මිනිරන් කෘතිම මිනිරන් සහ ස්වාභාවික මිනිරන් ලෙස බෙදා ඇති අතර, ලොව පුරා ඔප්පු කර ඇති ස්වාභාවික මිනිරන් සංචිත ප්‍රමාණය ටොන් බිලියන 2 ක් පමණ වේ.
සාමාන්‍ය පීඩනය යටතේ කාබන් අඩංගු ද්‍රව්‍ය වියෝජනය කර තාප පිරියම් කිරීම මගින් කෘතිම මිනිරන් ලබා ගනී. මෙම පරිවර්තනය සඳහා ගාමක බලවේගය ලෙස ප්‍රමාණවත් තරම් ඉහළ උෂ්ණත්වයක් සහ ශක්තියක් අවශ්‍ය වන අතර, අක්‍රමවත් ව්‍යුහය ඇණවුම් කළ මිනිරන් ස්ඵටික ව්‍යුහයක් බවට පරිවර්තනය වේ.
ග්‍රැෆිටයිසේෂන් යනු කාබන් ද්‍රව්‍යයේ පුළුල්ම අර්ථයෙන් 2000 ℃ ට වැඩි ඉහළ උෂ්ණත්ව තාප පිරියම් කිරීම කාබන් පරමාණු ප්‍රතිසංවිධානය හරහා ය, කෙසේ වෙතත් 3000 ℃ ට වැඩි ඉහළ උෂ්ණත්වයේ ඇති සමහර කාබන් ද්‍රව්‍ය ග්‍රැෆිටයිසේෂන්, මෙම වර්ගයේ කාබන් ද්‍රව්‍ය "දෘඩ අඟුරු" ලෙස හැඳින්විණි, පහසු ග්‍රැෆිටයිස් කරන ලද කාබන් ද්‍රව්‍ය සඳහා, සාම්ප්‍රදායික ග්‍රැෆිටයිසේෂන් ක්‍රමයට ඉහළ උෂ්ණත්වය සහ අධි පීඩන ක්‍රමය, උත්ප්‍රේරක ග්‍රැෆිටයිසේෂන්, රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රමය යනාදිය ඇතුළත් වේ.
ග්‍රැෆිටයිසේෂන් යනු කාබන් සහිත ද්‍රව්‍යවල ඉහළ එකතු කළ අගය උපයෝගී කර ගැනීමේ ඵලදායී මාධ්‍යයකි. විද්වතුන් විසින් කරන ලද පුළුල් හා ගැඹුරු පර්යේෂණවලින් පසුව, එය දැන් මූලික වශයෙන් පරිණත වී ඇත. කෙසේ වෙතත්, සමහර අහිතකර සාධක කර්මාන්තයේ සාම්ප්‍රදායික ග්‍රැෆිටයිසේෂන් යෙදීම සීමා කරයි, එබැවින් නව ග්‍රැෆිටයිසේෂන් ක්‍රම ගවේෂණය කිරීම නොවැළැක්විය හැකි ප්‍රවණතාවයකි.
19 වන සියවසේ සිට උණු ලුණු විද්‍යුත් විච්ඡේදනය ක්‍රමය සංවර්ධනයේ සියවසකට වඩා වැඩි කාලයක් ගත වී ඇති අතර, එහි මූලික න්‍යාය සහ නව ක්‍රම නිරන්තරයෙන් නවෝත්පාදන හා සංවර්ධනය වෙමින් පවතී, දැන් සාම්ප්‍රදායික ලෝහ කර්මාන්තයට පමණක් සීමා නොවේ, 21 වන සියවස ආරම්භයේදී, උණු කළ ලුණු පද්ධතියේ ඝන ඔක්සයිඩ් විද්‍යුත් විච්ඡේදක අඩු කිරීමේ ලෝහය මූලද්‍රව්‍ය ලෝහ සකස් කිරීම වඩාත් ක්‍රියාකාරී අවධානයට ලක්ව ඇත,
මෑතකදී, උණු කළ ලුණු විද්‍යුත් විච්ඡේදනය මගින් මිනිරන් ද්‍රව්‍ය සකස් කිරීමේ නව ක්‍රමයක් කෙරෙහි වැඩි අවධානයක් යොමු වී තිබේ.
