ويژگي هاي اين مواد، بالا بودن مدول بالا ، مقاومت حرارتي، پايداري ابعاد، وزن كم، مقاومت شعله مي باشد. لذا نانوكامپوزيت ترموپلاستيك الاستومرهاي پايهEPDM و PP مي توانند تحول چشمگيري را در ساخت قطعات خوردو ايجاد نمايد.
5-7) افزايش مقاومت سايشي لاستيك : استفاده از نانوسيليكا و نانواكسيدروي در تركيبات تاير سبب تحول عظيمي در صنعت لاستيك مي شود. بطوريكه با افزودن اين مواد به لاستيك علاوه بر خواصي ويژه اي كه اين مواد به لاستيك مي دهند، امكان افزايش مقاومت سايشي اين لاستيكها وجود دارد.
6-7)  نسبت وزن تاير به عمر آن : با افزودن ميزان مصرف يكي از نانوفيلرها مي توان مصرف دوده را پايين آورد. به عبارت ديگر اگر وزن تاير كم شود، عمر لاستيك افزايش مي يابد. بنابراين جهت بالا بردن عمرلاستيك كافي است با افزودن يك سري مواد نانومتري به لاستيك عمر آن را افزايش داد.

|+|

پلیمر

تصور جهان پيشرفته کنوني بدون وجود مواد پليمري مشکل مي‌باشد. امروزه اين مواد جزيي از زندگي ما شده‌اند و در ساخت اشياي مختلف ، از وسايل زندگي و مورد مصرف عمومي تا ابزار دقيق و پيچيده پزشکي و علمي بکار مي‌روند. کلمه پليمراز کلمه يوناني (Poly) به معني چند و (Meros) به معناي واحد با قسمت بوجود آمده است. در اين ميان ساختمان پليمرها با مولکولهاي بسيار دراز زنجير گونه با ساختمان فلزات کامل متفاوت است. اين مولکولهاي بلند از اتصال و بهم پيوستن هزاران واحد کوچک مولکولي مرسوم به منومر تشکيل شده‌اند. مواد طبيعي مانند ابريشم ، لاک ، قير طبيعي ، کشانها و سلولز ناخن داراي چنين ساختمان مولکولي هستند.

البته تا اوايل قرن نوزدهم ميلادي توجه زيادي به مواد پليمري نشده بود بوميان آمريکاي مرکزي از برخي درختان شيرابه‌هايي استخراج مي‌کردند که شيرابه بعدها نام لاتکس به خود گرفت. در سال 1829 ، دانشمندان متوجه شدند که در اثر مخلوط کردن لاتکس طبيعي با سولفور و حرارت دادن آن ماده‌اي قابل ذوب ايجاد مي‌شود که مي‌توان از آن محصولات مختلفي نظير چرخ ارابه يا توپ تهيه کرد. در سال 1909 ميلادي فنل فرمالدئيد موسوم به باکليت ساخته شد که در تهيه قطعات الکتريکي ، کليدها ، پريزها و وسايل مصرف زيادي دارد.

در اثناي جنگ جهاني دوم موادي مثل نايلون پلي اتيلن ، اکريليک موسوم به پرسپکس به دنيا عرضه شد. نئوپرن را شرکت دوپان در سال 1932 ابداع و به شکل تجارتي ابتدا با نام دوپرن و بعدها نئوپرن عرضه کرد.

شاخه‌هاي پليمر

اولين قدم در زمينه صنعت پلاستيک توسط فردي به نام واسپاهيات انجام گرفت وي در تلاش بود ماده‌اي را به جاي عاج فيل تهيه کند. وي توانست فرآيند توليد نيترات سلولز را زا سلولز ارائه کند. در دهه 1970 پليمرهاي‌هادي به بازار عرضه شدند که کاربرد بسياري در صنعت رايانه دارند زيرا مدارها و ICهاي رايانه‌ها از اين مواد تهيه مي‌شوند. و در سالهاي اخير مواد هوشمند پليمري جايگاه تازه‌اي براي خود سنسورها پيدا کردند. پليمرها را مي‌توان از 7 ديدگاه مختلف طبقه بندي نمود. صنايع ، منبع ، عبور نور ، واکنش حرارتي ، واکنش‌هاي پليمريزاسيون ، ساختمان مولکولي و ساختمان کريستالي.

