الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۷۹
کد مقاله
IND79
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
پالایش آلودگی هوا توسط نانو ژنراتور برق مالشی / تریبوالکتریک بادی به صورت خود شارژ
نام انگلیسی
Self-powered cleaning of air pollution by wind driven triboelectric nanogenerator
تعداد صفحه به فارسی
۲۴
تعداد صفحه به انگلیسی
۹
کلمات کلیدی به فارسی
آلودگی هوا, نانوژنراتور تریبوالکتریک, خود- شارژ
کلمات کلیدی به انگلیسی
Air pollution, Triboelectric nano-generator,
Self-powered
مرجع به فارسی
نانو انرژی
انستیتو نانوانرژی و نانوسیستم پکن، آکادمی علوم چین
کالج مهندسی و علوم مواد، انستیتو تکنولوژی جورجیا، آتلانتا، ایالات متحده
الزویر
مرجع به انگلیسی
ano Energy; Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China;School of Chemistry and Environment, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing, China; cSchool of Material Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA,
United States; Elsevier
کشور
ایالات متحده – چین
پالایش آلودگی هوا توسط نانو ژنراتور برق مالشی / تریبوالکتریک بادی به صورت خود شارژ
چکیده
آلودگی هوا یکی از چالش های بزرگی است که بشر با آن روبروست، اما پاکسازی یا تهویه هوا به دلیل مقیاس بزرگ و هزینه انرژی کاری دشوار و بسیار پرهزینه است. تاکنون، تمام سیستم های تهویه هوای طراحی شده از منبع برق خارجی تغذیه نموده و در نتیجه آنها غالبا پرهزینه و حتی غیر عملی بشمار آمده اند. در اینجا ما اولین سیستم خود – شارژ تهویه هوا را معرفی می نماییم که بر روی دی اکسید سولفور (SO2) و برطرف کردن گرد و غبار به وسیله برق تولید شده توسط باد طبیعی، با استفاده از ژنراتورهای چرخان تریبوالکتریک (triboelectric) یا برق مالشی (R-TENG)، تاکید و تمرکز دارد. تکنولوژی ما، متفاوت از روش قدیمی رسوب الکترو استاتیکی با کاربرد ولتاژ چند هزار ولتی، از ولتاژ خروجی بالای R-TENG استفاده می کند که معمولا حدود چند صد ولت است. سیستم خود شارژ تهویه هوا نه تنها ذرات غبار معلق در هوا را جذب می نماید، بلکه SO2 را بدون تولید فرآورده های جانبی اکسید می کند. بنابراین چنین سیستمی می تواند به کاهش گرد و غبار و مه کمک نماید، که یکی از مهمترین ویژگیها در مبحث الکترو شیمی خود – شارژ بشمار می آید.
با افزایش تهدید آلودگی هوا و بحران انرژی، کشف راه کارهایی مقرون به صرفه، تجدید پذیر و سازگار با طبیعت برای تهویه یا پاکسازی و تمیزکردن هوا یکی از ضروری ترین چالشها محسوب می شود. این مسئله، عمدتا به دلیل ذرات معلق(PM)، دی اکسید سولفور و نیتروژن اکسید(NOx)، به ویژه در چین که با تجربه توسعه بسیار سریع روبروست سبب بروز مشکلات جدی برای مردم آن کشور شده است. در پکن بین سالهای ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۴، غلظت متوسط سالانه PM-10 هیچ گاه کمتر از ۱۰۰μg/cm3 نبوده است. مشکلات مختلف سلامتی، مربوط به حضور دراز مدت در هوای آلوده همانند بیماریهای تنفسی، افزایش مرگ و میر به دلیل بیماری قلبی-عروقی و تنفسی در افراد مسن تر به خاطر بیماریهای قلبی-عروقی و تنفسی، و افزایش سرطان ریه و مرگ و میر ناشی از بیماریهای قلبی-ریوی از جمله موارد اثبات شده هستند. از این رو، این ضروری است که یک راهکار مقرون به صرفه برای حل این مسئله پیدا کنیم تا کیفیت زندگی مردم را بهبود ببخشیم. چندین روش به طور گسترده نشان داده اند که قادر به از بین بردن گردوغبار و SO2 هستند. برای از بین بردن بیشتر، راهکارهایی مانند فیلتر کردن ساده، برآشامی یا جذب سطحی