بخشی از مقاله
چکیده
بحث ذخیره سازی هیدروﮊن درتکنولوﮊیهای مختلف از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از بهترین روشهای ذخیره سازی هیدروﮊن استفاده از مواد جاذب می باشد، که نانولوله های کربنی یکی از گزینه های مناسب برای ذخیره سازی به با این روش می باشد. در این تحقیق ،آزمایشهای ذخیره سازی هیدروﮊن روی نانولوله های ساخته شده به روش حVلا انجام شده است.روشهای مختلف خالص سازی به منظور بهبود ظرفیت جذب صورت گرفت و میزان جذب ١ درصد وزنی بدست آمد. پیش بینی می شود با بهبود مراحل خالص سازی بتوان به درصدهای بالاتری دست یافت .
مقدمه
هیدروﮊن یک کاندید ایده ال به عنوان حامل انرﮊی ثانویه جهت توسعه انرﮊیهای تجدید پذیروسوختهای پاک می باشد در صورتیکه مشکل ذخیره سازی ارزان وایمن ان حل گردد.این عنصر سبب تغییر رویه از موتورهای احتراق داخلی با بازدهی کم وآلوده کننده محیط زیست به ماشینهای بدون آلودگی می شود.هیدروﮊن می تواند از منابع انرﮊی تجدیدپذیر تولید شود و بنا براین تولید گازهای گلخانه ای را حذف می کند.
همچنین انرﮊی ویژه بالا و دانسیته بسیار پایین از خصوصیات دیگر این ماده می باشد بنابراین برای استفاده از وزن بالایی از هیدروﮊن لازم است که این گاز را شدیدا فشرده کرد و تحت فشار نگهداری نمود. هیدروﮊن به سختی مایع می شود و برای مایع کردن آن علاوه بر فشار باید دما را تا ل٢٠ کاهش دا د که در این حالت هیدروﮊن مایع دانسیته بسیار کمی خواهد داشت. عموما هیدروﮊن به روشهای زیر ذخیره می گردد:
فشرده سازی در مخازن
ذخیره سازی به صورت مایع
ذخیره سازی در فلزات به صورت هیدرید
جذب فیزیکی روی مواد جامد
البته این روشها در حال تحقیق و بررسی است و هیچکدام هنوز کاملا توسعه نیافته اند. در روش فشرده سازی نیاز به تانکهای بزرگ و سنگین میباشدکه علاوه بر اشغال فضای زیاد هزینه ها نیز به شدت بالا می رود و همچنین بازدهی فرایند کاهش می یابد. هیدروﮊن مایع نیز که نقطه جوش ان ل٢٠ است همراه با خواص انقباض و انبساط نا مطلوب منجر به بازدهی کمتر از روش قبلی می شود.
هیدریدهای فلزی نیز نسبت به دمایی که نیاز دارند تا هیدروﮊن آزاد شود بازده انرﮊی پایینی دارند.عیب دیگر این سیستمها این است که انبساط و انقباض شبکه فلز هنگام آزاد شدن هیدروﮊن سبب تنش در فلزات می شود و همچنین ایمنی در این روش می تواند یک مساله جدی تلقی شود. ذخیره سازی بر مبنای پتانسیل جذب فیزیکی می تواند بازدهی انرﮊی بالاتری داشته باشد. نقطه جوش بسیار پایین هیدروﮊن آنرا ملزم می سازد که برای بدست آوردن مقدار کافی جذب در دمای ل٧٠ جذب شود.
هیدروﮊن جذب شده می تواند به سرعت و آسان با کمی تغییر در فشار ویا دما آزاد شود. بر خلاف هیدریدهای فلزی که برای آزاد کردن هیدروﮊن نیاز به شکستن پیوند می باشد که مستلزم صرف انرزی و هزینه بالا است در جذب فیزیکی هیچ پیوند شیمیایی شکسته نمی شود. مواد جاذب باید از نظر مکانیکی قوی بوده و ایمن، ارزان و سبک باشند. بدلیل اینکه نیروی بین ملکولی میان هیدروﮊن و جاذب از نوع فیزیکی است اثر متقابل تقریبا مشخص بوده و مقدار جذب هیدروﮊن در دما و فشار معین بستگی به مساحت سطح ساختار و قطر متوسط حفرات و تا حدی به طبیعت جاذب بستگی دارد.