කැතෝඩික් ධ්‍රැවීකරණය සහ විද්‍යුත් විච්ඡේදනය මගින්, කාබන් අමුද්‍රව්‍යවල විවිධ ආකාර දෙක ඉහළ එකතු කළ අගයක් සහිත නැනෝ-මිනිරන් ද්‍රව්‍ය බවට පරිවර්තනය වේ. සාම්ප්‍රදායික ග්‍රැෆිටීකරණ තාක්ෂණය හා සසඳන විට, නව ග්‍රැෆිටීකරණ ක්‍රමයට අඩු ග්‍රැෆිටීකරණ උෂ්ණත්වය සහ පාලනය කළ හැකි රූප විද්‍යාවේ වාසි ඇත.
මෙම පත්‍රිකාව විද්‍යුත් රසායනික ක්‍රමය මගින් ග්‍රැෆිටීකරණයේ ප්‍රගතිය සමාලෝචනය කරයි, මෙම නව තාක්ෂණය හඳුන්වා දෙයි, එහි වාසි සහ අවාසි විශ්ලේෂණය කරයි, සහ එහි අනාගත සංවර්ධන ප්‍රවණතාවය අපේක්ෂා කරයි.
පළමුව, උණු කළ ලුණු විද්‍යුත් විච්ඡේදක කැතෝඩ ධ්‍රැවීකරණ ක්‍රමය
1.1 අමුද්‍රව්‍ය
වර්තමානයේ, කෘතිම මිනිරන් වල ප්‍රධාන අමුද්‍රව්‍ය වන්නේ ඉහළ ග්‍රැෆිටයිසේෂන් උපාධියක් සහිත ඉඳිකටු කෝක් සහ පිච් කෝක් ය, එනම් තෙල් අපද්‍රව්‍ය සහ ගල් අඟුරු තාර අමුද්‍රව්‍ය ලෙස උසස් තත්ත්වයේ කාබන් ද්‍රව්‍ය නිෂ්පාදනය කිරීම සඳහා, අඩු සිදුරු සහිත, අඩු සල්ෆර්, අඩු අළු අන්තර්ගතය සහ ග්‍රැෆිටයිසේෂන් වාසි සහිතව, මිනිරන් බවට සකස් කිරීමෙන් පසු බලපෑමට හොඳ ප්‍රතිරෝධයක්, ඉහළ යාන්ත්‍රික ශක්තියක්, අඩු ප්‍රතිරෝධයක් ඇත,
කෙසේ වෙතත්, සීමිත තෙල් සංචිත සහ උච්චාවචනය වන තෙල් මිල ගණන් එහි සංවර්ධනය සීමා කර ඇති බැවින්, නව අමුද්‍රව්‍ය සෙවීම විසඳිය යුතු හදිසි ගැටලුවක් බවට පත්ව ඇත.
සාම්ප්‍රදායික ග්‍රැෆිටයිසේෂන් ක්‍රමවලට සීමාවන් ඇති අතර, විවිධ ග්‍රැෆිටයිසේෂන් ක්‍රමවලට විවිධ අමුද්‍රව්‍ය භාවිතා වේ. ග්‍රැෆිටයිස් නොකළ කාබන් සඳහා, සාම්ප්‍රදායික ක්‍රමවලට එය ග්‍රැෆිටයිස් කළ නොහැකි තරම්ය, උණු කළ ලුණු විද්‍යුත් විච්ඡේදනයෙහි විද්‍යුත් රසායනික සූත්‍රය අමුද්‍රව්‍යවල සීමාව බිඳ දමමින්, සාම්ප්‍රදායික කාබන් ද්‍රව්‍ය සියල්ලම පාහේ සඳහා සුදුසු වේ.
