آیروژل ها و برخی از کاربردهای آنها
چکیده
آیروژل ها که به آنها هواژل هم می گویند.ژلهایی با تخلخل بسیار بالا هستند و به همین دلیل جاذب های فوق العاده قوی ای هستند. ژلهای سلیکا کاربردهای صنعتی فراوانی دارند و به عنوان جاذب رطوبت به کار می روند.
تعداد کلمات1100 زمان مطالعه 5دقیقه
آیروژل ها که به آنها هواژل هم می گویند.ژلهایی با تخلخل بسیار بالا هستند و به همین دلیل جاذب های فوق العاده قوی ای هستند. ژلهای سلیکا کاربردهای صنعتی فراوانی دارند و به عنوان جاذب رطوبت به کار می روند.
تعداد کلمات1100 زمان مطالعه 5دقیقه
رضیه برجیان
مقدمه
از لحاظ فنی و فناورانه آئروژل ها در حوزه های مختلف می توانند کاربرد داشته باشند که عبارتند از: میکروالکترونیک، مهندسی برق، در کشاورزی و داروسازی، در صنعت نفت و گاز یا در مهندسی معماری و ... . در این مطلب قصد داریم به معرفی، خواص و کاربردهای آئروژل ها بپردازیم.
آئروژل ها را می توان به عنوان موادی با پایین ترین چگالی نسبت به هر ماده شناخته شده دیگر تعریف نمود. این مواد بسیار سبک با ساختار نانو می باشند. در واقع آئروژل ها مواد جامد متخلخلی هستندکه از طریق یک فرایند سل-ژل (Sol-Gel) همراه با یک مرحله خشک کردن ویژه بدست می آیند. در اثر یکپارچگی، مواد متخلخل از نظر ریخت شناسی ، مشابه با رشته های مرواریدی هستند. این مواد مساحت سطح بالا در محدوده 300-1000گرم برمترمربع دارند و هدایت حرارتی پایین دارند. تقریبا 95 درصد حجم آئروژل ها را تخلخل یا حفره ها تشکیل می دهند. این مواد سرعت صوت پایین (عایق صوتی) و گذردهی اپتیکی یا نوری بالا دارند .
آئروژل ها را می توان به عنوان موادی با پایین ترین چگالی نسبت به هر ماده شناخته شده دیگر تعریف نمود. این مواد بسیار سبک با ساختار نانو می باشند. در واقع آئروژل ها مواد جامد متخلخلی هستندکه از طریق یک فرایند سل-ژل (Sol-Gel) همراه با یک مرحله خشک کردن ویژه بدست می آیند. در اثر یکپارچگی، مواد متخلخل از نظر ریخت شناسی ، مشابه با رشته های مرواریدی هستند. این مواد مساحت سطح بالا در محدوده 300-1000گرم برمترمربع دارند و هدایت حرارتی پایین دارند. تقریبا 95 درصد حجم آئروژل ها را تخلخل یا حفره ها تشکیل می دهند. این مواد سرعت صوت پایین (عایق صوتی) و گذردهی اپتیکی یا نوری بالا دارند .
معرفی آئروژل ها
واژه آئروژل از دو کلمه هوا Air و ژل Gel تشکیل شده است، ژل شامل دوجزء است: 1-چارچوب ژل 2-ماتریس پرکننده آن. درمورد آئروژل پرکننده آن هواست.
آئروژل ها بسیار متنوع هستند. آئرو ژل های ساخته شده از کوارتز سیلیکا آئروژل نامیده می شوند. سیلیکا آئروژل حاوی ذراتی به قطر 2-5 نانومتر هستند. تولید سیلیکا آئروژل ها کاربرد های فراوانی دارد مانند حامل های دارو. آئروژل های کربنی و آئروژل های کامپوزیتی با اجزایی شامل فلزات و پلیمر ها نیز مورد توجه هستند.
محققان گروه شیمی پژوهشکده تکنولوژی تولید جهاد دانشگاهی خوزستان با همکاری محققانی از دانشگاه تربیت مدرس و دانشگاه آزاد آبادان موفق به ساخت نوع جدیدی از ایروژل‌ها با کاربرد جداسازی ترکیبات آلی از آب موسوم به "ایروژل‌های هیبریدی فنولیک – سیلیکا فوق آب گریز" شدند.