از نظر صنايع مادر پليمرها به چهار گروه صنايع لاستيک ، پلاستيک ، الياف پوششي و چسب تقسيم بندي مي‌شوند. اينها صنايع مادر در پليمرها مي‌باشند اما صنايع وابسته به پليمر هم فراوان هستند مانند صنعت پزشکي در اعضاي مصنوعي ، دندان مصنوعي ، پرکننده‌ها ، اورتوپدي از پليمرها به وفور استفاده مي‌شود. پليمرها از لحاظ منبع به سه گروه اصلي تقسيم بندي مي‌شوند که عبارتند از پليمرهاي طبيعي ، طبيعي اصلاح شده و مصنوعي.
 

رزين

منابع طبيعي رزينها ، حيوانات ، گياهان و مواد معدني مي‌باشد. اين پليمرها به سادگي شکل پذير بوده ليکن دوام کمي دارند. رايج عبارتند از روزين ، آسفالت ، تار ، کمربا ، سندروس ، ليگنپين ، لاک شيشه‌اي مي‌باشند. رزين‌هاي طبيعي اصلاح شده شامل سلولز و پروتئين مي‌باشد سلولز قسمت اصلي گياهان بوده و به عنوان ماده اوليه قابل دسترسي براي توليد پلاستيکها مي‌باشد کازئين ساخته شده از شير سرشير گرفته ، تنها پلاستيک مشتق شده از پروتئين است که در عرصه تجارت نسبتا موفق است.

پليمر مصنوعي

 پليمرهاي مصنوعي را مي‌توان از طريق واکنشهاي پليمريزاسيون بدست آورد. از مواد پليمري مي‌توان در تهيه پلاستيکها ، چسبها ، رنگها ، ظروف عايق ، مواد پزشکي بهره جست. پلاستيکها به توليد طرحهاي جديد در اتومبيلها ، کاميونها ، اتوبوسها ، وسايل نقليه سريع ، هاورکرافت ، قايقها ، ترنها ، آلات موسيقي ، وسايل خانه ، يراق آلات ساختماني و ساير کاربردها کمک نموده‌اند در ادمه به بررسي کاربرد چندين پليمر مي‌پردازيم:

 پليمرهاي بلوري مايع (LCP)

 اين پليمرها بتازگي در بين مواد پلاستيکي ظهور کرده است. اين مواد از استحکام ابعادي بسيار خوب ، مقاومت بالا ، مقاومت در مقابل مواد شيميايي توام با خاصيت سهولت شکل پذيري برخوردار هستند. از اين پليمرها مي‌توان به پلي اتيلن با چگالي کم قابل مصرف در ساخت عايق الکتريکي ، وسايل خانگي ، لوله و بطريهاي يکبار مصرف ، پلي اتيلن با چگالي بالا قابل مصرف در ظروف زباله‌ها بطري ، انواع مخازن و لوله براي نگهداري و انتقال سيالات ، پلي اتيلن شبکهاي ، پلي پروپيلن قابل مصرف در ساخت صندوق ، قطعات کوچک خودرو ، اجزاي سواري ، اسکلت صندلي ، اتاقک تلويزيون و... اشاره نمود.

 پليمرهاي زيست تخريب پذير

 اين پليمرها در طي سه دهه اخير در تحقيقات بنيادي و صنايع شيميايي و دارويي بسيار مورد توجه قرار گرفته‌اند. زيست تخريب پذيري به معناي تجزيه شدن پليمر در دماي بالا طي دوره مشخص مي‌باشد که بيشتر پلي استرهاي آليفاتيک استفاده مي‌شود. از اين پليمرها در سيستم‌هاي آزاد سازي دارويي با رهايش کنترل شده يا در اتصالات ، مانند نخ‌هاي جراحي و ترميم شکستگي استخوانها و کپسولهاي کاشتي استفاده مي‌شود.

 پلي استايرن

 اين پليمر به صورت گسترده‌اي در ساخت پلاتيکها و رزينهايي مانند عايقها و قايقهاي فايبر گلاس در توليد لاستيک ، مواد حد واسط رزينهاي تعويض يوني و در توليد کوپليمرهايي مانند ABS و SBR کاربرد دارد. محصولات توليدي از استايرن در بسته بندي ، عايق الکتريکي - حرارتي ، لوله‌ها ، قطعات اتومبيل ، فنجان و ديگر موادي که در ارتباط با مواد غذايي مي‌باشند ، استفاده مي‌شود.

