21986

21986

سنتز آلومينا آئروژل از دراس ثانويه آلومينيم

كارشناسي ارشد

صنايع شيميايي معدني

1399/2/17

دكتر علي اله وردي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

آئروژل‌ها به‌دليل دارا بودن خواص منحصربه‌فرد پتانسيل استفاده در كاربردهاي مختلف صنعتي از قبيل عايق‌بندي حرارتي و صوتي را دارند كه به دليل هزينه‌هاي بالاي عملياتي و ايمني پايين فرآيند با مشكل روبه‌رو شده‌است. هدف اصلي در اين پژوهش، استفاده از دراس ثانويه آلومينيوم به‌عنوان منبع غني از آلومينيوم و معرفي روش نوين سنتز آئروژل آلومينا در فشار محيط جهت كاهش هزينه‌هاي عملياتي و بهبود ايمني فرآيند مي‌باشد. براي اين منظور، پس از استحصال آلومينيوم از دراس ثانويه آلومينيوم و استفاده از عوامل مختلف ژل‌ساز و استفاده از حلال آلي مناسب جهت تبادل حلال و به‌دنبال آن،كنترل شرايط فرآيندي سنتز آئروژل آلوميناي يكپارچه و خالص با موفقيت به پايان رسيد. استفاده از حلال آلي استونيتريل در مرحله‌ي تبادل حلال، جهت خشك كردن ژل مرطوب در فشار اتمسفر و دماي 50 درجه سانتي‌گراد انجام گرفت؛ اين حلال علاوه بر دارا بودن ويژگي‌هاي مناسب جهت سنتز آئروژل در فشار محيط، نسبت به حلال‌هاي مناسب ديگر مانند ترت بوتانول، ارزان‌تر و ايمن‌تر مي‌باشد. از استحصال آلومينا از دراس ثانويه آلومينيوم تا رسيده به آئروژل يكپارچه به 7 روز زمان نياز است. پس از سنتز آئروژل آلوميناي يكپارچه توسط عوامل مختلف ژل‌ساز، از آناليزهاي XRD، XRF، FESEM، HRTEM، تخلخل سنجي جذب و واجذب نيتروژن، آناليزهاي حرارتي TGA/DTA/DSC براي مشخصه‌يابي آن‌ها استفاده شد. آئروژل‌هاي سنتز شده داراي دانسيته‌ي پايين در حدود g/cm3 3/0 و تخلخل بالا در حدود 88 % مي‌باشند. با استفاده از تخلخل سنجي نيتروژن اثبات شد كه آئروژل‌هاي سنتزشده داراي سطح ويژه‌ي نسبتا بالايي m2/g (42/135-87/230) و حجم منافذ بالايي cm3/g (7584/0-7747/1) هستند كه نتايج تصويربرداري ميكروسكوپي الكتروني نيز تصديقي بر اين داده‌ها مي‌باشند.. نتايج طيف سنجي فلورانس و پراش‌سنجي اشعه ايكس حاكي از خلوص بالاي نمونه‌هاي سنتزشده (بالاي 95%) و تشكيل فاز اتا پس از تكليس نمونه‌ها در دماي ˚C600 مي‌باشد. آناليزهاي حرارتي نيز رفتار مشابهي از نظر افت جرمي در هر 3 نمونه‌ي سنتزشده را نشان‌مي‌دهند؛ بطوري‌كه نمودار TGA آن‌ها به 2 محدوده‌ي اصلي تقسيم مي‌شوند و افت وزني نزديك به هم را نشان مي‌دهند.

1399/04/11

Alumina aerogel synthesis from secondary aluminum dross

5/7/2021 12:00:00 AM

Accumulation of hazardous industrial wastes not only has environmental issues, but also can cause depletion of valuable elements. Reusing wastes for fabricating advanced/new materials can be important from environmental and economical aspects for human and industrial communications. Because of unique structure, aerogels have potentional applications in different industrial fields such as aquastic and thermal insulating. However, their industrial applications are limited due to their processing costs and safety. Thie study aims to use secondary aluminum dross (SAD) as aluminum source for synthesizing monolithic alumina aerogel through a novel synthesis route at ambient pressure. The introduced synthesis process mediates the costs and improve the safety. The synthesis process includes extraction of aluminum from the SAD in the form of sodium aluminate, gelation by employing different gelating agents, solvent exchange step using acetonitrile as a proper organic solvent, drying at ambient pressure, and finally calcination at 600˚C. The above-mentioned solvent not only has appropriate properties for aerogel synthesis at ambient pressure, but also is inexpensive and safe. The synthesized alumina aerogels were characterized utilizing various analyses including X-ray diffractometry (XRD), X-ray fluorescence (XRF) spectroscopy, field emission scanning electron microscopy (FESEM), high-resolution transmission electron microdscopy (HRTEM), Nitrogen sorpotometry, thermogravimetry (TGA), differential thermal analysis (DTA), and differential scanning calorimetry (DSC) analysis. The characterization results reveald that the synthesized aerogels were as eta phase with a high purity of more than 95%. Also, the synthesized aerogels exhibited high specific surface area, and high total pore volume. All samples exhibited a similar thermal phase change confirmed by thermal analyses.