آئروژل ها بسیار متنوع هستند. آئرو ژل های ساخته شده از کوارتز سیلیکا آئروژل نامیده می شوند. سیلیکا آئروژل حاوی ذراتی به قطر 2-5 نانومتر هستند. تولید سیلیکا آئروژل ها کاربرد های فراوانی دارد مانند حامل های دارو. آئروژل های کربنی و آئروژل های کامپوزیتی با اجزایی شامل فلزات و پلیمر ها نیز مورد توجه هستند.
محققان گروه شیمی پژوهشکده تکنولوژی تولید جهاد دانشگاهی خوزستان با همکاری محققانی از دانشگاه تربیت مدرس و دانشگاه آزاد آبادان موفق به ساخت نوع جدیدی از ایروژل‌ها با کاربرد جداسازی ترکیبات آلی از آب موسوم به "ایروژل‌های هیبریدی فنولیک – سیلیکا فوق آب گریز" شدند.
خواص آئروژل ها
خواص عایق بودن آئروژل ها: آئروژل ها بهترین مواد عایق حرارتی شناخته شده هستند. آئروژل ها کمترین میزان هدایت گرمایی را نسبت به دیگر عایق ها دارند. آئروژلها اگر چه بسیار ترد هستند، می توانند بسیار شفاف ساخته شوند. هدایت پایین آئروژل ها از بافت متخلخل آنها سرچشمه می گیرد.
سیلیکا آئروژل ها در پنجره های عایق کاربرد دارند که مانع از ورود و خروج گرما می شوند. از جمله مزایای دیگر آئروژل ها آتشگیر نبودن آن هاست. این عایق ها در سیستم های گرمایش و سرمایش، باتری های با کاربرد دمای بالا، عایق لوله ها، مخازن تحت گرما و سرما، لوله اگزوز ماشین، بهعنوان پوشش جاذب انرژی خورشید در سلول های خورشیدی جهت ذخیره سازی انرژی و... می توانند به کار برده شوند. خواص نوری آئروژل ها به شرایط تولید آنها بستگی دارد. این مواد در روشنایی به رنگ زرد و در تاریکی به رنگ آبی دیده می شوند. روش های مختلف حذف حلال، حذف آب یا رطوبت از ساختار آئروژل و شرایط واکنش از جمله پارامترهای مهم و موثر در خاصیت نوری آئروژل ها مطرح هستند.
ساختار شبکه ای ویژه آئروژل ها در کارایی آکوستیک آن ها بسیار موثر است و تا حدودی به خواص الاستیکی آن ها نیز بستگی دارد. سرعت سیلیکا آئروژل در حدود 100-300 m/sاست که کمترین مقدار در میان مواد جامد معدنی است. این مقدار در شیشه کوارتز 500m/s است.
هدایت گرمایی : هدایت گرمایی آئروژل ها تابعی از پارامترهای زیر است: 1-انتقال گرما بوسیله فازجامد 2-انتقال گرما بوسیله فازگازی 3-انتقال گرما بوسیله بازتابش. هدایت گرمایی فاز جامد با افزایش چگالی ،افزایش می یابد در حالی که هدایت گرمایی فاز گازی با افزایش چگالی کاهش می یابد و انتقال گرما از طریق تشعشع مستقل از چگالی آئروژل است. کمترین مقدار هدایت گرمایی آئروژل ها در چگالی 0.15 میلی‌گرم بر سانتی متر مکعب است. با توجه به مقدار کم ماده جامد و ساختار غیرمستقیم آئروژل هدایت جامد و گاز به شکل بارزی محدود می شود. در دماهای بالا عبور تابش قابلیت عایق حرارتی آئروژل را کاهش می دهد.[1]
در حال حاضر در سطح دنیا از ترکیبات ایروژلی برای عایق‌کاری دما استفاده می‌کنند؛ زیرا کارایی آنها نسبت به عایق‌های مرسوم قدیمی از نظر میزان مصرف و فضای اشغال‌شده بسیار بیشتر است.
همچنین ایروژل‌ها در مقایسه با عایق‌های مضر مانند آزبست‌ها و پشم شیشه، معضلات محیط‌زیستی ندارند. فقط تا حدودی قیمت آنها زیاد است که در ایران بسیار اندک استفاده می‌شوند؛ زیرا برای ما انرژی چندان اهمیت ندارد. برخلاف کشورهای غربی به‌خصوص آمریکا که در آنجا با توجه به واقعی بودن قیمت انرژی از ایروژل‌ها برای عایق‌کاری و جلوگیری از هدررفت انرژی استفاده می‌شود و در این زمینه هزینه زیادی می‌کنند.