لاستيکهاي سيليکون

 مخلوط بسيار کاني- آلي هستند که از پليمريزاسيون انواع سيلابها و سيلوکسانها بدست مي‌آيند. با اينکه گرانند ولي مقاومت قابل توجه در برابر گرما به استفاده منحصر از اين لاستيکها در مصارف بالا منجر شده است. اين ترکيبات اشتغال پذيري نسبتا پايين ، گرانروي کم در درصد بالاي رزين ، عدم سميت ، خواص بالاي دي الکتريک ، حل ناپذيري در آب و الکلها و ... دارند به دليل همين خواص ترکيبات سيليکون به عنوان سيال هيدروليک و انتقال گرما ، روان کننده و گريس،  دزدگير براي مصارف برقي ، رزينهاي لايه کاري و پوشش و لعاب مقاوم در دماي بالا و الکلها و مواد صيقل کاري قابل استفاده‌اند. بيشترين مصرف اينها در صنايع هوا فضاست.

لاستيک اورتان

 اين پليمرها از واکنش برخي پلي گليکولها با دي ايزوسياناتهاي آلي بدست مي‌آيند. مصرف اصلي اين نوع پليمرها توليد اسفنج انعطاف پذير و الياف کشسان است. در ساخت مبلمان ، تشک ، عايق - نوسانگير و ... بکار مي‌روند. ظهور نخ کشسان اسپندکس از جنش پلي يوره تان به دليل توان بالاي نگهداري اين نوع نخ زمينه پوشاک ساپورت را دگرگون کرده است.

|+|

درآمدي بر مواد نانوحفره‌اي

درآمدي بر مواد نانوحفره‌اي

خلاصه

مواد نانوحفره‌اي ‌ داراي‌ حفراتي‌ ‌كوچكتر‌ ازnm 100 هستند و مثل اكثر ‌‌‌مواد نانوساختاري‌ از مدت‌ها پيش وجود داشته‌اند. دنياي زيست‌شناسي‌ مملو از غشا‌هاي‌ نانوحفره‌اي‌‌ - ‌همچون‌ ديواره‌ سلو‌لها – است، ‌هر چند آنها ‌از يك‌سري‌ حفرات‌ نانومقياس‌‌ ساده، پيچيده‌ترند. با اين حال صنعت‌ نفت و ‌ديگر‌ صنايع،‌ سال‌ها‌ از مواد نانوحفره‌اي‌ ‌طبيعي‌ موسوم‌ به زئوليت‌ها به عنوان كاتاليست‌ سود جسته‌اند. در سال‌‌هاي ‌اخير درك‌ ‌و توانايي‌ ما در ساخت‌‌ اقسام‌ مواد نانو‌حفره‌اي‌‌‌ پيشرفت‌ ‌كرده است. در اين مقاله به بررسي روشهاي توليد مواد نانوحفره اي و ويژگيهاي منحصر بفرد آنها اشاره ميشود.

 

متن مقاله

مواد (Nanoporous Materials)نانوحفره‌اي ‌ داراي‌ حفراتي‌ ‌كوچكتر‌ ازnm 100 هستند و مثل اكثر ‌‌‌مواد نانوساختاري‌ از مدت‌ها پيش وجود داشته‌اند. دنياي زيست‌شناسي‌ مملو از غشا‌هاي‌ نانوحفره‌اي‌‌ - ‌همچون‌ ديواره‌ سلو‌لها – است، ‌هر چند آنها ‌از يك‌سري‌ حفرات‌ نانومقياس‌‌ ساده، پيچيده‌ترند. با اين حال صنعت‌ نفت و ‌ديگر‌ صنايع،‌ سال‌ها‌ از مواد نانوحفره‌اي‌ ‌طبيعي‌ موسوم‌ به زئوليت‌ها به عنوان كاتاليست‌ سود جسته‌اند. در سال‌‌هاي ‌اخير درك‌ ‌و توانايي‌ ما در ساخت‌‌ اقسام‌ مواد نانو‌حفره‌اي‌‌‌ پيشرفت‌ ‌كرده است.

