کد خبر: 170890
ف
تبدیل فیلترهای سیگار به ابرخازن‌های پرسرعت و پاک
گروهی از پژوهشگران با یافتن راه‌حلی خلاقانه، فیلترهای سیگار به عنوان یکی از آلوده‌ترین زباله‌های کره زمین را به ماده‌ای ارزشمند برای فناوری‌های انرژی پاک تبدیل کرده‌اند.

به گزارش ثریا -  از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، آن‌ها با پردازش شیمیایی فیلترهای دورریخته شده سیگار، موفق به ساخت کربن‌های نانومتخلخلی شده‌اند که می‌توانند به عنوان الکترود در ابرخازن‌ها (ذخیره‌سازهای فوق‌سریع انرژی) مورد استفاده قرار گیرند.

این دستاورد علاوه بر کمک به حل یک معضل بزرگ زیست‌محیطی، راهی برای تولید مواد پیشرفته و کم‌هزینه برای صنعت انرژی است.

فیلترهای سیگار در زمره پرتعدادترین اقلام دورریختنی در جهان هستند که سالانه میلیون‌ها تن از آن‌ها انباشته شده و مواد شیمیایی سمی خود را به خاک و آب‌های روان نشت می‌دهند.

یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که این شکل پایدار از زباله می‌تواند به منبعی ارزشمند برای فناوری انرژی پاک نیز تبدیل شود. پژوهشگران با تبدیل فیلترهای سیگار به مواد کربنی پیشرفته، راهی برای دگرگون ساختن پسماندهای خطرناک به اجزای پُربازده برای ابرخازن‌ها (Supercapacitors) نشان داده‌اند.

ابرخازن‌ها دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی هستند که برای سرعت و دوام طراحی شده‌اند. برخلاف باتری‌های لیتیوم‌یونی که به واکنش‌های شیمیایی متکی هستند، ابرخازن‌ها انرژی را از طریق انباشت بار الکتریکی روی سطح الکترودها ذخیره می‌کنند. این ویژگی به آن‌ها اجازه می‌دهد با سرعت بسیار بالا شارژ و دِشارژ شوند، توان بالا تحویل دهند و در طول ده‌ها هزار چرخه، به‌طور قابل اطمینانی کار کنند.

محدودیت اصلی آن‌ها در خود الکترودها نهفته است. عملکرد ابرخازن به شدت به سطح موثر، ساختار حفره‌ای و رسانایی الکتریکی بستگی دارد؛ عواملی که همگی چگونگی حرکت کارآمد بارها و یون‌ها را تعیین می‌کنند.

مواد کربنی ساخته‌شده از زیست‌توده (بیومس) به عنوان جایگزینی پایدار برای مواد الکترود متعارف، توجهات را به خود جلب کرده‌اند. فیلترهای سیگار به‌ویژه گزینه‌ای بسیار امیدبخش هستند، زیرا عمدتاً از سلولز و استات سلولز تشکیل شده‌اند؛ پلیمرهایی که در صورت پردازش دقیق می‌توانند به کربن نانومتخلخل تبدیل شوند. تاکنون، این پتانسیل عمدتاً دست‌نخورده باقی مانده بود.

مطالعه‌ای که توسط تیمی از دانشگاه هِنان (Henan University) در نشریه انرژی و پیوند محیطی (Energy & Environment Nexus) با عنوان «کربن زیستی نانومتخلخل سلسله‌مراتبی دوپه‌شده با نیتروژن و اکسیژن مشتق‌شده از فیلترهای ضایعاتی سیگار برای کاربرد ذخیره‌سازی انرژی با عملکرد بالا» منتشر شده، به هر دو بار زیست‌محیطی پسماند سیگار و تقاضا برای مواد ذخیره‌سازی انرژی کم‌هزینه و پُربازده می‌پردازد.

این پژوهشگران روشی مقیاس‌پذیر برای تبدیل فیلترهای دورریختنی سیگار به الکترودهای کربنی گزارش کرده‌اند که در ابرخازن‌ها عملکردی استثنایی از خود نشان می‌دهند.

از پسماند تا ماده پیشرفته: یک فرآیند دو مرحله‌ای

این تیم از یک فرآیند دو مرحله‌ای ترکیبی شامل کربنیزاسیون هیدروترمال (Hydrothermal Carbonization) و فعال‌سازی شیمیایی استفاده کردند. نخست، آن‌ها فیلترهای سیگار را تحت شرایط آب با فشار و دمای بالا قرار دادند تا یک پیش‌ماده کربنی حاوی نیتروژن تولید کنند.