سیلیکا آئروژل ها در پنجره های عایق کاربرد دارند که مانع از ورود و خروج گرما می شوند. از جمله مزایای دیگر آئروژل ها آتشگیر نبودن آن هاست. این عایق ها در سیستم های گرمایش و سرمایش، باتری های با کاربرد دمای بالا، عایق لوله ها، مخازن تحت گرما و سرما، لوله اگزوز ماشین، بهعنوان پوشش جاذب انرژی خورشید در سلول های خورشیدی جهت ذخیره سازی انرژی و... می توانند به کار برده شوند. خواص نوری آئروژل ها به شرایط تولید آنها بستگی دارد. این مواد در روشنایی به رنگ زرد و در تاریکی به رنگ آبی دیده می شوند. روش های مختلف حذف حلال، حذف آب یا رطوبت از ساختار آئروژل و شرایط واکنش از جمله پارامترهای مهم و موثر در خاصیت نوری آئروژل ها مطرح هستند.
ساختار شبکه ای ویژه آئروژل ها در کارایی آکوستیک آن ها بسیار موثر است و تا حدودی به خواص الاستیکی آن ها نیز بستگی دارد. سرعت سیلیکا آئروژل در حدود 100-300 m/sاست که کمترین مقدار در میان مواد جامد معدنی است. این مقدار در شیشه کوارتز 500m/s است.
هدایت گرمایی : هدایت گرمایی آئروژل ها تابعی از پارامترهای زیر است: 1-انتقال گرما بوسیله فازجامد 2-انتقال گرما بوسیله فازگازی 3-انتقال گرما بوسیله بازتابش. هدایت گرمایی فاز جامد با افزایش چگالی ،افزایش می یابد در حالی که هدایت گرمایی فاز گازی با افزایش چگالی کاهش می یابد و انتقال گرما از طریق تشعشع مستقل از چگالی آئروژل است. کمترین مقدار هدایت گرمایی آئروژل ها در چگالی 0.15 میلی‌گرم بر سانتی متر مکعب است. با توجه به مقدار کم ماده جامد و ساختار غیرمستقیم آئروژل هدایت جامد و گاز به شکل بارزی محدود می شود. در دماهای بالا عبور تابش قابلیت عایق حرارتی آئروژل را کاهش می دهد.[1]
در حال حاضر در سطح دنیا از ترکیبات ایروژلی برای عایق‌کاری دما استفاده می‌کنند؛ زیرا کارایی آنها نسبت به عایق‌های مرسوم قدیمی از نظر میزان مصرف و فضای اشغال‌شده بسیار بیشتر است.
همچنین ایروژل‌ها در مقایسه با عایق‌های مضر مانند آزبست‌ها و پشم شیشه، معضلات محیط‌زیستی ندارند. فقط تا حدودی قیمت آنها زیاد است که در ایران بسیار اندک استفاده می‌شوند؛ زیرا برای ما انرژی چندان اهمیت ندارد. برخلاف کشورهای غربی به‌خصوص آمریکا که در آنجا با توجه به واقعی بودن قیمت انرژی از ایروژل‌ها برای عایق‌کاری و جلوگیری از هدررفت انرژی استفاده می‌شود و در این زمینه هزینه زیادی می‌کنند.
کاربرد آئروژلها در پاکسازی آبهای آلوده نفتی
به طور کلی دو مسیر تصفیه اصلی برای آلودگی شناخته شده است: جذبی و واکنشی. هردوی این روشها می توانند به عنوان فرآیندهای پاکسازی در محل یا خارج از محل به کار برده شوند. درمورد آبهای آلوده نفتی، روشهای مرسوم برای حل مشکل نشت حجیم نفت معمولا کافی نیستند. هرچند کاربرد فناوری نانو برای پاکسازی آلودگیهای نفتی هنوز در مراحل ابتدایی است، ولی برای آینده امیدوارکننده است. در پنج سال گذشته، علاقه به جستجوی روشهای یافتن راه حلهای مناسب برای پاکسازی آلودگیهای نفتی با استفاده از نانومواد به صورت جهانی رشد چشمگیری داشته است.