با پرتو الکترونی ضربه ای مواد جذب کننده جامد، واکنش با یون منفی و رسوب الکترواستاتیکی به طور وسیعی در صنایع و در مصارف خانگی مورد استفاده قرار می گیرد. اما یک عیب بزرگ این روش این است که به یک منبع انرژی خارجی و با یک ولتاژ بالا نیازمند است، که آن را بسیار گران قیمت و ناکارامد برای استفاده خارجی در ابعاد عظیم می نماید. به علاوه، برخی از روش ها برای شارژ الکتریکی ذرات روی اثر هاله (کرونا) تکیه می کنند که می تواند به عنوان فرآورده های جانبی ozone و NO2 تولید نماید. فیلتر کردن بسیار ساده موثر است اما می تواند به راحتی توسط ذرات ایروسول جامد کمتر از میکرونی مسدود و پر شود. برای از بین بردن SO2 هم روش های مختلفی مانند اکسایش الکتروکاتالیزوری فلز وجود دارد. اما اکسایش الکتروکاتالیزوری به انرژی و منبع خارجی نیاز دارد و اکسایش کاتالیزوری فلزی به فلزات نجیب وابستگی دارد که بسیار گران قیمت و محدود هستند.
در حال حاضر بسیاری از کاربردهای الکتروشیمیایی به واسطه نانوژنراتورهای triboelectric یا piezoelectric محقق شده اند مانند تفکیک آب دریا یا تبدیل متیل اورانژ به ترکیبی ساده تر. اما تهویه هوا به عنوان یک معضل بزرگ با استفاده از این روش خودشارژ کننده قابل حل نبوده است.
در اینجا، ما به طور ابتکاری یک سیستم بسیار ساده و کارآمد برای از بین بردن مواد سمی هوا به وسیله رسوب الکترواستاتیکی ذرات معلق غبار و اکسیده کردن SO2 ساخته ایم. به جای استفاده از یک منبع و انرژی برق خارجی، ما از برق تولید شده از باد طبیعی به وسیله R-TENG استفاده می نماییم. ولتاژ خروجی R-TENG نزدیک به ۳۰۰ ولت است، که آنقدری زیاد نیست که فرآورده های جانبی مانند اوزون و NOx تولید کند، در حالیکه در رسوب الکترواستاتیکی سنتی با استفاده از دیسشارژر با ولتاژ بالا این مواد تولید می شوند. به علاوه، به هیچ فلز نجیبی برای اکسیده کردن الکتروشیمیایی SO2نیاز نیست، چون جریان تولید شده به قدری است که اکسایش SO2 را الکتروکاتالیز کند. نهایتا”SO2 خود شارکننده و سیستم ازبین بری غبار معلق مقرون به صرفه، چند کاره و برای اعمال و استفاده کردن آسان است که آن را برای پاکسازی زیست محیطی و تصفیه سازی هوای خانگی عملی و کارآمد می سازد. همچنین جای ذکر دارد که روش اکسیده کردن SO2 ممکن است تاثیر خوبی روی تولید اسید سولفوریک داشته باشد، که این اصل می تواند در بسیاری از کاربردهای دیگر اکسایش یا کاهش الکتروشیمیایی، به کار برده شود.
R-TENG چند لایه عمدتا از یک چرخنده و یک استاتور(قسمت ثابت ژنراتور)تشکیل شده است، همانطور که در نمودار شکل ۱a و شکل مکمل S1 نشان داده شده است. اجزای کلیدی استاتور و چرخنده الکترودهای بالایی و پایینی هستند که توسط تکنولوزی PCB ساخته شده اند. هر دو الکترود، شاخه های قسمت های منظم پرتووار هستند که از مس ساخته شدند، با شعاع ۷۰ میلی متر و یک زاویه مرکزی ۱ درجه . تفاوت این است که الکترود بالایی ۱۸۰ واحد بخش است که توسط یک فاصله یک درجه جدا شده اند:در حالیکه الکترود پایینی از دو شبکه الکترود طرح دار مکمل است که توسط شیارهایی در وسطشان جدا شده اندوهرشبکه الکترود الگودار به ترتیب در یک انتها متصل شده است. چرخنده با نیروی محرک تولید شده از وزش باد می چرخد در حالیکه استاتور روی یک قلاب ثابت شده است. برای ساخت چرخنده، همانطور که در شکل ۱b نشان داده شده است، بالا-شیار دار، تنها لازم بود که روی لایه(که ساخته شده از PMMA است)، ثابت نگه داشته شود. در مورد استاتور، پایین-شیاردار ابتداعا” روی لایه پایینی ثابت نگه داشته شد و سپس به یک نوار Kaptan (با ضخامت ۳۰ میکرمتر)چسبانده می شود. (شکل ۱c).
