ساختار و بلورینگی ایروژل‌های کربنی نانوکامپوزیتی تقویت‌شده با گرافیت انبساط‌یافته بر کارایی جداسازی گازهای سوختی پارافینی

فرضیه: ایروژل‌ها مواد نانوساختار جدیدی هستند که در دهه‌های اخیر توجه زیادی را جلب کرده‌اند. از این میان، ایروژل‌های پلیمری به‌دلیل سبک وزنی و مقرون به‌صرفه بودن کاربردهای ویژه‌ای پیدا کرده‌اند. در این مطالعه، از ایروژل‌های کربنی برای جداسازی گازهای حاصل از سوخت‌های فسیلی استفاده شده است. چالش این پژوهش، تلاش برای افزایش بهره‌وری جداسازی گاز، متناسب با مساحت سطح و ساختار جداساز است. روش‌ها: ایروژل کربنی نانوکامپوزیتی از پیش‌ماده پلیمری با مساحت سطح ویژه زیاد و شکل‌شناسی نانوساختار طی فرایند کربنی‌کردن در دماهای 600 و 1200 درجه سلسیوس ساخته شد. رزین نووالاک به‌دلیل قیمت کم و حل‌پذیری در الکل‌ها به‌عنوان ماتریس پلیمری در پلیمرشدن سلژل و گرافیت انبساط‌یافته به‌دلیل خواص منحصر به‌فرد و پراکنش نسبتاً خوب برای ترکیب با نووالاک به‌عنوان تقویت‌کننده انتخاب شد. در این مطالعه، ابتدا با بررسی توزیع کلوئیدهای ایروژل‌ کربنی با ترکیب درصدهای مختلف جامد نووالاک در سل اولیه، نمونه‌ای با توزیع کلوئیدهای ریز انتخاب شد. همچنین با بررسی اندازه حفره‌ها، ایروژل با ترکیب درصد انتخابی و البته به همراه چهار ترکیب درصد از گرافیت انبساط‌یافته (از دید مساحت سطح ویژه) ساخته شد. سپس، نمونه‌ها در دو دمای مختلف گرماکافت شدند. در ادامه، اثر نانوذرات گرافیت انبساط‌یافته و درجه بلورینگی ایروژل کربنی نانو‌کامپوزیتی بر کارایی جداسازی گازهای حاصل از سوخت‌های فسیلی بررسی شد. برای ارزیابی بلورینگی‌های مختلف ایروژل، ایروژل‌های کربنی در دو دمای 600 و 1200 درجه سلسیوس با درجه‌های بلورینگی مختلف تهیه شدند. یافته‌ها: نتایج این مطالعه نشان داد، نمونه‌ایروژل کربنی با %0.75 وزنی گرافیت انبساط‌یافته و گرماکافت‌شده در دمای 1200درجه سلسیوس، %40 کارایی جذب گاز کربن دی‌اکسید‌ بیشتری نسبت به نمونه خالص دارد.

Structure and Crystallinity of Expanded GraphiteReinforced Carbon Nanocomposite Aerogels and Their Influence on Paraffin Fuel Gases Filtration Efficiency

Hypothesis: Aerogels are new nanostructured materials that have attracted much attention in recent decades. In the meantime, polymeric aerogels have found special applications due to their lightness and costeffectiveness. In this study, the carbon aerogels were used to filter the gases from fossil fuels. The challenge of this research is to try to increase the efficiency of gas separation, which is proportional to the surface area and structure of the separator.Methods: Carbon nanocomposite aerogel was made using prepolymeric material with a high specific surface area and with nanostructure morphology during carbonization process at temperatures 600 and 1200°C. Novolac resin was selected for its low cost and solubility in alcohols as a polymer matrix in solgel polymerization. Expanded graphite due to its unique properties and relatively good distribution and for reaction with novolac was used as reinforcement. In this study, a sample with a distribution of fine colloids was selected by examining the distribution of carbon aerogel colloids by combining different percentages of novallac solid in primary sol. Again, by examining the size of the cavities, the production of the aerogel was made by combining the selected precursor composition with four percentages of expanded graphite. Then, the samples were pyrolized at two different temperatures. In the following, the effect of expanded graphite nanoparticles and degree of crystallinity of carbon nanocomposite aerogel on the filtration efficiency of gases from fossil fuels was investigated. To evaluate the effect of different crystallinity of aerogel, carbon aerogels were prepared at temperatures of 600 and 1200°C with different degree of crystallinity. Findings: The results of this study showed that samples of carbon aerogel with 0.75% wt expanded graphite and pyrolized at 1200°C showed 40% higher carbon dioxide absorption efficiency than pure samples.