සාම්ප්‍රදායික කාබන් ද්‍රව්‍ය අතර කාබන් කළු, සක්‍රිය කාබන්, ගල් අඟුරු යනාදිය ඇතුළත් වන අතර, ඒ අතර ගල් අඟුරු වඩාත් පොරොන්දු වූ එකකි. ගල් අඟුරු මත පදනම් වූ තීන්ත ගල් අඟුරු පූර්වගාමියා ලෙස ගන්නා අතර පූර්ව ප්‍රතිකාර කිරීමෙන් පසු ඉහළ උෂ්ණත්වයකදී මිනිරන් නිෂ්පාදන බවට පත් කෙරේ.
මෑතකදී, මෙම පත්‍රිකාව පෙන්ග් වැනි නව විද්‍යුත් රසායනික ක්‍රම යෝජනා කරයි, උණු කළ ලුණු විද්‍යුත් විච්ඡේදනය මගින් කාබන් කළු පැහැය ග්‍රැෆයිට් කිරීමට අපහසුය, පෙති හැඩයේ ග්‍රැෆයිට් නැනෝමීටර චිප් අඩංගු ග්‍රැෆයිට් සාම්පලවල විද්‍යුත් විච්ඡේදනය, ලිතියම් බැටරි සඳහා භාවිතා කරන විට කැතෝඩය ස්වාභාවික ග්‍රැෆයිට් වලට වඩා විශිෂ්ට විද්‍යුත් රසායනික ක්‍රියාකාරිත්වයක් පෙන්නුම් කළේය.
Zhu et al. 950 ℃ දී විද්‍යුත් විච්ඡේදනය සඳහා CaCl2 උණු කළ ලුණු පද්ධතියට deashing ප්‍රතිකාර කළ අඩු ගුණාත්මක ගල් අඟුරු දමා, ලිතියම් අයන බැටරියේ ඇනෝඩයක් ලෙස භාවිතා කරන විට හොඳ අනුපාත කාර්ය සාධනයක් සහ දිගු චක්‍ර ආයු කාලයක් පෙන්නුම් කළ ඉහළ ස්ඵටිකතාවයකින් යුත් මිනිරන් බවට අඩු ගුණාත්මක ගල් අඟුරු සාර්ථකව පරිවර්තනය කළේය.
අනාගත කෘතිම මිනිරන් සඳහා නව මාර්ගයක් විවර කරන උණු කළ ලුණු විද්‍යුත් විච්ඡේදනය මගින් විවිධ වර්ගයේ සාම්ප්‍රදායික කාබන් ද්‍රව්‍ය මිනිරන් බවට පරිවර්තනය කළ හැකි බව අත්හදා බැලීමෙන් පෙන්නුම් කෙරේ.
1.2 යාන්ත්‍රණය
උණු කළ ලුණු විද්‍යුත් විච්ඡේදක ක්‍රමය කාබන් ද්‍රව්‍ය කැතෝඩය ලෙස භාවිතා කරන අතර කැතෝඩ ධ්‍රැවීකරණය මගින් එය ඉහළ ස්ඵටිකතාවයකින් යුත් මිනිරන් බවට පරිවර්තනය කරයි. වර්තමානයේ, පවතින සාහිත්‍යයේ කැතෝඩ ධ්‍රැවීකරණයේ විභව පරිවර්තන ක්‍රියාවලියේදී ඔක්සිජන් ඉවත් කිරීම සහ කාබන් පරමාණු දිගු දුර නැවත සකස් කිරීම ගැන සඳහන් වේ.
කාබන් ද්‍රව්‍යවල ඔක්සිජන් පැවතීම ග්‍රැෆිටයිසේෂන් ක්‍රියාවලියට යම් ප්‍රමාණයකට බාධාවක් වනු ඇත. සාම්ප්‍රදායික ග්‍රැෆිටයිසේෂන් ක්‍රියාවලියේදී, උෂ්ණත්වය 1600K ට වඩා වැඩි වූ විට ඔක්සිජන් සෙමින් ඉවත් කරනු ලැබේ. කෙසේ වෙතත්, කැතෝඩ ධ්‍රැවීකරණය හරහා ඔක්සිකරණය ඉවත් කිරීම අතිශයින්ම පහසුය.