نانوموادی که برای پاکسازی آلودگیهای نفتی شامل به کار می روند، عبارتند از: 1- آئروژلها (آئروژل آبگریز، آئروژل سیلیکایی عامل دار شده با تریفلوئوروکربن، آئرورسها)، 2-پخش کننده های نانویی (میسلهای تشکیل-دهنده محلولهای کلوئیدی مواد شـیمیایی بر پایه زیستی)، 3- نانوکامپوزیت های مغناطیسی (اکسید آهن، نانورسها، آهن/کربن، اکسید آهــن/کربن، نانوکامپوزیت های پلیمری مغناطیسی)، 4- غشاها (بر پایه نانوسیم های اکسید منگنز)، 5-فومها (ابرآب گریزها و ابرچربی دوستها)، 6-فیلترها و پدها (فیلترهای کتانی آبدوست یا دافع چربی، کاغذهای فیلتر ابرچربی دوسـت و یا ابرآب گریز)، 7-نانوساختارهای کربنی (گرافن کرمی شکل، اسفنجهای نانو لوله های کربنی)، 8-ارگانوکلی (رس های آلی) آب گریز نانوساختا، 9- نانو و میکرو اکسید تیتانیوم برای تجزیه فتوکاتالیستی. کارهای اولیه بر روی آئروژل ها(Aerogels) ، اهمیت این ماده را برای پاکسازی آب نشان می دهد.[2]
در این راستا محققان کشورمان نوع جدیدی از ایروژل‌ها با کاربرد تصفیه پساب را تولید کردند. محققان گروه شیمی پژوهشکده تکنولوژی تولید جهاد دانشگاهی خوزستان با همکاری محققانی از دانشگاه تربیت مدرس و دانشگاه آزاد آبادان موفق به ساخت نوع جدیدی از ایروژل‌ها با کاربرد جداسازی ترکیبات آلی از آب موسوم به "ایروژل‌های هیبریدی فنولیک – سیلیکا فوق آب گریز" شدند.[3]
نانوموادی که برای پاکسازی آلودگیهای نفتی شامل به کار می روند، عبارتند از: 1- آئروژلها (آئروژل آبگریز، آئروژل سیلیکایی عامل دار شده با تریفلوئوروکربن، آئرورسها)، 2-پخش کننده های نانویی (میسلهای تشکیل-دهنده محلولهای کلوئیدی مواد شـیمیایی بر پایه زیستی)، 3- نانوکامپوزیت های مغناطیسی (اکسید آهن، نانورسها، آهن/کربن، اکسید آهــن/کربن، نانوکامپوزیت های پلیمری مغناطیسی)، 4- غشاها (بر پایه نانوسیم های اکسید منگنز)، 5-فومها (ابرآب گریزها و ابرچربی دوستها)، 6-فیلترها و پدها (فیلترهای کتانی آبدوست یا دافع چربی، کاغذهای فیلتر ابرچربی دوسـت و یا ابرآب گریز)، 7-نانوساختارهای کربنی (گرافن کرمی شکل، اسفنجهای نانو لوله های کربنی)، 8-ارگانوکلی (رس های آلی) آب گریز نانوساختا، 9- نانو و میکرو اکسید تیتانیوم برای تجزیه فتوکاتالیستی. کارهای اولیه بر روی آئروژل ها(Aerogels) ، اهمیت این ماده را برای پاکسازی آب نشان می دهد.[2]
در این راستا محققان کشورمان نوع جدیدی از ایروژل‌ها با کاربرد تصفیه پساب را تولید کردند. محققان گروه شیمی پژوهشکده تکنولوژی تولید جهاد دانشگاهی خوزستان با همکاری محققانی از دانشگاه تربیت مدرس و دانشگاه آزاد آبادان موفق به ساخت نوع جدیدی از ایروژل‌ها با کاربرد جداسازی ترکیبات آلی از آب موسوم به "ایروژل‌های هیبریدی فنولیک – سیلیکا فوق آب گریز" شدند.[3]
پی نوشت
[1] article.tebyan.net/248251
[2] . http://naftema.com/news/56150/
[3] "The effect of high temperature sol-gel polymerization parameters on the microstructure and properties of hydrophobic phenol-formaldehyde/silica hybrid aerogels" Journal of Colloid and Interface Science
منابع
article.tebyan.net/248251
http://naftema.com/news/56150/
"The effect of high temperature sol-gel polymerization parameters on the microstructure and properties of hydrophobic phenol-formaldehyde/silica hybrid aerogels" Journal of Colloid and Interface Science
