سنتز و مشخصه يابي نانوساختار ايروژل گرافني و بررسي رفتار جذب گاز CO2 منسوج پلي استري تهيه شده با اين نانوساختار

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

دكتري

كنترل انتشار دي اكسيدكربن به عنوان يك گاز گلخانه اي با استفاده از جاذب هاي متخلخل بسيار مورد توجه پژوهشگران قرارگرفته است. در اين راستا ايروژل گرافن به دليل امكان تشكيل ساختار متخلخل ماكرو/ مزو/ميكرو حفره و قابليت كنترل شيميايي ساختار از قابليت بالاي جذب گاز CO2 برخوردار است. از طرفي منسوجات جاذب گاز CO2 استفاده شده در ساير پژوهش ها اغلب بر پايه الياف شيشه و كربن بوده و براي بهبود كارايي جذب گاز CO2 آنها عموما نياز به اصلاح فيزيكي و شيميايي پيچيده است. لذا هدف از اين پژوهش، تهيه سازه ليفي جديد جاذب گاز CO2 با استفاده از پوشش¬دهي نانوساختار ايروژل گرافن بر سطح منسوج است. در اين راستا كنترل فرايند خودتجمعي و دستيابي به ساختار حفرات ماكرو/ مزو/ميكرو و اصلاح ساختار شيميايي ايروژل گرافن در جهت افزايش ميزان جذب گاز CO2اين نانوساختار از طريق كنترل متغيرهاي فرايندي انجام شد. در ادامه روش مناسب قرارگيري نانوساختار ايروژل گرافن بر روي سازه ليفي با تمركز بر كنترل برهمكنش هاي الكترواستاتيك بين سازه ليفي و صفحات گرافني انجام گرفت. هدف مورد نظر در اين بخش بررسي فرايند خودتجمعي مناسب صفحات گرافني و تشكيل همزمان ساختار ايروژلي به منظور ايجاد پوشش يكنواخت و پايدار بر روي سطح منسوج است. در اين پژوهش كنترل خودتجمعي صفحات اكسيدگرافن ابتدا از طريق بهينه سازي ميزان اكسيداسيون گروه¬هاي اكسيژني گرافيت انجام شد. در اين راستا متغيرهاي فرايند سنتز اكسيدگرافن (پرمنگنات پتاسيم،‌ اسيد سولفوريك، پراكسيد‌ هيدروژن) مورد بررسي قرارگرفت. سپس تشكيل ساختار بهينه ماكرو / مزو/ ميكروحفره ايروژل گرافن از طريق كنترل برهم كنش¬هاي الكترواستاتيك، -π π ، واندروالس و هيدروژني بررسي و همچنين اصلاح شيميايي ايروژل گرافن درجهت افزايش كارايي جذب CO2 انجام شد. به منظور بهينه سازي ساختار متخلخل ماكرو/مزو/ ميكرو متغيرهاي سنتز هيدروترمال (غلظت اكسيدگرافن،‌ زمان سنتز و نوع كاهنده) ارزيابي شدند. از آناليزهاي جذب و واجذب نيتروژن، FE-SEM،XRD ،RAMAN ،XPS ، FTIR وEDX به منظور مشخصه¬يابي نمونه¬ها استفاده شد. جذب گاز CO2 ايروژل سنتز شده با استفاده از غلظت بالاي اسيد سولفوريك در شرايط سنتز اكسيدگرافن، mmol/g 72/1 اندازه¬گيري شد و پس از اصلاح شيميايي ايروژل گرافن با استفاده از مونواتانول آمين، ميزان جذب CO2 بيش از سه برابر افزايش نشان داد. شرايط سنتز هيدروترمال بهينه براي تشكيل ساختار ايروژلي شامل مدت زمان 10 ساعت و C° 140 تعيين شد كه ايروژل حاصل داراي بالاترين سطح مخصوص مزو و ميكرومتري (m2/g 152 و 169) بوده و بر اساس نتايج XPS افزايش گروه هاي آميني ونسبت NH/NT تا 35/0 ميزان جذب CO2 آن را تا mmol/g 1/5 افزايش داد. مدل سينتيكي الويچ تطابق خوبي با داده¬هاي تجربي نشان داد كه تاييدكننده همزماني جذب فيزيكي و شيميايي CO2 روي ايروژل گرافن است. همچنين ارزيابي نتايج نشان داد كه اندازه حفرات ماكرو /مزو /ميكرو تاثير بسزايي روي ضرايب مدل الويچ دارند و اين ضرايب بيانگر سرعت نفوذ اوليه و ممانعت سطحي در برابر نفوذ CO2 هستند. مدل نفوذ درون ذره اي به عنوان مدل محدودكننده سرعت براي كنترل نفوذ CO2 در ايروژل¬ها تعيين شد. افزايش غلظت اكسيدگرافن به شدت ثابت محدودكننده سرعت دراين مدل را در مقايسه با نمونه هاي سنتزشده در زمان¬هاي مختلف سنتز هيدروترمال به دليل كم شدن ماكروحفرات ايروژل،‌ كاهش داده¬است. در ادامه پژوهش پوشش دهي ايروژل گرافن روي منسوج پلي استر به روش سنتز درجا در شرايط مختلف هيدروترمال انجام شد. شرايط هيدروترمال با هدف عدم تخريب منسوج حين فرايند پوشش دهي، كنترل برهمكنش¬هاي صفحات اكسيدگرافن و منسوج پلي¬استر بهينه سازي شد. در ادامه با هدف افزايش جذب شيميايي گاز توسط منسوج پوشش دهي شده، اصلاح آميني با استفاده از پلي اتيلن ايمين(PEI) با راهكارهاي مختلف بررسي شد. نتايج حاصل نشان داد كه روش اصلاح اوليه منسوج با PEI و سپس پوشش دهي با فرايند سنتز درجا با ايجاد گروه¬هاي عاملي آمين با دانسيته مناسب در سطح منسوج و رفع چالش تخريب منسوج حين فرايند سنتز درجا منجر به بهبود فرايند خودتجمعي صفحات اكسيدگرافن و تشكيل پوشش گرافني متخلخل يكنواخت و پايدار شد و ميزان جذب دي اكسيدكربن منسوج حاصل نسبت به نمونه پلي استر اوليه حدود4 برابر بهبود يافت.

233393

شيمي نساجي و علوم الياف

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان