بخشی از مقاله
چکیده:
از مهمترین منابع پایدار و بی پایان انرژی ، خورشید است . کل مقدار سالانه انرژی خورشیدی که به زمین می رسد برابر 1634 بیلیون بشکه نفت خام یعنی 3000 برابر بیشتر از مصرف سالانه انرژی جهان است. از آنجا یی که توزیع این منبع بی پایان در تمام نقاط زمین به صورت یکنواخت و ثابت نمی باشد اما با تبدیل آن به انرژی های نوع دوم می توان آن را پس از ذخیره سازی برای استفاده به نقاط مختلف دنیا فرستاد و با این فرض اگر نیرو گاه های برق خورشیدی از مولفه های بازار جهانی انرژی در آینده باشند، باید بتواند انرژی های نوع دوم را به نقاط مختلف انتقال دهند، که این ضرورت به وسیله پل انرژی دوم شیمیایی ، هیدروژن حل شده است . اهمیت هیدروژن زمانی جلوه می کند که بدانیم خورشید در عرض یک ثانیه 400 میلیون تن هیدروژن می سوزاند که این مقدار 8 برابر بیشتر از حامل های انرژی است که سالانه در دنیا مورد استفاده قرار می گیرد. در این طرح پژوهشی تولید الکتروشیمیایی هیدروژن توسط الکترود اصلاح شده با نانو ذرات اکسید منگنز - ,, - - رسوب نیکل هگزاسیانو فرات انجام پذیرفت . با توجه به پایداری این الکترود و نیز راندمان خوب تولید هیدروژن بر روی آن ، می توان از آن به عنوان الکترود مناسبی در تهیه الکتروشیمیایی سوخت پاک ، هیدروژن استفاده کرد.
کلمات کلیدی: تولید سبز گاز هیدروژن - الکترود اصلاح شده - نانو ذره اکسید منگنز - ,, - - رسوب نیکل هگزاسیانو فرات
مقدمه:
امروزه مصرف زیاد سوخت های فسیلی دو مشکل را به همراه داشته است؛ اول: اتمام زود هنگام این منبع ارزشمند انرژی و دوم آلودگی های مختلف محیط زیست در اثر احتراق و نشت این سوخت ها. بنابر این با توجه به این مشکلات بزرگ ، بایستی هرچه سریعتر منابع انرژی پاک و تجدید پذیری را جایگزین سوخت های فسیلی نمود . از این رو تلاش های فراوانی نیز در این زمینه صورت گرفته است که یکی از آن استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت پاک می باشد. هیدروژن که محصول سوختن آن آب می باشد، به روش های مختلف نظیر الکترولیز1 ، هیدرولیز2 ، فوتوکاتالیست3 ، فوتوالکترو کاتالیست 4 و... تولید می شود. در روش الکترولیز، الکترود متداولی که برای آزاد سازی گاز هیدروژن استفاده می شود ، الکترود پلاتین می باشد. این الکترود از نظر شیمیایی مقاوم بوده و از نظر الکتروشیمیایی نیز آزاد سازی گاز هیدروژن بر روی آن در اضافه ولتاژهای پایین رخ می دهد. اما مشکل مهمی که در استفاده از این فلز وجود دارد قیمت بسیار بالای آن و نیز محدود بودن منابع آن بر روی پوسته زمین می باشد.
5 لذا تلاش های زیادی انجام می شود تا جانشینی بهتر یا در حد آن معرفی شود. 6 و یا این که تا حد امکان مصرف آن در بدنه الکترود کاهش یابد. 7 با توجه به پژوهش صورت گرفته تا کنون گزارش در مورد کاربرد همزمان نانو ذرات اکسید منگنز - ,, - و رسوب نیکل هگزاسیانو فرات برای تولید الکتروشیمیایی هیدروژن انجام نشده است. در این مطالعه سعی بر این بوده است که ماده ای ارزان و ساده برای تولید الکتروشیمیایی هیدروژن معرفی شود. در این تحقیق رسوب نیکل هگزا سیانو فرات به شیوه ای ساده تهیه شد و از آن به همراه نانو ذرات اکسید منگنز - ,, - در بدنه الکترود خمیر کربن استفاده شد به طوری که با ترکیب درصد به کار گرفته شده نتایج مطلوبی برای آزاد سازی گاز هیدروژن به دست آمد.
-2 مواد و تجهیزات
نیترات نیکل 6 آبه و هگزاسیانو فرات ، اسید سولفوریک، از شرکت مرک و با درجه خلوص تجزیه ای خریداری شدند و بدون خالص سازی اولیه مورد استفاده قرار گرفتند. برای تهیه خمیر کربن ، گرافیت با درجه اسپکتروسکوپی و با ابعاد کوچکتر از 50 میکرومتر نیز از شرکت مرک خریداری شدند. - Uvasol - نانو ذرات اکسید منگنز - ,, - ، و روغن پارافین با علامت تجاری در تهیه محلول ها نیز از آب بدون یون استفاده شد. برای مطالعات الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار گرفت. 797 VA computrace متروهم مدل دستگاه سامانه سه الکترودی شامل الکترود های خمیر کربن اصلاح شده و معمولی به عنوان الکترود کار ، الکترود سیم پلاتین به عنوان الکترود کمکی و الکترود نقره/نقره کلرید به عنوان الکترود مرجع بود. همچنین قبل از بررسی آزاد سازی گاز هیدروژن محلول مورد استفاده به مدت حداقل 15 دقیقه توسط گاز بی اثر نیتروژن، اکسیژن زدایی شد . بدنه الکترود کار تشکیل شده بود از یک استوانه تفلونی که میله ای فولادی درون آن به عنوان اتصال الکتریکی و نیز جهت فشردن خمیر کربن در لوله تفلونی ، قرار می گرفت. طرحی از این الکترود در شکل - 1 - نمایش داده شده است.
-3 نتایج و بحث
-1-3 آماده سازی الکترود خمیر کربن اصلاح شده در این بخش ابتدا خمیر کربن تهیه شد. برای این کار مقدار 14/52 در صد وزنی روغن پارافین با 68/37 درصد وزنی گرافیت درون یک بشر کوچک با قاشق به خوبی مخلوط گردید. از این خمیر مقداری در بدنه تفلونی الکترود قرار داده شد و توسط پیستون فولادی آن به خوبی فشرده شد و سطح تماس خمیر با محلول نیز قبل از استفاده از الکترود ، بر روی یک کاغذ توزین صاف ، به خوبی سیقل داده شد. از این الکترود، به عنوان الکترود خمیر کربن اصلاح نشده استفاده شد. سپس مقادیر 17/09 درصد وزنی از رسوب نیکل هگزاسیانو فرات و همچنین 17/09 درصد وزنی از نانو ذرات اکسید منگنز - ,, - استخراج شده از باطری قلمی بلا استفاده اضافه شد و مقداری از آن در بدنه الکترود قرار داده شد. و سطح آن نیز سیقل داده شد و از این الکترود به عنوان الکترود اصلاح شده خمیرکربن استفاده شد. -3-3 بررسی آزادسازی گاز هیدروژن بر روی در این آزمایش از الکترود های اصلاح شده و نشده در محیط اسید سولفوریک برای بررسی آزاد سازی گاز هیدروژن استفاده شد. نتایج این بررسی در شکل - 2 - آورده شده است. شکل - 3 - بررسی آزاد سازی گاز هیدروژن بر روی : الف - و ب - در محیط اسید سولفوریک2 مولار