مزیت مهم این سیستمها این است که مواد جاذب می توانند از موادی که در طبیعت یافت می شوند و ایمن و بی خطر هستند انتخاب شوند. پس از کشف نانولوله های کربنی بررسی این مواد به عنوان جاذب هیدروﮊن بطور وسیع مورد توجه قرار گرفت. نانو لوله های کربنی تک ورقه های گرافیتی هستند که به شکل استوانه پیچیده شده اند و دارای خواص ساختاری مکانیکی و الکتریکی فوق العاده ای هستندکه ناشی از خواص ویژه پیوند های کربنی طبیعت شبه تک بعدی ساختمانی و تقارن استوانه ای آنهاست. قطر نانولوله های کربنی در حد چند نانومتر و طولشان حدود چند میکرومتر است و خواص آنها به الیاف گرافیتی ایده ال نزدیک است. دو ساختار مهم نانولوله ها شامل چند دیواره 1 - شحق - وتک دیواره 1 - شحح - می باشد .
1شحح استوانه های گرافیتی با قطر بین ١ تا ٤ نانومتر هستند و 1شحق شامل چند استوانه گرافیتی هم محور است که دیواره ضخیم تر داشته و با فاصله حدود ٣٤ َ٠نانومتر از یکدیگر جدا شده اند.قطر خارجی این نانولوله ها ٢ تا ٢٥ نانومتر و قطر داخلی ١ تا ٨ نانومتر است طول متوسط آنها نیز از میکرومتر تا سانتیمتر می باشد. نتایج حاصل از بررسی نانولوله ها به عنوان یک منبع ذخیره هیدروﮊن بطور وسیعی در مقالات ارائه شده است. هیدروﮊن می تواند در داخل نانولوله ها بوسیله جذب فیزیکی و شیمیایی ذخیره گردد.
محاسبات نشان می دهند که ماکزیمم جذب هیدروزن به صورت شیمیایی حدود ٥َ٠ درصد است و بیشتر آن از طریق جذب سطحی و با ایجاد نیروهای واندروالس بین اتمهای کربن و هیدروﮊن ذخیره می شود. آزمایشهای خب1 نشان داده اند که ملکولهای هیدروﮊن زمانی که با سطح 1شحح پیوند برقرار می کنند تجزیه نمی شوند و در واقع ارتباط بین ملکولهای لد و 1شحح میانگینی بین جذب واندروالس و تشکیل پیوند شیمیایی است. این پدیده جذب سطحی با فشار برگشت پذیر است و در یک دمای مشخص مقدار گاز جذب شده تنها تابعی از فشار است و با کاهش آن فرایند دفع گاز انجام می شود.
نتایج جذب گزارش شده بسیار متفاوت است به طوری که از روی آنها نمی توان به یک نتیجه کلی رسید. این تفاوت در نتایج را میتوان به عوامل زیر نسبت داد : اول اینکه نمونه ای از 1شحح وجود ندارد که فاقد فرمهای دیگر کربن باشد، ثانیاﹲ توزیع قطر نانولوله ها، اندازه دسته ها، شکل و جهت گیریهای لوله ها و نیز کنترلشان سخت است. همچنین خطاهای کوچک کالیبراسیون در تکنیکهای جذب می تواند به طور گسترده روی نتایج نهایی تاثیر بگذارد و شرایط ترمودینامیکی گاز مثل وابستگی به دما و تاثیرات حرارتی زیاد دمای اتاق و در نهایتاﹲ مقدار کم نمونه را نیز می توان نام برد. در ١٩٩٧ئه بذم برای اولین بار خصوصیات عالی هیدروﮊن را در 1شحح گزارش داد.
نمونه های 1شحح برای ده دقیقه در برابر گاز هیدروﮊن - هژف ٤٠ =ب - در ٢٧٣ قرار داده و سپس تا ل ١٣٣ سرد می کنند. که با این روش ظرفیت ذخیره هیدروﮊن در محدوده ٥ تا ١٠درصد وزنی تخمین زده شده است. همچنین توسط این گروه یک تکنیک برای باز کردن لوله ها گزارش شده که در آن نمونه را در خلاﺀ گاز زدایی می کنند در ل ٩٧٠ و سپس در آب در محدوده ل ٣٢٥-٩٧٥ اکسید می کنند، که بعد از این عملیات، خب1 نمونه ی1ح ١٠ هیدروﮊن خالص جذب شده را نشان می دهد. منمونه هایشان را بوسیله تجزیه کاتالیستی خدهبدست آورده اند، که بعد از خالص سازی بیشتر ذرات کاتالیست خارج شده و آزمایشها ظرفیت ذخیره هیدروﮊن در نانولوله های کربنی را ٢٦/١١درصد وزنی گزارش نمودند. البته باید خاطر نشان کرد که کسی نتوانسته برای بار دوم همین نتیجه را بدست آورد.