سپس این ماده را با پتاسیم هیدروکسید در دما و نسبت‌های کنترل‌شده فعال کردند تا ساختار داخلی آن را شکل دهند. این رویکرد به آن‌ها اجازه داد تا اندازه حفره‌ها، شیمی سطح و خواص الکتریکی را به دقت تنظیم کنند.

مطالعات میکروسکوپی نشان داد که ماده در طول پردازش چگونه تغییر کرد. کره‌های کربنی در آغاز متراکم و صاف، به تدریج به شبکه‌های سه‌بعدی نانومتخلخل تبدیل شدند. با افزایش مقدار عامل فعال‌ساز، ساختار بازتر و به هم پیوسته‌تر شد و کانال‌هایی شبیه به لانه زنبور تشکیل داد که به یون‌ها و الکترون‌ها اجازه می‌دهد به سرعت درون الکترود حرکت کنند.

اندازه‌گیری‌های جذب گاز تأیید کرد که کربن‌های فعال‌شده، ترکیبی از حفره‌های میکروسکوپی و مزوسکوپی را توسعه داده‌اند؛ معماری که برای ذخیره‌سازی انرژی بسیار مناسب است.

یک نمونه که در دمای ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد و با نسبت فعال‌سازی بالاتر تولید شده بود، عملکرد درخشانی داشت. این نمونه به سطح موثر بسیار بالای ۲۱۳۳.۵ متر مربع بر گرم دست یافت و طیف متعادلی از اندازه حفره در محدوده ۱ تا ۳ نانومتر نشان داد.

تحلیل‌های ساختاری حاکی از آن بود که این دمای میانه برای فعال‌سازی، به اندازه کافی نظیم گرافیتی را حفظ کرده تا از رسانایی الکتریکی خوب پشتیبانی کند و در عین حال از عیوب بیش‌ازحد مشاهده‌شده در دماهای بالاتر اجتناب نماید.

افزایش کارایی با اتم‌های نیتروژن و اکسیژن

تحلیل‌های شیمیایی نشان داد که اتم‌های نیتروژن و اکسیژن به طور یکنواخت در شبکه کربنی جایگزین شده‌اند. این گروه‌های عاملی، رسانایی را بهبود بخشیده و از طریق واکنش‌های سطحی، ذخیره بار اضافی ایجاد می‌کنند که در نهایت به افزایش ظرفیت خازنی کلی می‌انجامد.

آزمون‌های الکتروشیمیایی، عملکرد قدرتمند این ماده را تأیید کردند. در یک آرایه استاندارد سه‌الکترودی، بهترین نمونه به ظرفیت خازنی ویژه ۳۴۴.۹۱ فاراد بر گرم در چگالی جریان ۱ آمپر بر گرم دست یافت. این ماده در نرخ‌های سریع‌تر شارژ و دشارژ نیز عملکرد بالای خود را حفظ کرد و پس از ۱۰٬۰۰۰ چرخه، ۹۵.۴۴ درصد از ظرفیت خازنی خود را حفظ کرد که نشان‌دهنده پایداری بلندمدت عالی است.

هنگامی که این ماده در یک ابرخازن متقارن کامل وارد شد، دستگاه به چگالی انرژی ۲۴.۳۳ وات‌ساعت بر کیلوگرم و چگالی توان ۳۷۳.۷۱ وات بر کیلوگرم دست یافت که از عملکرد بسیاری از مواد کربنی مشتق‌شده از زیست‌توده و برخی کربن‌های فعال تجاری پیشی می‌گیرد.

در مجموع، نتایج نشان می‌دهد که کنترل دقیق شرایط پردازش، به طور مستقیم بر ساختار حفره‌ای، شیمی سطح و نظم کربنی تأثیر می‌گذارد و این عوامل در کنار هم، عملکرد الکتروشیمیایی نیرومندی را به ارمغان می‌آورند.

