تولید غشای سرامیکی به کمک فناوری نانو

پژوهشگران ایرانی با استفاده از فناوری نانو موفق به ساخت غشای سرامیکی با پایداری حرارتی بالا شدند. این غشا دارای تخلخل‌های نانومتری بوده و به روشی ساده و کم هزینه تولید شده است.

کد خبر: ۱۱۸۸۶۷۶

تاریخ: ۱۷ دی ۱۳۹۳ - ۱۰:۳۶

به گزارش گروه دانش خبرگزاری دانا (دانا خبر) غشای سرامیکی بیشتر در داروسازی و صنایع غذایی، شیمیایی و پتروشیمی، برای جداسازی گازهای کوچک مانند هیدروژن، نیتروژن و متان به کار برده می‌شود. مشکل اصلی این دسته از غشاها، عدم پایداری آن‌ها در حضور رطوبت و دما است. این مشکل باعث بهم ریختگی ساختار متخلخل و در نتیجه کاهش عملکرد آن‌ها خواهد شد.

به گفته شیرین خانمحمدی، در این کار با افزودن ترکیبی مانند ایتریا و در نتیجه تغییر ساختار غشای سرامیکی سیلیکایی، تلاش شده تا پایداری حرارتی آن، ضمن حفظ ساختار نانومتخلخل، بهبود یابد. ساختار فیزیکی و شیمیایی یک غشا، عاملی تعیین کننده در خواص مهمی نظیر نفوذپذیری، گزینش‌پذیری و ایجاد رسوب در آن است. ایجاد یک ساختار مطلوب با راهکار ساده حذف عیب و نقص‌های موجود در سطح غشا و یا کنترل غلظت مواد اولیه و دمای فرایند امکان‌پذیر است.

نتایج حاصل شده حاکی از ساخت غشا‌ی سرامیکی با تخلخل‌های نانومتری و بهبود خواص حرارتی و هیدروترمالی آن است. حفره‌های ایجاد شده دارای میانگین اندازه 9.1 نانومتری بوده و تا حدود دمای 800 درجه سانتی‌گراد نیز پایداری حرارتی بسیار مناسبی دارند. ضخامت نهایی غشا‌ی سه لایه، 680 نانومتر گزارش شده است.

خانمحمدی در خصوص فرایند مورد استفاده در تولید این غشا عنوان کرد: «فرایند سل-ژل متداول‌ترین روش تولید غشاهای سرامیکی است. سادگی روش، تهیه مواد همگن با خلوص و سطح ویژه بالا، قابلیت کنترل اندازه تخلخل و ریزساختار از مزیت‌های این روش محسوب می‌شوند. در این طرح نیز غشای میکرومتخلخل سه لایه‌ای سیلیکا-ایتریا بر روی زیرلایه آلفا-آلومینا و لایه میانی گاما-آلومینا با تکیه بر این روش ساخته شده است.»

وی در ادامه افزود: «جهت انجام کار، زیرلایه آلفا-آلومینایی با روش پرس پودر آلومینا و پخت حرارتی، به صورت قرص‌هایی آماده شد. سل‌های کلوئیدی و پلیمری به ترتیب برای ایجاد لایه میانی گاما-آلومینا و لایه غشایی سیلیکا-ایتریا بر روی زیرلایه با روش غوطه وری نشانده شدند. در نهایت بعد از عملیات خشک کردن، لایه میانی در 600 درجه سانتی‌گراد و لایه غشایی در 500 درجه، تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند.»

در این بررسی‌ها از آزمون‌های XRD، FTIR، FESEM، AFM و جذب و واجذب گاز نیتروژن استفاده شده است.

این تحقیقات از همکاری دکتر احسان طاهری نساج- عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس- و شیرین خانمحمدی- کارشناس ارشد نانومواد از همین دانشگاه- حاصل شده که نتایج آن در مجله Ceramics International (جلد 40، شماره 7، سال 2014، صفحات 9403 تا 9411) به چاپ رسیده است.