ساخت میکرورآکتورهای نانوساختار برای خالص‌سازی گاز هیدروژن توسط محققان دانشگاه کاشان

پژوهشگران دانشگاه کاشان در تحقیقات آزمایشگاهی خود به دانش ساخت میکرورآکتورهایی دست‌یافته‌اند که می‌توان به کمک آن هیدروژن ناخالص تولیدشده در مراکز صنعتی از جمله پالایشگاه و پتروشیمی‌ها را تصفیه کرد.

عضو هیات علمی گروه مهندسی شیمی دانشگاه کاشان گفت:  این میکرورآکتورها که از فناوری نانو بهره می‌برند را می‌توان جایگزین خوبی برای رآکتورهای حجیم کنونی دانست.

دکتر عبداله ایرانخواه ضمن اشاره به ضرورت خالص‌سازی گاز هیدروژن پیش از استفاده از آن به‌عنوان خوراک پیل سوختی، در خصوص اقدامات صورت گرفته در این طرح اظهار داشت: پیل سوختی وسیله‌ای است که انرژی شیمیایی را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.

وی با بیان اینکه هیدروژن مورد استفاده به‌عنوان خوراک در پیل‌های سوختی می‌بایست خالص‌سازی شود افزود: خالص‌سازی هیدروژن در سامانه‌ی فراورش سوخت در دو مرحله انجام می‌شود که معمولاً حدود 50 درصد حجم سامانه را اشغال می‌نماید.

عضو هیات علمی گروه مهندسی شیمی دانشگاه کاشان خاطر نشان کرد: بنابراین استفاده از یک فرایند جایگزین به‌منظور کاهش حجم سامانه حائز اهمیت خواهد بود.

 دکتر ایرانخواه با اشاره به اینکه در تحقیق حاضر، که در ادامه‌ی تحقیقات گذشته صورت گرفته است، فرایند خالص‌سازی دومرحله‌ای با یک فرایند تک‌مرحله‌ای جایگزین شده است افزود: در این راستا، یک میکرورآکتور نانوساختار طراحی شده که عضو اصلی فرایند تک‌مرحله‌ای خالص‌سازی هیدروژن خواهد بود.

به گفته‌ی این محقق با جایگزینی سامانه‌های رایج با سامانه‌ی میکرورآکتوری طراحی‌شده در این طرح، هم فضای اشغال شده و هم هزینه‌های مربوط به فرآیند کاهش چشمگیری خواهد داشت.

ایرانخواه افزود: در طرح حاضر یک کاتالیست با ترکیب شیمیایی Ni-K/CeO2  سنتز شده و بر روی یک صفحه از جنس فولاد زنگ نزن با استفاده از روش الکتروفورتیک پوشش داده شده است و در داخل میکروراکتور شیاردار در محدوده دمایی 300 تا 390 درجه‌ی سانتی‌گراد فعالیت بسیار خوبی از خود نشان داده است.

وی خاطر نشان کرد: مورفولوژی لایه‌ی کاتالیستی با استفاده از روش پراش اشعه‌ی ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری سه‌بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین عملکرد میکرورآکتور ساخته شده از حیث حذف گاز کربن مونواکسید از هیدروژن نیز مورد ارزیابی قرار گرفت.

عضو هیات علمی گروه مهندسی شیمی دانشگاه کاشان افزود: با توجه به این مطلب که هدف از این تحقیق دست‌یابی به بهترین پوشش کاتالیستی جهت به دست آوردن بالاترین میزان فعالیت واکنشی بوده است، در این تحقیق به بررسی تأثیر پارامترهای مهم فرایند الکتروفورتیکی یعنی زمان و ولتاژ اعمالی بر پوشش کاتالیستی پرداخته شده است و با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، در شرایط بهینه میزان تبدیل مونواکسید کربن 93 درصد بوده است.

خالص‌سازی هیدروژن در سامانه‌ی فراورش سوخت طی دو مرحله‌ی دمابالا (300 تا 500 درجه سانتی‌گراد) و دماپایین (200 تا 250 درجه سانتی‌گراد) انجام می‌شود که بیش از 50 درصد این سامانه را اشغال می‌نماید. نتایج به‌دست‌آمده در طرح حاضر موجب خواهد شد تا حجم عظیم رآکتوری دومرحله‌ای واکنش انتقال آب-گاز با یک مرحله با دمای متوسط جایگزین شود. در این فرایند تک‌مرحله‌ای از یک نانوکاتالیست جدید به‌جای کاتالیست های معمول فروکروم و مس/روی/آلومینیوم استفاده شده است. استفاده از این نانوکاتالیست موجب شده تا فرایند خالص‌سازی هیدروژن با سرعت و کیفیت بالاتری صورت بگیرد.

این تحقیقات حاصل تلاشهای دکتر عبداله ایرانخواه - عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان و مهسا بازدار دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد این دانشگاه است.

 نتایج این کار در مجله ی Energy & Fuels با ضریب تأثیر 3.91 (جلد 31، شماره‌ی 7، سال 2017، صفحات 7624 تا 7634) منتشر شده است.