این مطالعه، مسیری عملی برای تبدیل فیلترهای سیگار از یک خطر زیست‌محیطی به یک منبع صنعتی سودمند را برجسته می‌سازد. ابرخازن‌های ساخته‌شده از این ماده می‌توانند از کاربردهای نیازمند شارژ سریع و عمر طولانی، مانند تثبیت شبکه برق، ترمزهای احیایی (Regenerative Braking) و الکترونیک‌های قابل حمل پشتیبانی کنند.

به طور گسترده‌تر، این کار به یک راهبرد تبدیل پسماند به منبع اشاره دارد که همزمان با کاهش آلودگی، به توسعه فناوری‌های انرژی پایدارتر کمک می‌کند. این رویکرد، نمونه بارزی از اقتصاد چرخه‌ای است که در آن، پایان یک چرخه مصرف، آغازی برای چرخه‌ای نو در تولید انرژی پاک می‌شود.

منبع : فیلتر سیگار


مرتبط ها
ارسال نظر
chapta
حداکثر تعداد کاراکتر نظر 200 ميياشد .
نظراتی که حاوی توهین یا افترا به اشخاص ،قومیت ها ،عقاید دیگران باشد و یا با قوانین کشور وآموزه های دینی مغایرت داشته باشد منتشر نخواهد شد - لطفاً نظرات خود را با حروف فارسی تایپ کنید.

حجت‌الاسلام قمی: جنگ واقعی بر سر «تحریف واقعیت» در ذهن مردم است

نیاز انقلاب به شخصیت‌هایی چون آیت الله مهدوی‌کنی بیشتر احساس می‌شود

نتایج انتخاب رشته آزمون کارشناسی رشته‌های علوم پزشکی آزاد اعلام شد

نتایج نهایی پذیرش در آزمون کاردانی به کارشناسی‌ سال ۱۴۰۵ اعلام شد

کارت آزمون کارشناسی ارشد علوم پزشکی منتشر شد

ثبت ۱ میلیارد تراکنش در جنگ ۴۰ روزه

واکنش به آسیب کابل‌های اینترنت در تنگه هرمز

تبدیل جیوه به طلا محقق شد

برای نخستین بار: ترمیم دی‌ان‌ای در بدن امید تازه برای درمان یک بیماری ژنتیکی نادر

آغاز ثبت‌نام آزمون دکتری از ۳ آبان: برگزاری آزمون در بهمن ماه

تمدید مهلت ثبت‌نام در سومین جشنواره ملی نشان نیکوکاری

برگزاری یادنامه شهید علی لاریجانی به همراه رونمایی کتابی از او

پناهیان: توجه به ادبیات روایی در مسیر تحول فرهنگی ضروری است

بازیگر «هک‌ها» از فلسطین دفاع کرد؛ پرداخت مالیات برای تامین نسل‌کشی

سینمای کوتاه در محاصره کلیشه‌هاست؛ از فقر ایده تا چالش میزبانی!

طرح یک سریال عاشقانه برای شبکه نمایش خانگی؛ تکرار «پوست شیر» طبیعی است

کمال تبریزی: فیلمسازان جوان از تقلید فاصله بگیرند

جزئیات کنسرت تازه مجید انتظامی اعلام شد؛ شنیدن ملودی‌های خاطره‌انگیز

وقتی «قطع رابطه» سفارشی می‌شود؛ چرا تولید اثر هنری با ریسک همراه است؟

مرثیه‌ای که هنوز با صدای دلتنگی حضرت زینب(س) شنیده می‌شود

انقلابی‌تر بودن با فحش رکیک‌تر ثابت نمی‌شود؛ هنر ماندگار حضرت زهرا(س)

روایت «حماسه فاطمی» و دفاع حضرت زهرا(س) از امامت

اسامی معرفی شدگان چندبرابر ظرفیت آزمون دانشجومعلم سال ۱۴۰۵ اعلام شد

سخنگوی وزارت آموزش و پرورش: وجود ۴۰۰ مدرسه در کشور با یک دانش‌آموز

چرا خانواده‌های پرجمعیت بابت انتخابشان تحقیر می‌شوند؟

خطرناک‌ترین شکل انحراف دینی از دیدگاه حضرت علی(ع)

رویا نونهالی با یک سریال جدید به تلویزیون برمی‌گردد

شاهرخ فروتنیان مهمان یازدهمین قسمت برنامه «هم‌کلام» است.