පෙන්ග් ආදීන් විසින් ප්‍රථම වරට අත්හදා බැලීම් වලදී උණු කළ ලුණු විද්‍යුත් විච්ඡේදක කැතෝඩ ධ්‍රැවීකරණ විභව යාන්ත්‍රණය, එනම් ග්‍රැෆිටීකරණය ඉදිරිපත් කරන ලදී. ආරම්භ කළ යුතු ස්ථානය ඝන කාබන් ක්ෂුද්‍ර ගෝල/විද්‍යුත් විච්ඡේදක අතුරුමුහුණතක පිහිටා තිබීමයි. පළමුව කාබන් ක්ෂුද්‍ර ගෝලය මූලික එකම විෂ්කම්භයකින් යුත් ග්‍රැෆයිට් කවචයක් වටා සාදයි. ඉන්පසු කිසි විටෙකත් ස්ථායී නිර්ජලීය කාබන් කාබන් පරමාණු සම්පූර්ණයෙන්ම ග්‍රැෆයිට් කරන තෙක් වඩාත් ස්ථායී පිටත ග්‍රැෆයිට් පත්‍රයකට පැතිරෙන්නේ නැත.
ග්‍රැෆිටිකරණ ක්‍රියාවලිය ඔක්සිජන් ඉවත් කිරීම සමඟ සිදු වන අතර එය අත්හදා බැලීම් මගින් ද සනාථ වේ.
ජින් ඇතුළු පිරිස ද මෙම දෘෂ්ටිකෝණය අත්හදා බැලීම් හරහා ඔප්පු කළහ. ග්ලූකෝස් කාබනීකරණයෙන් පසු, ග්‍රැෆිටීකරණය (17% ඔක්සිජන් අන්තර්ගතය) සිදු කරන ලදී. ග්‍රැෆිටීකරණයෙන් පසු, මුල් ඝන කාබන් ගෝල (රූපය 1a සහ 1c) ග්‍රැෆයිට් නැනෝෂීට් වලින් සමන්විත සිදුරු සහිත කවචයක් සෑදී ඇත (රූපය 1b සහ 1d).
කාබන් තන්තු (16% ඔක්සිජන්) විද්‍යුත් විච්ඡේදනය මගින්, සාහිත්‍යයේ අනුමාන කරන ලද පරිවර්තන යාන්ත්‍රණයට අනුව ග්‍රැෆයිට්කරණයෙන් පසු කාබන් තන්තු ග්‍රැෆයිට් නල බවට පරිවර්තනය කළ හැකිය.
දිගු දුර චලනය කාබන් පරමාණුවල කැතෝඩ ධ්‍රැවීකරණය යටතේ සිදුවන බව විශ්වාස කෙරේ. ඉහළ ස්ඵටික ග්‍රැෆයිට් සිට අස්ඵටික කාබන් නැවත සකස් කිරීම ක්‍රියාවට නැංවිය යුතුය. කෘතිම ග්‍රැෆයිට් අද්විතීය පෙති හැඩයක් ඇති නැනෝ ව්‍යුහයන් ඔක්සිජන් පරමාණු වලින් ප්‍රයෝජන ලබයි. නමුත් ග්‍රැෆයිට් නැනෝමීටර ව්‍යුහයට බලපෑම් කරන ආකාරය නිශ්චිත නොවේ. කැතෝඩ ප්‍රතික්‍රියාවේදී කාබන් ඇටසැකිල්ලෙන් ඔක්සිජන් වැනි.
වර්තමානයේ, යාන්ත්‍රණය පිළිබඳ පර්යේෂණ තවමත් ආරම්භක අදියරේ පවතින අතර, තවදුරටත් පර්යේෂණ අවශ්‍ය වේ.
