لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

ایروژل های سیلیکایی به دلیل داشتن سطح ویژه و تخلخل باز بسیار بالابه عنوان پایه کاتالیست ها مورد توجه قرار گرفته اند. در مقاله پیش رو کاتالیست های بر پایه ایروژل های سیلیکایی مرور شده اند. روش ساخت ایروژل ها و روش های گوناگون افزودن فاز فعال کاتالیستی در ماتریس ایروژلی توصیف شده است. همنهشت ایروژل شامل تهیه ژل سیلیکا با فرایند سل-ژل و سپس خشک کردن ژل با فنون ویژه برای رسیدن به ایروژل است. برای تهیه ایروژل کاتالیستی فاز دوم می تواند پیش از تشکیل ژل و یا بعد از تشکیل ژل به آن افزوده شود. در روش اول محلول پیش ماده های فاز دوم و یا نانوذرات آن به سل سیلیکا افزوده می شود و فاز کاتالیستی همزمان با تشکیل ژل سیلیکا وارد ساختار آن می شود. در روش دوم، فاز دوم بر روی ژل سیلیکا تلقیح می شود و یا به روش تلقیح یا نفوذ بخار بر روی ایروژل نشانده می شود. مطالعات گوناگون انجام گرفته در زمینه ایروژل های کاتالیستی گرداوری شده و واکنش مطالعه شده به همراه روش خشک سازی ایروژل، پیش ماده مورد استفاده برای سیلیکا و نیز روش تهیه کاتالیست در آنها ارایه شده است. در پایان مقایسه ای بین کاتالیست های ایروژلی و زروژلی انجام شده است که مطالعات موجود نشان دهنده خواص مطلوبتر و عملکرد بسیار بهتر کاتالیست های ایروژلی در واکنش های گوناگون بودند. به عنوان نمونه در مطالعات گوناگون، سطح ویژه تا 9/3 برابر بزرگتر، حجم تخلخل تا 23 برابر بزرگتر، میزان تبدیل واکنش دهنده مد نظر تا 5/7 برابر بزرگتر، بازده محصول مد نظر تا 7 برابر بزرگتر و انتخاب پذیری محصول دلخواه تا 4 برابر بیشتر برای کاتالیست ایروژلی نسبت به کاتالیست زروژلی گزارش شده است.

ایروژل ها به دلیل چگالی بسیار کم، تخلخل و مساحت سطح ویژه زیاد و سایر خواص منحصر به فرد کاربردهای فراوانی در صنعت دارند. ایروژل های پلیمری رسانای گرما با توجه به نیاز عمده صنعت به کامپوزیت های رسانای گرما و چگالی کم، پرکاربرد هستند. مهم ترین کاربرد ایروژل های پلیمری رسانای گرما در کامپوزیت های تغییرفاز (phase change composites, PCCs) به عنوان قالب پایدارکننده شکل برای ذخیره انرژی گرمایی است. مواد تغییر فاز (phase change materials, PCMs) به مواد بلوری یا نیمه بلوری گفته می شود که در خلال تغییر فاز از جامد به مایع و برعکس، دارای قابلیت ذخیره و دفع انرژی گرمایی هستند. میزان ذخیره یا دفع انرژی گرمایی بستگی به مقدار ماده تغییر فاز در سامانه و آنتالپی ذوب-بلورینگی آن دارد. ساختار متخلخل ایروژل ها، مواد تغییر فاز مذاب را به خوبی در خود جای می دهد و از نشت آن ها جلوگیری می کند. افزایش ظرفیت بارگیری PCM ها به دلیل تخلخل زیاد ایروژل ها و نیز رسانندگی گرمایی زیاد ایروژل های رسانای گرما، حفظ گرمای نهان انجماد PCC ها را در پی دارد و بازده زیاد آن ها را در ذخیره انرژی تضمین می کند. در این مقاله، مهم ترین ایروژل های پلیمری رسانای گرما مرور شده اند که پژوهشگران در سال های اخیر آن ها را بررسی کرده اند. همچنین سعی شده است، ایروژل های رسانای مطلوب کاربرد ذخیره گرمایی با منطق استفاده از سامانه های تغییر فاز معرفی و تحلیل شود.