فصل دوم «بهار شیراز» به آنتن می‌رسد؛ سریالی درباره دغدغه‌ مردم معمولی

پشتیبانی سینمایی‌ها از نویسنده حامی فلسطین؛ بریتانیا تغییر مسیر دهد

آغاز ثبت‌نام بدون آزمون استعدادهای درخشان کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد

امکان قفل کردن محتوا در «چت‌جی‌پی‌تی» فراهم شد

هوش مصنوعی متا اطلاعات کاربران را فاش کرد

انتخاب رشته ۱۲۴ هزار نفر در پذیرش صرفاً بر اساس سوابق تحصیلی سال ۱۴۰۵

حجت الاسلام علوی تهرانی: تکریم حضرت زهرا (س) راه رسیدن به توحید است

«تقاطع خیابان روزولت»؛ روایت تاریخ شفاهی رایزن اقتصادی آمریکا در ایران

ساعت ۲۴ امشب آخرین فرصت ثبت‌نام در پذیرش رشته‌های بدون کنکور سال ۱۴۰۵

دانشگاه‌های ایران به روی دختران جمهوری آذربایجان باز است

آغاز ثبت‌نام پذیرفته‌شدگان کارشناسی ارشد دانشگاه تهران از فردا

هشدار مشاور وزیر علوم درباره سایه جنگ و شکاف اجتماعی

کتیبه‌پوشی زیبای حرم علوی در عزای شهادت حضرت زهرا(س)

تأسیس ۸ مؤسسه جدید فرهنگی قرآن و عترت

چه برنامه‌های تربیتی آموزشی روی کودکان و نوجوانان اثرگذار است؟

آیا جوان امروز کمتر تلاش می‌کند؟

هوش مصنوعی مایکروسافت در تشخیص بیماری دو برابر پزشک دقت دارد

وب سایت‌های دولتی پس از کشف شکاف امنیتی در خاموشی فرو رفتند

کشف نوع جدیدی از افسردگی که زنان را بیشتر گرفتار می‌کند

ادامه اختلال در چت جی‌پی‌تی در میان کاربران ایرانی

روباتی که روی دست چاقو کشید

شیخ طوسی هزار سال پیش درباره اعجاز و تحریف قرآن چه می‌گفت؟

کاظمی: ۱۱ هزار کلاس درس سال گذشته هوشمند سازی شد

خانواده در محاصره اندیشه‌های غربی؛ فقه اسلامی چه پاسخی دارد؟

مستند برنده اسکار در جشنواره مقاومت حضور دارد؛ اکران فیلم در میادین

«گربه سگ؛ نتانیاهو و ترامپ» طرح جدید شجاعی طباطبایی شد

روایتی از ۴ زن در اسارت؛ «سلول» تقابل امید و ناامیدی است

سریال «شکیب عیار» به نیمه رسید؛ اهمیت فیلمنامه آماده قبل از کلید زدن

جزئیات کنسرت علیرضا مشایخی و ماجرای داشتن پوست کرگدن در موسیقی!