1.3 කෘතිම මිනිරන් වල රූප විද්‍යාත්මක ලක්ෂණ
මිනිරන් වල ක්ෂුද්‍ර මතුපිට රූප විද්‍යාව නිරීක්ෂණය කිරීමට SEM භාවිතා කරයි, 0.2 μm ට අඩු ව්‍යුහාත්මක රූප විද්‍යාව නිරීක්ෂණය කිරීමට TEM භාවිතා කරයි, මිනිරන් වල ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය සංලක්ෂිත කිරීමට XRD සහ රාමන් වර්ණාවලීක්ෂය බහුලව භාවිතා වන මාධ්‍යයන් වේ, මිනිරන් වල ස්ඵටික තොරතුරු සංලක්ෂිත කිරීමට XRD භාවිතා කරයි, සහ මිනිරන් වල දෝෂ සහ අනුපිළිවෙල මට්ටම සංලක්ෂිත කිරීමට රාමන් වර්ණාවලීක්ෂය භාවිතා කරයි.
උණු කළ ලුණු විද්‍යුත් විච්ඡේදනයේ කැතෝඩ ධ්‍රැවීකරණය මගින් සකස් කරන ලද මිනිරන් වල සිදුරු රාශියක් ඇත. කාබන් කළු විද්‍යුත් විච්ඡේදනය වැනි විවිධ අමුද්‍රව්‍ය සඳහා පෙති වැනි සිදුරු සහිත නැනෝ ව්‍යුහ ලබා ගනී. විද්‍යුත් විච්ඡේදනය කිරීමෙන් පසු කාබන් කළු මත XRD සහ රාමන් වර්ණාවලි විශ්ලේෂණය සිදු කරනු ලැබේ.
827 ℃ දී, පැය 1 ක් සඳහා 2.6V වෝල්ටීයතාවයකින් ප්‍රතිකාර කිරීමෙන් පසු, කාබන් කළු වල රාමන් වර්ණාවලි රූපය වාණිජ මිනිරන් වලට සමාන වේ. කාබන් කළු විවිධ උෂ්ණත්වවලින් ප්‍රතිකාර කිරීමෙන් පසු, තියුණු මිනිරන් ලක්ෂණ උච්චය (002) මනිනු ලැබේ. විවර්තන උච්චය (002) මිනිරන් වල ඇරෝමැටික කාබන් ස්ථරයේ දිශානතියේ මට්ටම නියෝජනය කරයි.
කාබන් ස්ථරය තියුණු වන තරමට එය දිශානුගත වේ.
Zhu විසින් අත්හදා බැලීමේදී කැතෝඩය ලෙස පිරිසිදු කරන ලද බාල ගල් අඟුරු භාවිතා කරන ලද අතර, ග්‍රැෆිටීකරණය කරන ලද නිෂ්පාදනයේ ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය කැටිති සිට විශාල ග්‍රැෆයිට් ව්‍යුහය දක්වා පරිවර්තනය කරන ලද අතර, ඉහළ අනුපාත සම්ප්‍රේෂණ ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය යටතේ තද ග්‍රැෆයිට් තට්ටුව ද නිරීක්ෂණය කරන ලදී.
රාමන් වර්ණාවලි වල, පර්යේෂණාත්මක තත්වයන් වෙනස් වීමත් සමඟ, ID/Ig අගය ද වෙනස් විය. විද්‍යුත් විච්ඡේදක උෂ්ණත්වය 950 ℃ වූ විට, විද්‍යුත් විච්ඡේදක කාලය පැය 6 ක් වූ අතර, විද්‍යුත් විච්ඡේදක වෝල්ටීයතාවය 2.6V වූ විට, අවම ID/Ig අගය 0.3 ක් වූ අතර, D උච්චය G උච්චයට වඩා බෙහෙවින් අඩු විය. ඒ සමඟම, 2D උච්චයේ පෙනුම ද ඉතා ඇණවුම් කළ මිනිරන් ව්‍යුහයක් ගොඩනැගීම නියෝජනය කළේය.
