2023 Հեղինակ: Sophia Otis | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-05-21 01:49
Գտածոները կարող են օգնել ինժեներներին ստեղծել ավելի լավ աղտոտման թակարդ
UPTON, NY - Ավելի լավ կատալիտիկ փոխարկիչները և ծխի կույտերի «մաքուրները» կարող են օգնել աղտոտիչները հեռու մնալ օդից: ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարության Բրուքհեյվեն ազգային լաբորատորիայում այժմ իրականացվող ուսումնասիրությունները, թե ինչպես են աղտոտիչները կպչում կամ բաժանվում որոշակի նյութերի միջոցով, կարող են քայլ լինել այդ ուղղությամբ: Բրուքհեյվենի գիտնականները կներկայացնեն այս աշխատանքի մի ասպեկտի արդյունքները՝ ինչպես է մագնեզիումի օքսիդը (MgO) կլանում ջրածնի սուլֆիդը (H2S), մարտի 23-ին Մինեապոլիսում Ամերիկյան ֆիզիկական ընկերության հանդիպման նիստում:
Ծծումբը սովորական աղտոտվածություն է հանածո վառելիքի մեջ: Այրվելիս ծծմբի ենթամթերքները, ինչպիսիք են H2S-ը, կարող են նպաստել օդի աղտոտմանը և թթվային անձրևներին: Այս աղտոտիչները մթնոլորտից հեռու պահելու համար կատալիտիկ կերպափոխիչներն ու ծխի կույտերը սովորաբար պարունակում են մետաղական օքսիդ կատալիզատորներ, որոնք ներծծում են աղտոտիչները, այսինքն՝ ստիպում են նրանց կպչել կատալիզատորի մակերեսին::
«Բայց այս սարքերից շատերը նախագծվել են փորձության և սխալի հիման վրա՝ առանց հասկանալու, թե ինչպես են դրանք իրականում աշխատում», - ասում է Բրուքհավենի քիմիայի բաժնի գիտաշխատող Անդրեա Ֆրեյթագը: Ավելին, սովորաբար օգտագործվող կատալիզատորները պատրաստված են թանկարժեք մետաղներից, ինչպիսիք են պլատինը և ռոդիումը: Ժամանակի ընթացքում այս կատալիզատորներից ոմանք կորցնում են աղտոտող նյութերը կլանելու իրենց ունակությունը, «ինչպես Slinky-ը, որը կորցնում է իր ճկունությունը չափից ավելի օգտագործման պատճառով», - ասում է Ջոն Լարեզը, Բրուքհեյվենի քիմիայի բաժնի ավագ գիտնական::
Freitag-ը և Larese-ն աշխատում են նոր կատալիզատորներ մշակելու վրա, որոնք հիմնված են էժան մետաղների վրա, ինչպիսիք են մագնեզիումը և ցինկը, և մոլեկուլային մակարդակի ուսումնասիրություններ են անցկացնում աղտոտիչների և կատալիզատորների փոխազդեցության վերաբերյալ: Նրանց բացահայտումները կարող են օգնել ինժեներներին ավելի լավ աղտոտման թակարդ ստեղծել։
Օրինակ, գիտնականներն օգտագործել են ռենտգենյան ճառագայթների ցրման տեխնիկան Բրուքհեյվենի Ազգային սինքրոտրոնային լույսի աղբյուրում և նեյտրոնների ցրում Եվրոպայում՝ մոլեկուլային մակարդակով «նկարներ» վերցնելու համար, թե ինչպես են աղտոտող մոլեկուլները կպչում կատալիզատորի բյուրեղներին: Ուղեկցող թերմոդինամիկական ուսումնասիրություններում, որոնցում կատալիզատորը պահվում է հաստատուն ջերմաստիճանում, մինչդեռ աղտոտող գազի ճնշումը բարձրանում է դրա վրա, գիտնականները հաշվարկում են կատալիզատորի կարողությունը՝ կլանելու աղտոտող նյութը:
«Այս ուսումնասիրությունները մեզ հնարավորություն են տալիս համապատասխանեցնել այն, ինչ տեղի է ունենում թերմոդինամիկորեն և այն, ինչ տեղի է ունենում միկրոսկոպիկ կերպով», - ասում է Լարեզը: Օրինակ, թիմը ցույց է տվել, որ երբ H2S-ը ներծծվում է MgO-ի վրա, ճնշման աճի հետ մեկտեղ առաջանում են երկու կամ երեք միատեսակ շերտեր։
Ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս նաև, որ կլանման գործընթացը կարող է հետ շրջվել, եթե կատալիզատորը տաքացվի՝ ներծծվող գազերը ազատելու համար: Դա նշանակում է, որ կատալիզատորը կարող է օգտագործվել անընդհատ՝ վերացնելով «մաշված Slinky» խնդիրը։
Բրուքհեյվենի գիտնականները նաև փնտրում են MgO-ի և կատալիզատորի այլ բյուրեղների հարմարեցման եղանակներ՝ դրանց կլանման կարողությունը մեծացնելու համար, օրինակ՝ փոխելով բյուրեղների չափը կամ ձևը՝ մեծացնելով դրանց մակերեսը, կամ բյուրեղների դոպինգով: մակերեսներ այլ ռեակտիվ մետաղներով, ինչպիսիք են ցինկը, նիկելը, քրոմը և պղինձը:
Կառուցվածքային և թերմոդինամիկական ուսումնասիրությունները հիմնականն են, ասում է Լարեզը. «Դուք կարող եք ավելի լավ կատալիզատոր ստեղծել, եթե հասկանում եք գործընթացը»:
Այս փաստաթուղթը կներկայացվի V15 նիստում 2000 թվականի մարտի 23-ին, ժամը 14:30-ին: Մինեապոլիսի կոնվենցիայի կենտրոնի 205B սենյակում։
ԱՄՆ էներգետիկայի դեպարտամենտի Բրուքհեյվենի ազգային լաբորատորիան ստեղծում և շահագործում է համալսարանի, արդյունաբերական և պետական անձնակազմի համար հասանելի հիմնական սարքավորումները ֆիզիկական, կենսաբժշկական և բնապահպանական գիտությունների և ընտրված էներգետիկ տեխնոլոգիաների հիմնական և կիրառական հետազոտությունների համար: Լաբորատորիան շահագործվում է Brookhaven Science Associates-ի կողմից, որը շահույթ չհետապնդող հետազոտությունների կառավարման ընկերություն է, ԱՄՆ-ի հետ պայմանագրով:Ս. Էներգետիկայի վարչություն.
