طرح ها

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با سطح کریستالی فعال برای کاربردهای صنعتی و تجاری


نانوذرات دی اکسید تیتانیوم کاربردهای متنوعی در اپتوالکترونیک، فتوولتائیک، سنسورها، پیل‌های سوختی، باتریها، تصفیه آب و هوا از ذرات آلاینده و کرمهای ضد آفتاب دارند. کاربردهای ذکر شده ناشی از خواص ویژه فیزیکوشیمیایی ذرات است که مرتبط با اندازه، مورفولوژی، نوع فاز و خواص بلوری نانوذرات میباشد

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم کاربردهای متنوعی در اپتوالکترونیک، فتوولتائیک، سنسورها، پیل‌های سوختی، باتریها، تصفیه آب و هوا از ذرات آلاینده و کرمهای ضد آفتاب دارند. کاربردهای ذکر شده ناشی از خواص ویژه فیزیکوشیمیایی ذرات است که مرتبط با اندازه، مورفولوژی، نوع فاز و خواص بلوری نانوذرات میباشد. برای تهیه این نانوذرات با جهتگیری کریستالی فعال از فرآیندهای پیچیده و گران قیمتی از جمله مایعات یونی liquid، Template، ترسیب شیمیایی بخارات CVD و یا از مواد با سمیت بالا از جمله HF/ HCl/ HNO3 /NaOH استفاده میشود. همچنین از فرآیندهای حرارتی در دماهای بالا و مدت زمان زیاد استفاده میگردد و اندازه نانوذرات تهیه شده بین ۵۰ تا ۵۰۰ نانومتر باعث ایجاد محدودیت در برخی کاربردها که نیازمند سطح ویژه بالا هستند میگردد. به علاوه توزیع غیریکنواخت اندازه ذرات نهایی از مشکلات دیگر آنها می‌باشد. بطور کلی در فرآیند‌های ذکر شده مساله مدیریت زمان، انرژی و به ویژه زیست سازگاری وجود دارد.

 

با توجه به موارد فوق تهیه نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با جهت گیری کریستالی فعال از طریق مواد شیمیایی غیر سمی کم خطرتر از مباحث ویژه در محافل علمی و صنعتی می‌باشد.

در این طرح نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO2) با روش زیست سازگار و مقرون به صرفه تهیه شده است. خواص فتوکاتالیست و الکتروفتوکاتالیست ذرات تهیه شده (که میتواند در زمینه‌های مختلف از جمله تخریب آلاینده‌های آلی صنعتی و تهیه هیدروژن برای مصارف انرژی کاربرد داشته باشد) با نانومواد تجاری موجود (تهیه شده در کشور آلمان) مقایسه شده است. در این فرآیند مسائل زیست سازگاری، زمان، مواد شیمیایی و هزینه‌های جانبی (حذف مراحل حد واسط) که از پارامتر‌های مهم برای صنعتی شدن می‌باشند بهینه گردیده است.

ساختار کریستالی نانوذرات بوسیله XRD بررسی شد. نمودار XRD تأیید می‌نماید که ذرات تهیه شده دارای فاز اناتاز (Anatase) بوده و ناخالصی دیگری در محصول نهایی مشاهده نمیگردد. تکنیک TEM برای بررسی جزئیات ساختاری و مورفولوژی بکار گرفته شده است. طبق داده‌های موجود نانوذرات مورفولوژی یکنواخت داشته و اندازه ذرات بصورت توزیع یکنواخت می‌باشد.

 

  

نتایج XRD  و TEM نانوذرات سنتز شده

 

کارایی ذرات در زمینه حذف آلاینده‌ها از آب و هوا و پساب‌ها از طریق فعالیت فوتوکاتالیستی نانوذرات تهیه شده از طریق تخریب رنگدانه آلی در حضور منبع UV بررسی شد و با نانوذرات صنعتی P25 (تهیه شده در کشور آلمان) از طریق اندازه گیری مقدار رنگدانه آلی باقیمانده پس از واکنش در حضور منبع UV و کاتالیست مورد نظر مقایسه گردید. بررسی نتایج بیانگر این است که فعالیت فوتوکاتالیستی نمونه سنتز شده ۶ برابر بیشتر از نمونه صنعتی موجود در بازار است.

 

فرآیند تخریب آلاینده‌ها در حضور نانوذرات

 

کارایی ذرات در زمینه انرژی (از جمله تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن) از طریق ولتامتری چرخهای محلول آبی در حضور نانوذرات تهیه شده در حضور منبع UV در محیط قلیایی بررسی شد و با نانوذرات صنعتی P25 مقایسه گردید. فرآیند اکسید و احیا آب (تولید اکسیژن یا هیدروژن) در ذرات با جهت گیری کریستالی فعال نسبت به P25 کارایی حدود ۱۵ تا ۲۰ برابر دارد. این مطلب موید خاصیت افزایش یافته الکتروفتوکاتالیست می‌باشد.

فرآیند تولید هیدروژن و اکسیژن در حضور نانوذرات

 

 

  • روش تولید مقرون به صرفه
  • استفاده از مواد زیست سازگار در مراحل تولید
  • خواص فتوکاتالیستی بهینه خود تمیز شوندگی و تصفیه آب
  • خواص الکتروفتوکاتالیستی پیشرفته: انرژی سبز، تولید هیدروژن
  • تاثیر مثبت بر پیشرفت و توسعه‌ی بازار رقابت داخلی )استفاده از دانش فنی و تخصصی برای تولید محصول با کیفیت بالاتر قابل مقایسه با نمونه‌های مشابه خارجی)
  • قابلیت تجاریسازی گسترده و صادرات به کشورهای همسایه

در مورد میزان حجم بازار داخلی اطلاعات دقیقی در دسترس نیست اما در مورد بازار جهانی در سال ۲۰۱۵ حجم بازار ۱۷.۷ بیلیون دلار گزارش شده است.

 

کاربرد نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در صنایع مختلف (۲۰۱۵)

در حال حاضر توليدکننده نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در کشور وجود ندارد و این ماده وارداتی است. با توجه به این موضوع، مشتريان از توليد داخلي اين نانوذرات در صورت داشتن معيارهاي کيفي مورد نظر آنها و همچنين قيمت مناسب استقبال خواهند نمود. بنابراين در صورتي که محصول مورد نظر بتواند به لحاظ قيمت و کيفيت با محصولات موجود در بازار که عمدتا آلمانی‌ و چيني هستند، رقابت کند مي‌تواند سهم خوبي از بازار را تصاحب نمايد.

لازم به ذکر است که تا سال ۲۰۱۴، ۱۸۰ محصول متفاوت از ۳۲ شرکت مختلف در زمینه نانوذرات دی اکسید تیتانیوم گزارش شده است که کشور‌های چین و آمریکا در صدر جدول قرار دارند. لازم به ذکر است که P25 یکی از برند‌های مشهور و پر کاربرد این نانوذرات است که ساخت شرکت Evonik آلمان می‌باشد.

 

مشارکت کشور‌های مختلف در تولید نانوذرات دی اکسید تیتانیوم

برگشت