XRD රූපයේ තියුණු (002) විවර්තන උච්චය, බාල ගල් අඟුරු ඉහළ ස්ඵටිකීකරණයක් සහිත මිනිරන් බවට සාර්ථකව පරිවර්තනය කිරීම සනාථ කරයි.
ග්‍රැෆිටිකරණ ක්‍රියාවලියේදී, උෂ්ණත්වය සහ වෝල්ටීයතාව වැඩි වීම ප්‍රවර්ධන කාර්යභාරයක් ඉටු කරනු ඇත, නමුත් අධික වෝල්ටීයතාවය ග්‍රැෆයිට් අස්වැන්න අඩු කරනු ඇති අතර, අධික උෂ්ණත්වය හෝ දිගු ග්‍රැෆිටිකරණ කාලය සම්පත් නාස්තියට හේතු වේ, එබැවින් විවිධ කාබන් ද්‍රව්‍ය සඳහා, එය විශේෂයෙන් වැදගත් වේ. වඩාත් සුදුසු විද්‍යුත් විච්ඡේදක තත්වයන් ගවේෂණය කිරීම, අවධානය සහ දුෂ්කරතාවය ද වේ.
මෙම පෙති වැනි පියලි නැනෝ ව්‍යුහය විශිෂ්ට විද්‍යුත් රසායනික ගුණ ඇත. සිදුරු විශාල සංඛ්‍යාවක් අයන ඉක්මනින් ඇතුළු කිරීමට/ඩීම්බඩ් කිරීමට ඉඩ සලසයි, එමඟින් බැටරි ආදිය සඳහා උසස් තත්ත්වයේ කැතෝඩ ද්‍රව්‍ය සපයයි. එබැවින්, විද්‍යුත් රසායනික ක්‍රම ග්‍රැෆිටීකරණය ඉතා විභව ග්‍රැෆිටීකරණ ක්‍රමයකි.
උණු කළ ලුණු ඉලෙක්ට්‍රෝඩ තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රමය
2.1 කාබන් ඩයොක්සයිඩ් විද්‍යුත් තැන්පත් කිරීම
වැදගත්ම හරිතාගාර වායුව ලෙස, CO2 යනු විෂ සහිත නොවන, හානිකර නොවන, ලාභදායී සහ පහසුවෙන් ලබා ගත හැකි පුනර්ජනනීය සම්පතකි. කෙසේ වෙතත්, CO2 හි කාබන් ඉහළම ඔක්සිකරණ තත්වයක පවතින බැවින්, CO2 ඉහළ තාප ගතික ස්ථායිතාවයක් ඇති බැවින් එය නැවත භාවිතා කිරීම දුෂ්කර කරයි.
CO2 ඉලෙක්ට්‍රෝඩ තැන්පත් කිරීම පිළිබඳ මුල්ම පර්යේෂණ 1960 ගණන්වල සිට ආරම්භ වේ. ඉන්ග්‍රම් සහ තවත් අය Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 උණු කළ ලුණු පද්ධතියේ රන් ඉලෙක්ට්‍රෝඩයක් මත කාබන් සාර්ථකව සකස් කළහ.
විවිධ අඩු කිරීමේ විභවයන්හිදී ලබාගත් කාබන් කුඩු වලට ග්‍රැෆයිට්, අස්ඵටික කාබන් සහ කාබන් නැනෝ තන්තු ඇතුළු විවිධ ව්‍යුහයන් ඇති බව වැන් සහ තවත් අය පෙන්වා දුන්හ.