برخي از كاربرد‌هاي جالب توجه‌ نانوحفرات‌ داراي‌ اندازه‌ مشخص، ‌توانايي‌ آنها در اجازه‌ عبور دادن به برخي مواد ‌و ممانعت ‌‌‌از بقيه، ‌يا وادار‌‌‌‌كردن مولكول‌هايي چون DNA به عبور‌ تك‌تك است، كه مثال‌هاي‌ آتي، آن را روشن‌‌تر خواهند كرد.كنترل‌ دقيق اندازه‌ اين حفرات‌ نيز يكي از چالش‌هاي‌ فني ديگر است.

راه‌هاي‌‌ بسياري‌ زيادي براي ساخت ‌‌‌مواد نانوحفره‌اي‌ وجود دارد؛ ‌بنابراين‌ ذكر همه آنها ميسر ‌‌نبود و تنها ‌‌منتخبي از آنها براي تنوير ذهن ارائه‌ مي‌شود. مي‌توان به طور انتخابي‌ موادي را از يك جامد ‌استخراج‌ ‌كرده، حفراتي‌ در جاي آنها ‌‌‌ايجاد نمود، يا مخلوطي‌ از پليمر‌‌ها را با حرارت‌دهي به صورت‌ جامدات‌ نانوحفره‌اي‌ ‌‌در آورد، ‌به نحوي كه يكي از پليمر‌ها تجزيه شده و خارج شود. از روش‌ ‌سل‌ژل‌ نيز مي‌توان‌ در ساخت‌ مواد مبتني‌ ‌‌‌بر ژل‌ سود جست؛ ‌همچون‌ آئروژل‌ها كه انتشار يك گاز‌ در يك ژل‌ به جامد‌ي بسيار سبك‌ ‌‌‌(گاهي‌‌ فقط چهار برابر سنگين‌تر از هوا) منجر مي‌شود (راهكار سل ژل در دماي اتاق‌ كار مي‌كند، ‌در صورتي كه ‌‌روش‌هاي‌ اوليه ساخت‌ ‌‌‌‌آئروژل‌ها مستلزم دما‌هاي بالاست).

مثالي از يك پيشرفت نويدبخش جديد (در اوايل 2002) در راهكار‌هاي مخلوط آلي/ معدني از محققان ژاپني سرزده است. آنها از سيليكا و بنزن ساختاري خودآرا با حفره‌هايي به اندازه 3 تا 5 نانومتر ايجاد كرده‌اند. مهم‌ترين خاصيت اين مواد اين است كه بخش دروني اين حفرات، ساختاري كاملاً منظم دارند. مولكول‌هاي بنزن را مي‌توان با افزايش گروه‌هاي شيميايي، كاركردي كرد. درنتيجه بدون ازبين‌رفتن نظم حفرات،‌ مي‌توان ساختار دروني آنها را به دقت در مقياس مولكولي طراحي كرد.

 راهكار‌هاي مرسوم‌ ليتوگرافي ‌و تلفيق‌ ‌ليتوگرافي‌ نرم با(Etching) حكاكي ‌ ‌ نيز ‌مي‌توانند‌ نانوحفره‌ بيافرينند‌. مثلاً ‌راهكار‌ پرتويوني‌ به خوبي حفرات بزرگ، ‌حفرات‌ كوچك را نيز ‌مي‌تواند بسازد.
از حدود اواسط 2001 گروهي از محققان در فلوريدا و سپس افرادي در فنلاند شروع به انتشار منظم يافته‌هاي خود در زمينه يك روش رسوبدهي ماده درون قالب حفرات چند ده نانومتري آلومينا كردند. با اين فرآيند مي‌توان اثرات شيميايي خاصي را پديد آورد، اندازه حفرات را كاهش داد و حتي با حل‌كردن ماتريس اوليه، نانولوله‌هايي از مواد مختلف را ايجاد كرد.
اين راهكار – كه مورد توجه گروه‌هاي ديگري نيز قرار گرفت- فوق‌العاده ساده و در عين حال قابل انعطاف است، مي‌تواند اندازه حفرات را بادقت بالايي كنترل كند و از مواد مختلف براي دستيابي به كاركرد لازم (براي كنترل عبور مواد از حفرات) يا پديده‌هاي شيميايي و فيزيكي رخ‌دهنده در حفرات استفاده مي‌نمايد. اين غشاها مي‌توانند به نحوي گزينشي به برخي از مولكول‌ها برحسب اندازه، آبدوستي، يونيزاسيون و ديگر خواص اجازه عبور دهند. مواد محبوس‌شده درون اين حفرات ممكن است رفتار متفاوتي با مواد آزاد داشته باشند؛ مثلاً خواص فلورسنت مولكول‌هاي خاصي در هنگام قرارگرفتن در حفرات nm50 ماتريس آلومينا، ارتقاء مي‌يابد.
مواد ماتريس ديگري نيز استفاده شده‌اند؛ مثلاً غشا‌هاي پلي‌كربنات حاوي حفرات nm10 با طلا و مولكول‌هاي آلي موسوم به تيول‌ها- كه با طلا واكنش مي‌دهند- آستر شده‌اند. كنترل اسيديته روي دو طرف اين غشا امكان مي‌دهد، تا با استفاده از خواص الكترواستاتيك پروتئين‌هاي هم‌اندازه از هم جدا شوند.