برای راه اندازی دو سیستم با استفاده از الکتریسیته حاصل از انرژی باد، R-TENG به یک ساختار بادسنج فنجانی که توسط دمنده باد با سرعت ۱۵٫ ۱m/s راه می افتد، متصل می گردد. اکسایس so2 و برآشامی ذرات غبار معلق همگی در یک محفظه مکعبی شفاف بسته ۱۲۵ لیتری با یک ورودی هوا، یک خروجی هوا و دو سیم سوزنی شکل مسی در طول دیواره در دمای محیطی، انجام شد. توسط سیم های R-TENG خارج از محفظه به دو شبکه یا تور موازی در داخل محفظه متصل شده بودند. برای آزمایش اکسایش so2 ، محفظه از قبل با so2 پر شده بود. سپس تورهای مسی از طریق یک چاهک محلول اشباع شده NaHso3 به یکدیگر متصل شدند(شکل۳a). در فواصل زمانی مشخص، so2 داخل محفظه توسط کیسه های نمونه خلا”بیرون کشیده شد و بوسیله کروماتوگرافی یا رنگ نگاری گاز(GC)آزمایش شد تا تغییر غلظت، که بعدا”برای ارزیابی کارآیی سیستم تهویه هوا مقایسه گردید(برای هردو حالت با و بدون سیستم تهویه هوا)، مشخص گردد. برای بررسی اینکه so2 در محفظه با R-TENG ، به سولفوریک اسید اکسایش می یابد، توری مس آندی توسط اسکن میکروسکوپ الکترونی(SEM)، استریومیکروسکوپ و طیف سنج پراش انرژی(EDS)مشخص می شود. برای آزمایش از بین بردن غبار، محفظه از درون دهانه توسط ژنراتور آیروسول جامد سری SAG HO با آیرسول غبار پر گردید. وزن غبار جذب شده توسط توری ها با و بدون R-TENG به صورت آنی اندازه گیری شد تا بازده برآشامی(جذب سطحی)مشخص شود.
قاعده کلی حذفSO2 و غبار به صورت خود شارژ
بنابر اصل مربوط به واکنش الکتروشیمیایی، مکانیزم اکسایش SO2 می تواند به صورت ذیل توضیح داده شود:
اکسایش خود شارژ SO2
یک ترسیم شماتیک از سیستم اکسایش خودشارژکننده SO2 در شکل ۳a نشان داده شده است.
R-TENG انرژی باد را به کمک بادسنج های فنجانی جذب کرد، که باعث تولید برق AC می شود.
به منظور اکسیده کردن پیوسته SO2 برق AC تولید شده از طریق یک پنل یکسوبه DC تبدیل می شود. محلول NaHso3 اشباع شده به دو توری مسی در وسط متصل است تا جریان را به گردش درآورد و دخالت SO2 حل شونده را ازبین ببرد به این دلیل که محلول اشباع شده NaHso3 رسانایی الکتریکی مشخصی دارد و SO2 در محلول NaHso3 تقریبا انحلال ناپذیراست. NaCl تا جایی به محلول NaHso3 اضافه گردید که حل شدن به صفر رسید تا رسانایی الکتریکی بهبود یابد. به واسطه تبخیر محلول، لایه یا نوار آبی روی توری های مسی چسبانده می شود تا در تجزیه SO2 به عناصر ساده تر شرکت داشته باشد، همانطور که در مکانیزم تجزیه SO2 نشان داده شده است. تصویر سیستم در شکل ضمیمه S3 نشان داده شده است.
