پیام خوزستان - ایسنا / پژوهشگر دانشگاه صنعتی امیرکبیر با ساخت الکترودهای نانوساختار اکسید منگنز، روشی الکتروشیمیایی برای حذف آمونیاک از پساب و تولید هم‌زمان هیدروژن ارائه کرده است. این روش می‌تواند به کاهش مصرف انرژی در تصفیه پساب‌های صنعتی و توسعه انرژی پاک کمک کند.
در یک همکاری علمی بین‌المللی، مرضیه جدا، پژوهشگر دانشگاه صنعتی امیرکبیر، با ساخت و توسعه الکترودهای نانوساختار اکسید منگنز بر پایه گرافیت (MnOx/Graphite)، به سامانه‌ای الکتروشیمیایی برای اکسیداسیون مستقیم محلول‌های رقیق آمونیاکی و تولید هم‌زمان گاز نیتروژن و هیدروژن دست یافته است. این الکترودها به دلیل ساختار مناسب، سطح فعال بالا و عملکرد الکتروشیمیایی مطلوب، علاوه بر کاربرد بالقوه در فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی، به‌ویژه ابرخازن‌ها و باتری‌ها می‌توانند برای تصفیه پساب‌های آمونیاکی و حذف آلاینده آمونیاک همراه با تولید هیدروژن نیز مورد استفاده قرار گیرند.
این پژوهش با راهنمایی نرگس فلاح، عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مشاوره چین‌پائو هانگ از دانشگاه دلاور آمریکا انجام شده است.
از مهم‌ترین دستاوردهای این تحقیق، دستیابی به عملکرد الکتروشیمیایی در ولتاژ عملیاتی حدود ۰٫۶ ولت و کاهش قابل‌توجه انرژی مورد نیاز برای اکسیداسیون آمونیاک است. همچنین، در شرایط بهینه آزمایشگاهی، غلظت آمونیاک به کمتر از ۱ ppm کاهش یافته و امکان تبدیل آن به گاز نیتروژن همراه با تولید هیدروژن مورد بررسی و تأیید قرار گرفته است.
در این پژوهش، الکترودها با روش الکترودیپوزیشن (Electrodeposition) ساخته شدند و بیش از ۳۰۰ نمونه با ترکیب‌ها و شرایط مختلف ساخت و عملیات حرارتی مورد بررسی قرار گرفتند. برای بررسی ساختار و ویژگی‌های سطحی الکترودها از روش‌هایی مانند FE-SEM، EDS، AFM و XPS استفاده شد. همچنین، عملکرد الکتروشیمیایی آن‌ها با آزمون‌هایی مانند پلاریزاسیون تافل (Tafel Polarization)، طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و آزمون‌های دوام و پایداری ارزیابی شد. این بررسی‌ها به شناسایی الکترودهای مناسب‌تر و انتخاب شرایط بهینه برای افزایش فعالیت و طول عمر آن‌ها کمک کرد.
از مهم‌ترین نوآوری‌های این تحقیق می‌توان به ساخت الکتروکاتالیست یکپارچه، بادوام و کم‌هزینه بدون نیاز به بایندر، تنظیم و مهندسی فازهای مختلف اکسید منگنز برای بهبود عملکرد و پایداری، افزایش ظرفیت الکتروشیمیایی زیرلایه گرافیتی تا ۱۵ برابر و استفاده از مدل‌های هوشمند برای پیش‌بینی و بهینه‌سازی عملکرد الکترودها اشاره کرد. همچنین، طراحی الکترودهای پیشرفته برای ذخیره‌سازی انرژی و بررسی سازوکار واکنش اکسیداسیون انتخابی آمونیاک با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی، محاسبات DFT و یادگیری ماشین، از دیگر بخش‌های این پژوهش است.
این فناوری می‌تواند به توسعه روش‌های کم‌مصرف برای حذف آمونیاک، تولید هیدروژن و استفاده بهتر از محلول‌های آمونیاکی در سامانه‌های انرژی پاک کمک کند. همچنین، امکان استفاده از آن برای کاهش آلودگی ناشی از آمونیاک در پساب‌های صنعتی به‌ویژه در صنایع پتروشیمی، پالایشگاهی و تولید کودهای شیمیایی، وجود دارد.
نتایج این پژوهش در قالب چهار مقاله علمی در حوزه‌های الکتروشیمی، ذخیره‌سازی انرژی و محیط زیست تدوین شده است. یکی از این مقالات در Journal of Power Sources منتشر شده و سه مقاله دیگر نیز به‌ترتیب در مرحله داوری در ژورنال Advanced Energy Materials، پس از ارسال به ژورنال Renewable and Sustainable Energy Reviews و در مرحله نهایی‌سازی برای ارسال به ژورنال تراز اول Energy & Environmental Science قرار دارند. این مجموعه، نشان‌دهنده ابعاد علمی و بین‌رشته‌ای پژوهش و ظرفیت آن برای انتشار در مجلات معتبر بین‌المللی است.
بر اساس اعلام دانشگاه صنعتی امیرکبیر، گام بعدی این تحقیق، توسعه فناوری در مقیاس نیمه‌صنعتی، آزمایش آن با محلول‌ها و پساب‌های واقعی صنعتی، افزایش طول عمر الکترودها و طراحی راکتورهای بزرگ‌تر است.