يك راهكا‌ر‌ ديگر، كنترل‌ اندازه‌ حفرات در غشا‌ها در اواخر‌‌‌‌‌ ‌سال 2000 ‌طي يك پروژه‌ مشترك‌ بين آزمايشگاه‌هاي ملي سنديا و دانشگاه‌ نيو‌مكزيكو‌ ‌پديد آمد. در اين روش‌‌ نور ماوراء ‌بنفش،‌ مولكول‌هايي را در يك ‌لايه نازك‌ از سيليكاي خودآرا شده و داراي‌ ساختار متناوب، در هم مي‌شكند. محصول‌ حاصل‌ ‌‌از قرار گرفتن ‌در معرض نور موجب‌ (Solidify‌)جمود سيليكا‌ مطابق الگوي‌ متناوب مي‌شود. تغيير تابش به نحوي بسيار منطقي‌ اندازه حفرات‌ را تغيير مي‌دهد و محققان‌ اميدوارند‌ به نحوي از اين روش براي كنترل بسيار دقيق حفرات‌ استفاده كنند، كه بتوان‌ مولكو‌ل‌هاي اكسيژن و نيتروژن را-كه فقط دو صدم نانومتر با هم تفاوت دارند - از هم جدا كرد.
يكي از مصارف‌ ويژه نانوحفرات‌ كه پتانسيل‌ بالايي دارد، راهكاري است كه گروهي در دانشگاه‌‌ هاروارد ‌ ارائه كردند. در اين روش‌ از اعمال ولتاژ در عرض حفر‌ه‌ براي كشاندن‌‌‌ يك رشته واحد از ‌DNA يا RNA‌ ‌به درون‌ نانو‌حفره‌ استفاده مي‌شود، تا تغيير جريان الكتريكي‌ ‌‌بر اثر تغييرات‌ جريان‌ يوني، يا تغيير جريان تونل زني‌ در عرض حفره ‌مد نظر قرار گيرد.
اين تغييرات‌ ‌‌مي‌تواند به صورت‌ يك امضاي الكترونيكي‌ براي شناسايي‌ حروف الفباي‌ ژنتيكي‌ و لذا توالي‌سنجي‌ ‌‌‌رشته گذرنده استفاده شود. اين محققان‌ ادعا مي‌كنند كه مي‌توانند كل ژنوم انساني‌ را در عرض ‌چند ساعت تعيين توالي كنند. ‌هر چند تاكنون از دولايه‌هاي ليپيدي استفاده شده است، كه چندان براي مصارف تجاري كاربرد ندارند، ‌اما اين گروه‌ حفرات‌ ساخته شده از نيتريد‌سيليكون‌ به كمك روش‌هاي‌ كنده‌كاري‌ پرتويوني‌ -كه آن هم در هاروارد‌ توسعه يافته- را نيز مطالعه كرده‌ است.

