30659

بررسي عوامل موثر بر سنتز هواژل نيتريد بور به روش نيتريداسيون به منظور كاربرد در ذخيره سازي هيدروژن

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1399

1402/07/12

دكتر حسين سرپولكي- دكتر هاجر قنبري

مهندسي مواد و متالورژي

هيدروژن، پاك ترين حامل انرژي، بادوام و تجديدپذير است كه تأثير نامطلوب سوخت هاي فسيلي بر محيط زيست را ندارد. باوجود برتري هاي چشم گير هيدروژن، در بهره برداري از آن، هم چنان مشكلات بسياري وجوددارد كه مهم ترين آن ها، هزينه هاي گزاف توليد و چالش هاي ذخيره سازي آن است. يكي از بهترين روش هاي ذخيره سازي هيدروژن، جذب سطحي آن در نانوساختارهاي نيتريدبور هگزاگونال (h-BN) است. در پژوهش حاضر، با به كارگيري دو رويكرد متفاوت استفاده/ عدم استفاده از انرژي امواج فراصوت به كمك پراب التراسونيك، عوامل موثر بر ساخت قطعه يكپارچه (مونوليتيك) هواژل نيتريد بور (BN Aerogel)، از روش سُل- ژل و خشك كردن انجمادي بررسي گرديد. سپس، نمونه هاي تهيه شده، در چهار حالت مختلف عمليات حرارتي (اتمسفرهاي خنثي گاز آرگون و نيتريدي گاز نيتروژن و در دو دماي بيشينه C°1300 و °C1400) كلسينه شدند. در ادامه، نمونه هاي منتخب، با روش هاي متعدد، مشخصه يابي شدند. دراين راستا، بررسي فازي به كمك آناليز پراش پرتو ايكس (XRD)، بررسي پيوند هاي شيميايي به كمك آناليزهاي طيف سنجي تبديل فوريه فروسرخ (FT-IR) و رامان (Raman)، بررسي ريزساختاري به كمك آناليز ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و بررسي رفتار جذب و واجذب گاز (خواص كاربردي) نيز، به كمك آناليز برونوئِر اِمِت تِلِر (BET)، صورت پذيرفت. در پايان، درميان تمامي نمونه هاي تهيه شده، هواژل P0A14 كه سل داغ و شفاف اوليه آن، انرژي امواج فراصوت دريافت نكرده و در اتمسفر خنثي گاز آرگون (Ar) با دماي بيشينه °C1400 به مدت زمان h3 كلسينه شد، داراي بيش ترين مقدار فاز نيتريد بور هگزاگونال (h-BN) سنتزشده در نانوساختار همگن، سه بعدي (3D)، متخلخل و يكپارچه (مونوليتيك) خود و شامل مستحكم ترين پيوندهاي كششي و خمشي بور- نيتروژن (B-N) بوده و با تشكيل نانوروبان هاي تفكيك شده، خميده، پيچ خورده، درهم تنيده، با ابعاد يكنواخت و رشدكرده درراستاي طول، در نهايت، با سطح ويژه m2/g 158، حجم كل تخلخل cm3/g 0/71و حفراتي صفحه اي شكل با قطر ميانگين حدود nm18 و نيز، كم ترين اختلاف ميان منحني هاي جذب و واجذب گاز نيتروژن، به عنوان نمونه برتر نهايي، تعيين شد.

1402/09/27

Investigation of factors affecting the synthesis of boron nitride aerogel by nitridation method for hydrogen storage

10/3/2024 12:00:00 AM

Hydrogen is the cleanest, durable and acceptable energy carrier that does not have the adverse effects of fossil fuels on the environment. Despite the significant advantages of hydrogen, there are still many disadvantages in its use, the most important of which are the high production costs and storage challenges. One of the best methods of hydrogen storage is its surface adsorption in hexagonal boron nitride (h-BN) nanostructures. In this research, by using two different approaches of using/not using ultrasound energy with the help of an ultrasonic probe, the effective factors on the construction of monolithic boron nitride aerogel (BN Aerogel) by sol-gel and freeze-drying method was investigated. Then, the prepared samples were calcined in four different heat treatment modes (neutral atmospheres of argon gas and nitrogen gas and at two maximum temperatures of 1300°C and 1400°C). In the following, the selected samples were characterized by various methods. In this regard, phase investigation using X-ray diffraction (XRD) analysis, chemical bonds investigation using Fourier transform infrared (FT-IR) and Raman spectroscopic analyses, microstructural investigation using Scanning Electron Microscope (SEM) analysis and investigation of gas absorption and desorption behavior (applicable properties) were also done with the help of Brunoer-Emmett Teller (BET) analysis. In the end, among all the prepared samples, P0A14 aerogel, whose initial hot and transparent sol did not receive ultrasound energy and was calcined in a neutral atmosphere of argon gas (Ar) with a maximum temperature of 1400°C for a duration of 3h, It has the highest amount of hexagonal boron nitride (h-BN) phase synthesized in its homogeneous, three-dimensional (3D), porous and integrated (monolithic) nanostructure and includes the strongest stretching and bending bonds of boron-nitrogen (B-N), With the formation of separated, bent, twisted, intertwined nanoribbons, with uniform dimensions and grown along the length, finally, with a specific surface area of 158 m2g-1, total porosity volume of 0.71cm3g-1 and plane holes, A shape with an average diameter of about 18nm and also, the smallest difference between the absorption and desorption curves of nitrogen gas, was determined as the best final sample.

ذخيره سازي هيدروژن , هواژل نيتريد بور , سل ژل , خشك كردن انجمادي , التراسونيك

Hydrogen storage , Boron Nitride Aerogel , SolGel , Freeze Drying , Ultrasonic

pezhman haddadi

hossein sarpoolaky- hajar ghanbari