شکل ۵a ترسیم شماتیک سیستم خودشارژه جذب سطحی ذرات غبار معلق، میانشان الکتریسیته توزیع می شود و اجزای الکترود مشابه همان اجزای یافت شده در شکل ۳a که برای حذف SO2 هستند، می باشند. شکل بهینه سیستم در تصویر ضمیمه S6 نمایش داده شده است. شکل های ۵b و S7 نشان می دهند که ولتاژ R-TENG متصل به توریهای مسی یا بدون توری های مسی، زمانی که سرعت باد زیاد می شود، یک مقدار اشباع شده۳۰۰V باقی می ماند. این نتیجه می تواند به وسیله دومورد زیر توجیه شوند:اولا”، اگرچه سرعت باد افزایش می بابد، اما سطح تماس الکتریسیته تغییر نمی کند، پس خروجی ولتاژ ۳۰۰V باقی می ماند. دوما”، برای جذب سطحی غبار در میدان الکترواستاتیک، مدار باز است، ولتاژ بین دو توری مسی مساوی ولتاژ خروجی R-TENG است، بنابراین باعث می شود که ولتاژهای اندازه گیری شده در شکل ۵b و S7 تقریبا برابر شوند.
جذب سطحی با قابلیت خود شارژ
شکل ۵a ترسیم شماتیک سیستم خودشارژه جذب سطحی ذرات غبار معلق، میانشان الکتریسیته توزیع می شود و اجزای الکترود مشابه همان اجزای یافت شده در شکل ۳a که برای حذف SO2 هستند، می باشند. شکل بهینه سیستم در تصویر ضمیمه S6 نمایش داده شده است. شکل های ۵b و S7 نشان می دهند که ولتاژ R-TENG متصل به توریهای مسی یا بدون توری های مسی، زمانی که سرعت باد زیاد می شود، یک مقدار اشباع شده۳۰۰V باقی می ماند. این نتیجه می تواند به وسیله دومورد زیر توجیه شوند:اولا”، اگرچه سرعت باد افزایش می بابد، اما سطح تماس الکتریسیته تغییر نمی کند، پس خروجی ولتاژ ۳۰۰V باقی می ماند. دوما”، برای جذب سطحی غبار در میدان الکترواستاتیک، مدار باز است، ولتاژ بین دو توری مسی مساوی ولتاژ خروجی R-TENG است، بنابراین باعث می شود که ولتاژهای اندازه گیری شده در شکل ۵b و S7 تقریبا برابر شوند.
به طور خلاصه ، ما یک سیستم خود شارژی نو و جدید پالایش هوا را در اینجا معرفی کردیم که به طرز موثری قابلیت از میان بردن SO2 و ذرات معلق غبار موجود در هوا را دارد. با استفاده از الکترودهای شکاف دار به عنوان بهبود دهنده عملکرد الکتریکی، R-TENG که ساختش را بیان نمودیم می تواند یک ولتاژ بالای ۳۲۰ ولتی و چگالی توان بالای ۳٫ ۴ میلی آمپری را به دست آورد. از طریق R-TENG ساخته شده، انرژی بادی بهره برداری می شود و سپس بلافاصله برای اکسیده کردن SO2 و جذب غبار معلق در هوا استفاده می شود. قاعده کلی کارکرد سیستم پالایش هوا به واسطه ترکیب شکل های شماتیک و آزمایش ها توضیح داده شد. نه تنها سیستم تهویه هوا از انرژی بادی استفاده کامل می برد، بلکه همچنین برتری خود را در سادگی، مقرون به صرفه بودن و کارایی نشان می دهد. از اینرو، این سیستم خود تغذیه کننده(تغذیه کننده از منبع داخلی)برطرف کننده غبار و SO2 پتانسیل بالایی را برای تهویه هوا و جلوگیری از آلاینده های آن داراست. از آنجا که اکثر مولکول های آلوده کننده از طریق روش الکتروشیمیایی می توانند اکسایش یابند یا کاهیده شوند، و بیشتر یون های آلوده کننده می توانند از طریق برهم کنش الکترواستاتیکی جذب شوند، ما می توانیم انتظار این را داشته باشیم که این کارها باعث توسعه بیشتر R-TENG نسبت به مهار کننده های دیگر آلاینده ها مانند تصفیه فاضلاب و از بین بردن فرمالدهید، در آینده ای نزدیک شود. این یک مسیر تازه در الکتروشیمی خود شارژکننده است.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