 يکكار‌ ‌ابتدايي‌ ديگر در اين عرصه از پروتئين‌ ‌‌طبيعي (hemolysin)‌‌هموليزين‌- به عنوان نانوحفره‌ سود ‌‌‌‌‌‌مي‌برد، اما اين‌ پروتئين‌‌ با مشكلات فني عديده‌اي رو به رو بوده و سمي است. ‌‌مركز ‌نانوتكنولوژي‌‌ آمز ناسا نيز به دنبال توسعه يك نانو‌‌‌‌‌حفره‌ مصنوعي‌ قابل كنترل است. اين فناوري‌هاي نانوحفره‌اي مشكلي براي استفاده در آناليز پروتئين‌ها ندارند، اما تعداد عناصر مورد نياز براي تفكيك بين 24 اسيد آمينه (به جاي 4 باز DNA) كار را كمي مشكل‌تر مي‌كند.
مواد نانوحفره‌اي توده‌اي

مساحت سطحي يك جامد با نانوحفره‌اي‌شدن آن افزايش مي‌يابد و سبب بهبود خواص كاتاليزوري، جذبي و جذب سطحي آن مي‌شود. زئوليت‌ها – كه قسمي از مواد معدني طبيعي يا مصنوعي داراي حفرات نانومقياس و بزرگتر هستند- ده‌ها سال به عنوان كاتاليزور‌هايي مؤثر به كار رفته‌اند. مساحت سطحي جامدات نانوحفره‌اي عموماً در حد چندصد مترمربع بر گرم مي‌باشد.
علاوه بر اثرات كاتاليزوري، هنگامي كه مواد در نانوحفرات قرار مي‌گيرند، خواصشان به نحو غيرمنظره‌اي تغيير مي‌كند؛ مثلاً نقطه انجماد آب به نحو بارزي افزايش مي‌يابد. خواص جذب و جذب سطحي اين مواد معرف قابليت آنها در علاج مشکلات زيست‌محيطي (مثلاً با حذف فلزات سنگين همچون جيوه و آرسنيك) است. اين سه خاصيت مشهودترين مزاياي مواد نانوحفره‌اي توده‌اي مي‌باشند، اما خواص بالقوه ارزشمند ديگري هم وجود دارند.
جامدات نانوحفره‌اي از انواع مواد ازجمله كربن، سيليكون، سيليكات‌ها، پليمرها، سراميك‌ها، مواد معدني فلزي و تركيبات مواد فلزي و آلي يا مواد آلي و سيليكون مثل متيل سيلسزكيوكسان (يكي از اعضاي خانواده سيليزكيوكسان‌هاي اليگومريك چندوجهي يا POSS كه در نانوكامپوزيت‌ها و ديگر كاربردها به كار مي‌روند) ساخته مي‌شوند.
آئروژل‌ها- مواد بسيار متخلخلي كه گاهي دانسيته آنها فقط 4 برابر هواست- داراي حفراتي با اندازه‌هاي مختلف هستند، اما آئروژل‌هاي سيليكا توزيع اندازه‌ باريكي در حول و حوش nm5 دارند و لذا موادي واقعاً نانوحفره‌اي مي‌باشند.