CO2 ග්‍රහණය කර ගැනීම සඳහා උණු කළ ලුණු සහ කාබන් ද්‍රව්‍ය සාර්ථකත්වය සඳහා සකස් කිරීමේ ක්‍රමය මගින්, පර්යේෂණ විද්වතුන් දිගු කාලයකට පසු කාබන් තැන්පත් කිරීමේ යාන්ත්‍රණය සහ අවසාන නිෂ්පාදනයට විද්‍යුත් විච්ඡේදක තත්ත්වයන්ගේ බලපෑම කෙරෙහි අවධානය යොමු කර ඇත, ඒවාට විද්‍යුත් විච්ඡේදක උෂ්ණත්වය, විද්‍යුත් විච්ඡේදක වෝල්ටීයතාවය සහ උණු කළ ලුණු සහ ඉලෙක්ට්‍රෝඩවල සංයුතිය යනාදිය ඇතුළත් වේ. CO2 ඉලෙක්ට්‍රෝඩ තැන්පත් කිරීම සඳහා මිනිරන් ද්‍රව්‍යවල ඉහළ කාර්ය සාධනයක් සකස් කිරීම ශක්තිමත් පදනමක් දමා ඇත.
විද්‍යුත් විච්ඡේදනය වෙනස් කිරීමෙන් සහ ඉහළ CO2 ග්‍රහණ කාර්යක්ෂමතාවයක් සහිත CaCl2 මත පදනම් වූ උණු කළ ලුණු පද්ධතියක් භාවිතා කිරීමෙන්, Hu et al. විද්‍යුත් විච්ඡේදක උෂ්ණත්වය, ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සංයුතිය සහ උණු කළ ලුණු සංයුතිය වැනි විද්‍යුත් විච්ඡේදක තත්වයන් අධ්‍යයනය කිරීමෙන් ඉහළ ග්‍රැෆිටයිසේෂන් උපාධියක් සහ කාබන් නැනෝ ටියුබ් සහ අනෙකුත් නැනෝ ග්‍රැෆයිට් ව්‍යුහයන් සහිත ග්‍රැෆීන් සාර්ථකව සකස් කළේය.
කාබනේට් පද්ධතිය හා සසඳන විට, CaCl2 හි ලාභදායී සහ පහසුවෙන් ලබා ගත හැකි, ඉහළ සන්නායකතාවය, ජලයේ දිය වීමට පහසු සහ ඔක්සිජන් අයනවල ඉහළ ද්‍රාව්‍යතාවය යන වාසි ඇත, එමඟින් CO2 ඉහළ එකතු කළ අගයක් සහිත මිනිරන් නිෂ්පාදන බවට පරිවර්තනය කිරීම සඳහා න්‍යායාත්මක කොන්දේසි සපයයි.
2.2 පරිවර්තන යාන්ත්‍රණය
උණු කළ ලුණු වලින් CO2 ඉලෙක්ට්‍රෝඩ තැන්පත් කිරීම මගින් ඉහළ අගයක් එකතු කළ කාබන් ද්‍රව්‍ය සකස් කිරීම සඳහා ප්‍රධාන වශයෙන් CO2 ග්‍රහණය සහ වක්‍ර අඩු කිරීම ඇතුළත් වේ. සමීකරණය (1) හි දැක්වෙන පරිදි, උණු කළ ලුණු වල නිදහස් O2- මගින් CO2 ග්‍රහණය සම්පූර්ණ කරනු ලැබේ:
CO2+O2-→CO3 2- (1)
වර්තමානයේ, වක්‍ර අඩු කිරීමේ ප්‍රතික්‍රියා යාන්ත්‍රණ තුනක් යෝජනා කර ඇත: එක්-පියවර ප්‍රතික්‍රියාව, ද්වි-පියවර ප්‍රතික්‍රියාව සහ ලෝහ අඩු කිරීමේ ප්‍රතික්‍රියා යාන්ත්‍රණය.