دفاع شاعر مسلمان از شعر غزه که در پارلمان ولز اجازه خواندن نیافت

روایت پیشرفت باید از کتاب‌ها به کلاس‌های درس برسد

برگزاری آیین گشایش جشنواره دوازدهم خاتم؛ جشنواره خاتم جشنواره دلهاست

امکان جذب دانشجوی بین‌المللی به‌صورت کاملاً مجازی در ۶ دانشگاه

روبات انسان‌نما در کره جنوبی می‌تواند بار ۲۰ کیلویی را بلند کند

توسعه هوش مصنوعی زبان فارسی نیازمند سرمایه‌گذاری بلندمدت است

سواد رسانه‌ای؛ از مدرسه تا خانواده

منفوریت بهائیت در یمن، از علی عبدالله صالح تا سید عبدالملک حوثی

ایران آمادگی نصب گنبد جدید حرم حسینی را تا پایان سال دارد

اعلام نحوه تاثیر معدل در آزمون‌های علوم پزشکی؛ محاسبه نمره خارجی‌ها

رتبه‌ امنیت سایبری بانک‌ها به‌زودی اعلام می‌شود

برترین دانشگاه‌های کشور در جذب دانشجوی خارجی معرفی شدند

تاسیس شعبه دانشگاه تهران در عراق با ۱۴ رشته؛ حل مشکل دانشجویان خارجی

آنتروپیک هوش مصنوعی را جایگزین نیروی انسانی تازه کار می‌کند

۲۹ دانشگاه میزان وثیقه تعهدات دستیاران پزشکی را اعلام کردند

نتایج اولیه رشته‌های دارای شرایط خاص دانشگاه علمی کاربردی اعلام شد

۲۰ درصد ظرفیت جذب عمومی به نخبگان اختصاص می‌یابد

ژاپن با پهپاد خرس‌ها را فراری می‌دهد

آغاز به کار آزمایشگاه تصویربرداری کوانتومی دانشگاه شهیدبهشتی

وزارت بهداشت نقشی در فرآیند بورس‌های تحصیلی دولت‌های خارجی ندارد

ساعت ۱۲ امشب آخرین مهلت انتخاب رشته در پذیرش بدون کنکور سال ۱۴۰۵

جابجایی ۲۹۱ میلیارد پیام توسط ۷۲ میلیون کاربر در شاد

نگرش انسان و برداشت های او از جهان در کتاب «تفاوت نگاه‌ها»

اسامی معرفی شدگان چندبرابر ظرفیت آزمون دانشجومعلم سال ۱۴۰۵ اعلام شد

انتخاب رشته ۱۲۴ هزار نفر در پذیرش صرفاً بر اساس سوابق تحصیلی سال ۱۴۰۵

دانشگاه‌های ایران به روی دختران جمهوری آذربایجان باز است

آغاز ثبت‌نام بدون آزمون استعدادهای درخشان کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد

نتایج نهایی پذیرش در آزمون کاردانی به کارشناسی‌ سال ۱۴۰۵ اعلام شد

آغاز ثبت‌نام پذیرفته‌شدگان کارشناسی ارشد دانشگاه تهران از فردا

ساعت ۲۴ امشب آخرین فرصت ثبت‌نام در پذیرش رشته‌های بدون کنکور سال ۱۴۰۵

حجت الاسلام علوی تهرانی: تکریم حضرت زهرا (س) راه رسیدن به توحید است

امکان قفل کردن محتوا در «چت‌جی‌پی‌تی» فراهم شد

فصل دوم «بهار شیراز» به آنتن می‌رسد؛ سریالی درباره دغدغه‌ مردم معمولی

آغاز ثبت‌نام آزمون دکتری از ۳ آبان: برگزاری آزمون در بهمن ماه

هوش مصنوعی متا اطلاعات کاربران را فاش کرد

رویا نونهالی با یک سریال جدید به تلویزیون برمی‌گردد

تبدیل جیوه به طلا محقق شد

سخنگوی وزارت آموزش و پرورش: وجود ۴۰۰ مدرسه در کشور با یک دانش‌آموز

طرح یک سریال عاشقانه برای شبکه نمایش خانگی؛ تکرار «پوست شیر» طبیعی است

برای نخستین بار: ترمیم دی‌ان‌ای در بدن امید تازه برای درمان یک بیماری ژنتیکی نادر

چرا خانواده‌های پرجمعیت بابت انتخابشان تحقیر می‌شوند؟

خطرناک‌ترین شکل انحراف دینی از دیدگاه حضرت علی(ع)

«تقاطع خیابان روزولت»؛ روایت تاریخ شفاهی رایزن اقتصادی آمریکا در ایران

پشتیبانی سینمایی‌ها از نویسنده حامی فلسطین؛ بریتانیا تغییر مسیر دهد

سینمای کوتاه در محاصره کلیشه‌هاست؛ از فقر ایده تا چالش میزبانی!

شاهرخ فروتنیان مهمان یازدهمین قسمت برنامه «هم‌کلام» است.

بازیگر «هک‌ها» از فلسطین دفاع کرد؛ پرداخت مالیات برای تامین نسل‌کشی

انقلابی‌تر بودن با فحش رکیک‌تر ثابت نمی‌شود؛ هنر ماندگار حضرت زهرا(س)

پناهیان: توجه به ادبیات روایی در مسیر تحول فرهنگی ضروری است

کشف نوع جدیدی از افسردگی که زنان را بیشتر گرفتار می‌کند

ادامه اختلال در چت جی‌پی‌تی در میان کاربران ایرانی

کتیبه‌پوشی زیبای حرم علوی در عزای شهادت حضرت زهرا(س)

جزئیات کنسرت تازه مجید انتظامی اعلام شد؛ شنیدن ملودی‌های خاطره‌انگیز