در بین مواد بشرساخت، ایروژل دارای کمترین ضریب هدایت حرارتی است. کمترین میزان هدایت حرارتی که ایروژل می تواند داشته باشد، معادل هدایت حرارتی گاز هوا، W/mK021/0 است. در برخی کاربردها، هدایت حرارتی بسیار کمتری مورد نیاز است. در این تحقیق از ایروژل نووالاک به عنوان جداکننده در طراحی و ساخت ابرعایق چندلایه با صفحات بازتابشی آلومینیوم استفاده شده است. عملکرد این عایق ها به شدت به چگالی، تخلخل و ابعادحفرات جداکنند های ایروژل و همچنین تعداد لایه در واحد ضخامت کل عایق چندلایه وابسته است. در این تحقیق به منظور کاهش هدایت حرارتی موثر عایق های چندلایه، دو متغیر چگالی جداکننده ایروژل جداکننده و نسبت تعداد لایه در ضخامت عایق(چگالی لایه)، برای شرایط مرزی دمایی ˚ C25 تا ˚ C200 مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا، با بررسی تاثیر تغییرات چگالی ایروژل نووالاک بر هدایت حرارتی، ایروژل نووالاک با چگالی g/cm3 076/0 به عنوان بهترین جداکننده در عایق چندلایه انتخاب شد، و در بخش بعدی، نسبت 25 لایه در هر سانتی متر از ضخامت عایق به عنوان بهترین چگالی لایه انتخاب شد. در نهایت با ساخت عایق چندلایه بر اساس این نتایج، عایق با ضریب هدایت حرارتی موثر حدود W/mK4-10×5 بدون اعمال خلا در لایه جداکننده حاصل شد.

در سال های اخیر، ایروژل های کربنی توجه ویژه ای را به خود اختصاص داده اند. این دسته مواد برپایه کربن در دمای نسبتا کم (حدود 400 درجه سلسیوس) در معرض اکسیژن اکسید می شوند. توسعه های انجام شده در زمینه فناوری ذخیره انرژی، لزوم بررسی رفتار ایروژل های کربنی در دماهای زیاد را به عنوان انتخابی برای این سامانه ها آشکار می کند. هدف این مقاله، تحلیل سینتیکی اکسایش ایروژل کربنی با روش سینتیکی غیرپارامتری (non-paramertic kinetic،NPK) است. بدین منظو ر، از داده های به دست آمده از آزمون های گرما وزن سنجی در سه سرعت گرمادهی مختلف برای سه نمونه ایروژل با نانوساختار متفاوت استفاده شد. روش تحلیل سینتیکی NPK از این لحاظ که امکان تعیین و جداسازی تابعیت سرعت واکنش به دما و درجه تبدیل را با استفاده مستقیم از داده های تجربی فراهم می کند، بر سایر روش های سینتیکی مانند روش های هم درجه (isoconversional) ارجح است. در این روش تابعیت سرعت واکنش اکسایش به درجه تبدیل به بهترین شکل توسط مدل Nomen-Semppere بیان می شود. همچنین، تابعیت دمایی ثابت سرعت از معاله آرنیوس، همان طور در روش های هم درجه مفروض است، پیروی نکرده و مدل Vogel-Fulcher بیشترین تطبیق را با داده های تجربی نشان می دهد. دمای مرجع به دست آمده از تطبیق داده ها با این مدل برابر با دمای شروع فرایند اکسایش ایروژل کربنی است. مشاهده شد، فرض تابعیت آرنیوسی ثابت سرعت از دما در روش های هم درجه به برآورد انرژی فعال سازی در مقادیری بیشتر (حداکثر 160 kJ/mol) و بسیار متفاوت از مقدار پیش بینی شده آن با معادله Vogel-Fulcher (حداکثر 3.5 kJ/mol) منجر می شود.

1جاذبهای جامد متخلخل به منظور جذب گاز دی اکسیدکربن به عنوان گازآلاینده و اثرگذار بر تغییرات جوی محیط زیست مورد توجه محققان قرارگرفته اند. درتحقیق حاضر، از گرافن ایروژل به منظور جذب گاز دی- اکسیدکربن استفاده شد. اثر پودر گرافیت اولیه بر فرایند اکسیداسیون گرافن اکساید و گروههای اکسیژنی روی سطح آن بررسی شد. سپس تاثیرمیزان اکسیداسیون برخودتجمعی نانوصفحات حین فرایند هیدروترمال و ساختارحفرات سلسله مراتبی گرافن ایروژل حاصل مورد بررسی قرارگرفت. دراین پژوهش از روش هامرز اصلاح شده برای سنتز گرافن اکسایدها و روش هیدروترمال و خشککردن انجمادی برای سنتز گرافن ایروژلها استفاده شد. به منظور مشخصه یابی گرافن اکسایدها از آزمونهای طیفسنجی مادون قرمز (FTIR) و پراش پرتوایکس ( XRD) استفاده شد. گرافن ایروژل ها با استفاده از آزمون های مختلف شامل جذب و واجذب نیتروژن، میکروسکوپ الکترونی روبشی ) (SEMمورد بررسی قرارگرفتند. درآزمون XRD اختلاف فاصله لایه ها بین گرافیت و گرافن اکساید نشان دهنده اکسیدشدن موفقیت آمیزصفحات گرافیت است. اختلاف شدت پیکهای اکسیژنی در آزمون FTIRناشی از اختلاف اندازه ذرات گرافیتها است. بطوری که شدت گروههای اکسیژنی بیشتر درگرافیت با اندازه ذرات کوچکتر مشاهده شد. بررسی ریخت شناسی گرافن ایروژلها اهمیت گروهای اکسیژنی در تشکیل ساختارسه بعدی سلسله مراتبی را نشان داد. افزایش گروههای اکسیژنی در نمونه با اندازه ذرات کوچکتر، ساختاری با دیوارههای نازکتر و تجمع کمترصفحات ایجاد کرده است. نتایج حاصل نشان دادند که گرافیت با اندازه ذارت کوچک منجر به بهبود ساختار حفرات سلسله مراتبی ایروژل و افزایش میزان جذب گاز تا 1/04 mmol شد. ایروژل حاصل از ذرات گرافیت بزرگتر دارای جذب گازmmol 0/72است. استفاده از گرافیت با اندازه ذرات کوچکتر منجربه کنترل بهتر فرایند اکسیداسیون گرافن اکساید و فرایند خودتجمعی گرافن ایروژل و سطح مخصوص مزو و میکرو بالا( 112m2/gو 115به ترتیب) شد.