 اگرچه آئروژل‌ها جذابيت زيادي دارند، اما استحكام اندك و شكنندگي آنها مصارفشان را محدود كرده است. البته آئروژل‌هاي متداول آنقدر مقاوم هستند كه در مصارفي همچون كاتاليزور و فيلتراسيون به كار روند. آنها همچنين خواص نوري جالبي را عرضه مي‌كنند. خواص عايق حرارتي آئروژل‌ها مي‌تواند در شيشه‌هاي دوجداره- كه وظيفه استحكام بر دوش شيشه‌هاست- مفيد واقع شود. با اين حال كاربرد‌هاي جالب ديگري هم وجود دارد، كه ظهور آنها منوط به افزايش استحكام است. برخي از تحقيقات راه‌هايي را براي دستيابي به آن نشان داده است. مهم‌ترين مورد در اواخر 2002 بود كه آئروژل‌هايي با 100 برابر مقاومت شكست آئروژل‌هاي متداول ساخته شدند.
سيليكون نانوحفره‌اي- كه از طريق حكاكي سيليكون با اسيدها به‌دست مي‌آيد- توانايي خود را در انتشار نور تحريك‌شده (مشابه ليزرها) نشان داده است و اميد‌هايي را به عنوان يك ماده زيست‌سازگار پديد آورده است. يكي از مشكلات سيليكون نانوحفره‌اي در مصارف نوري ناپايداري آن است. با اين حال گروهي در دانشگاه پوردو توانسته‌اند با استفاده از يك واكنش حاصل از تحريك نوري،‌ روكشي پايداركننده را بر آن اعمال كنند. البته ناپايداري در برخي مصارف مي‌تواند يك مزيت باشد. مثلاً در قطعات پيوندي جهت مصارف ساختاري يا دارورساني.
درواقع سيليكون نانوحفره‌اي خواص جالب متعددي، مثل قابليت‌ تغيير ضريب شكست آن با نور و توانايي نشر امواج صوتي با تحريك حرارتي دارد. همچنين در اواخر 2002 مشخص شد، اين ماده مي‌تواند بدون وجود محيط خلاء به نشر الكترون (ايجاد جرياني از الكترون‌ها) بپردازد.
كربن فعال مثالي از يك ماده نانوحفره‌اي مشابه زئوليت است، كه مدت‌هاي زيادي به كار رفته است. شركت‌‌هاي بسيار زيادي آن را توليد مي‌كنند و ما در اينجا به جز برخي از نوآوري‌هاي خاص به بحث در مورد آن نمي‌پردازيم. مثلاً در كره جنوبي با يك روش الگوبرداري با استفاده از نانوذرات سيليكا، كربن‌هاي فعال با اندازه حفرات يكسان nm8 و nm12 به‌دست آمده است. اين ماده بيش از 10 برابر كربن فعال متداول ظرفيت جذب داشته است. حذف يون‌هاي فلزي از يك ماتريس بلورين حاوي كربن و فلز در شرايط مختلف نيز مواد كربني نانوحفره‌اي بديعي را آفريده است. اين راهكار را شركت سوئيسي Skeleton Technologies تجاري کرده است.

با روش‌هاي ديگري، هندسه‌هاي جديدي از كربن نانوحفره‌اي ساخته شده است. يك گروه بين‌المللي از محققان در اوايل 2002 شكلي از كربني بسيار نانوحفره‌اي را ساختند كه هندسه داخلي آن فركتال بود (فركتال‌ها الگو‌هايي مثل خطوط ساحلي يا شاخه‌هاي درخت هستند كه در مقياس‌هاي متفاوت ساختار‌هاي مشابهي دارند). اين گروه معتقد است كه ماده مزبور قابليت ذخيره‌ متان (گاز طبيعي) را براي خودروها دارد.

گروهي از محققان ايتاليايي و انگليسي در اواخر 2002 شكلي از كربن را ساختند كه يك دهه قبل فرضياتي در مورد خانواده آنها موسوم به شوارتزيت‌ها مطرح شده بود. در اين ماده از حلقه‌هاي كربني حاوي بيش از 6 اتم كربن (مشابه شش‌ضلعي‌هاي مسطح گرافيت) براي ايجاد يك ساختار دروني واجد انحناي منفي استفاده شده بود. اين ماده بسيار متخلخل، و اندازه حفرات آن بسيار بزرگتر از كربن فعال و در دامنه nm600-500 قرار داشت.
يك دسته كاملاً جديد از مواد نانوحفره‌اي كه اخيراً در كرنل توسعه يافته است، يك‌سري از مواد انعطاف‌پذير حاوي پليمر و سراميك است. اين ماده بر اثر حرارت به ماده‌اي نانوحفره‌اي با اندازه حفره بين 10 تا 20 نانومتر تبديل مي‌شود. از آنجايي كه از خودآرايي براي ساخت آن استفاده شده است، ساختار آنها از يكنواختي فوق‌العاده‌اي برخوردار است.
زئوليت‌ها- با اين كه مدت‌ها به كار رفته‌اند- هنوز جزو موضوعات تحقيقاتي‌اند. در اواخر 2002 يك زئوليت اصلاح‌شده به عنوان اولين مثال از خانواده موسوم به الكتريدها توليد شد، كه معدني و در دماي اتاق پايدار بود. الكتريدها يك ساختار داراي بار مثبت دارند،‌ كه موازنه بار آنها با «گاز» الكترون موجود در حفرات آنها برقرار مي‌شود. گذشته از مصارف مشخص كاتاليزوري، اين مواد خواص الكتريكي، مغناطيسي و نوري جالبي نيز دارند.

منابع:

 

Nanoporous Materials, CMP Cientifica,White Papers, Octobr 2003

Nanoporous Materials, CMP Cientifica,White Papers, Octobr 2003

 

|+|