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.
دانشگاه تربیت مدرس: تولید غشای سرامیکی به کمک فناوری نانو
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 گفته‌ی 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 ساده‌ی 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 اندازه‌ی ۱/۹ نانومتری بوده و تا حدود دمای ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد نیز پایداری حرارتی بسیار مناسبی دارند. ضخامت نهایی غشای سه لایه، ۶۸۰ 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 ویژه‌ی بالا، قابلیت کنترل اندازه‌ی تخلخل و ریزساختار از مزیت‌های این روش محسوب می‌شوند. در این طرح نیز غشای میکرومتخلخل سه لایه‌ای سیلیکا-ایتریا بر روی زیرلایه‌ی آلفا-آلومینا و لایه‌ی 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 ۶۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد و لایه‌ی غشایی در ۵۰۰ 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 مجله‌ی Ceramics International (جلد ۴۰، شماره ۷، سال ۲۰۱۴، صفحات ۹۴۰۳ تا ۹۴۱۱) به چاپ رسیده است.
به گفته‌ی 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 ساده‌ی 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 اندازه‌ی ۱/۹ نانومتری بوده و تا حدود دمای ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد نیز پایداری حرارتی بسیار مناسبی دارند. ضخامت نهایی غشای سه لایه، ۶۸۰ 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 ویژه‌ی بالا، قابلیت کنترل اندازه‌ی تخلخل و ریزساختار از مزیت‌های این روش محسوب می‌شوند. در این طرح نیز غشای میکرومتخلخل سه لایه‌ای سیلیکا-ایتریا بر روی زیرلایه‌ی آلفا-آلومینا و لایه‌ی 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 ۶۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد و لایه‌ی غشایی در ۵۰۰ 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 مجله‌ی Ceramics International (جلد ۴۰، شماره ۷، سال ۲۰۱۴، صفحات ۹۴۰۳ تا ۹۴۱۱) به چاپ رسیده است.