جاذب های جامد متخلخل به منظور جذب گاز دی اکسیدکربن به عنوان گازآلاینده و اثرگذار بر تغییرات جوی محیط زیست مورد توجه محققان قرارگرفته اند. درتحقیق حاضر، از گرافن ایروژل به منظور جذب گاز دی-اکسیدکربن استفاده شد. اثر پودر گرافیت اولیه بر فرایند اکسیداسیون گرافن اکساید و گروههای اکسیژنی روی سطح آن بررسی شد. سپس تاثیرمیزان اکسیداسیون برخودتجمعی نانوصفحات حین فرایند هیدروترمال و ساختارحفرات سلسله مراتبی گرافن ایروژل حاصل مورد بررسی قرارگرفت. دراین پژوهش از روش هامرز اصلاح شده برای سنتز گرافن اکسایدها و روش هیدروترمال و خشککردن انجمادی برای سنتز گرافن ایروژلها استفاده شد. به منظور مشخصه یابی گرافن اکسایدها از آزمونهای طیفسنجی مادون قرمز (FTIR) و پراش پرتوایکس ( XRD) استفاده شد. گرافن ایروژل ها با استفاده از آزمون های مختلف شامل جذب و واجذب نیتروژن، میکروسکوپ الکترونی روبشی ) (SEMمورد بررسی قرارگرفتند. درآزمون XRD اختلاف فاصله لایه ها بین گرافیت و گرافن اکساید نشان دهنده اکسیدشدن موفقیت آمیزصفحات گرافیت است. اختلاف شدت پیکهای اکسیژنی در آزمون FTIRناشی از اختلاف اندازه ذرات گرافیتها است. بطوری که شدت گروههای اکسیژنی بیشتر درگرافیت با اندازه ذرات کوچکتر مشاهده شد. بررسی ریخت شناسی گرافن ایروژلها اهمیت گروهای اکسیژنی در تشکیل ساختارسه بعدی سلسله مراتبی را نشان داد. افزایش گروههای اکسیژنی در نمونه با اندازه ذرات کوچکتر، ساختاری با دیوارههای نازکتر و تجمع کمترصفحات ایجاد کرده است. نتایج حاصل نشان دادند که گرافیت با اندازه ذارت کوچک منجر به بهبود ساختار حفرات سلسله مراتبی ایروژل و افزایش میزان جذب گاز تا 1/04 mmol شد. ایروژل حاصل از ذرات گرافیت بزرگتر دارای جذب گازmmol 0/72است. استفاده از گرافیت با اندازه ذرات کوچکتر منجربه کنترل بهتر فرایند اکسیداسیون گرافن اکساید و فرایند خودتجمعی گرافن ایروژل و سطح مخصوص مزو و میکرو بالا( 112m2/gو 115به ترتیب) شد.

پژوهش حاضر در راستای سنتز ایروژل کربنی ارزان قیمت با خواص مطلوب و با رویکرد عایق حرارتی است. در این پژوهش از رزین ارزان قیمت نوولاک به عنوان ماده اولیه تولید ایروژل پلیمری و روش خشک کردن محیطی استفاده شد؛ سپس قیر قطران زغال سنگ به وسیله غوطه وری نمونه های پلیمری در محلول قیر به نمونه ها اضافه شد. در مرحله ی بعد، ایروژل های پلیمری نوولاک-قیر، در عملیات حرارتی گرماکافت به ایروژل های نانو ساختار کربنی تبدیل شدند. نتایج حاصل نشان داد که با این روش می توان به ایروژل هایی با ساختار نانو و با چگالی قابل پیش بینی دست یافت؛ همچنین با بررسی ریزساختار و ریخت شناسی این ایروژل ها مشخص شد که این ایروژل ها دارای تخلخل بالا، چگالی پایین (حدود 4/0-1/0) و مساحت سطح ویژه بالا (حدود 600) هستند. قیر زغال گذاری بالایی از خود نشان داد و افزودن آن باعث بهبود خواص حرارتی حداقل به میزان 100 ثانیه تاخیر در بالا رفتن دما در آزمون تاریخچه حرارتی گردید؛ که نتیجه آن دستیابی به عایقی با عملکرد حفاظت حرارتی مطلوب تر بود.