සමීකරණය (2) හි දැක්වෙන පරිදි, එක්-පියවර ප්‍රතික්‍රියා යාන්ත්‍රණය මුලින්ම යෝජනා කළේ ඉන්ග්‍රම් විසිනි:
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
බොරුකා සහ තවත් අය විසින් යෝජනා කරන ලද ද්වි-පියවර ප්‍රතික්‍රියා යාන්ත්‍රණය, සමීකරණය (3-4) හි දක්වා ඇති පරිදි:
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
ලෝහ අඩු කිරීමේ ප්‍රතික්‍රියාවේ යාන්ත්‍රණය ඩීන්හාර්ඩ් සහ තවත් අය විසින් යෝජනා කරන ලදී. සමීකරණය (5~6) හි දැක්වෙන පරිදි, ලෝහ අයන මුලින්ම කැතෝඩයේ ලෝහ බවට අඩු කර, පසුව ලෝහය කාබනේට් අයන බවට අඩු කළ බව ඔවුන් විශ්වාස කළහ:
එම්- + ඊ – → එම් (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
වර්තමානයේ, පවතින සාහිත්‍යය තුළ එක්-පියවර ප්‍රතික්‍රියා යාන්ත්‍රණය සාමාන්‍යයෙන් පිළිගැනේ.
යින් ඇතුළු පිරිස Li-Na-K කාබනේට් පද්ධතිය කැතෝඩය ලෙස නිකල්, ඇනෝඩය ලෙස ටින් ඩයොක්සයිඩ් සහ යොමු ඉලෙක්ට්‍රෝඩය ලෙස රිදී වයර් සමඟ අධ්‍යයනය කළ අතර, නිකල් කැතෝඩයේ දී රූපය 2 හි චක්‍රීය වෝල්ටීයතාමිතික පරීක්ෂණ රූපය (100 mV/s ස්කෑන් කිරීමේ අනුපාතය) ලබා ගත් අතර, සෘණ ස්කෑනිං හි එක් අඩු කිරීමේ උච්චයක් (-2.0V දී) පමණක් ඇති බව සොයා ගත්හ.
එබැවින්, කාබනේට් අඩු කිරීමේදී එක් ප්‍රතික්‍රියාවක් පමණක් සිදු වූ බව නිගමනය කළ හැකිය.
ගාඕ ඇතුළු පිරිස එකම කාබනේට් පද්ධතිය තුළ එකම චක්‍රීය වෝල්ටීයතාමිතිය ලබා ගත්හ.
Ge et al. LiCl-Li2CO3 පද්ධතියේ CO2 ග්‍රහණය කර ගැනීම සඳහා නිෂ්ක්‍රීය ඇනෝඩය සහ ටංස්ටන් කැතෝඩය භාවිතා කළ අතර ඒ හා සමාන රූප ලබා ගත් අතර සෘණ ස්කෑන් කිරීමේදී කාබන් තැන්පත් වීමේ අඩු කිරීමේ උච්චතම අවස්ථාව පමණක් දක්නට ලැබුණි.
ක්ෂාරීය ලෝහ උණු කළ ලවණ පද්ධතිය තුළ, කැතෝඩය මගින් කාබන් තැන්පත් කරන අතරතුර ක්ෂාර ලෝහ සහ CO ජනනය වේ. කෙසේ වෙතත්, කාබන් තැන්පත් කිරීමේ ප්‍රතික්‍රියාවේ තාප ගතික තත්ත්වයන් අඩු උෂ්ණත්වයකදී අඩු බැවින්, අත්හදා බැලීමේදී කාබනේට් කාබන් බවට අඩු කිරීම පමණක් අනාවරණය කර ගත හැකිය.
2.3 මිනිරන් නිෂ්පාදන සකස් කිරීම සඳහා උණු කළ ලුණු මගින් CO2 ග්‍රහණය කර ගැනීම
ග්‍රැෆීන් සහ කාබන් නැනෝටියුබ් වැනි ඉහළ අගයක් එකතු කළ මිනිරන් නැනෝ ද්‍රව්‍ය, පර්යේෂණාත්මක තත්වයන් පාලනය කිරීමෙන් උණු කළ ලුණු වලින් CO2 ඉලෙක්ට්‍රෝඩ තැන්පත් කිරීමෙන් සකස් කළ හැකිය. හූ සහ තවත් අය CaCl2-NaCl-CaO උණු කළ ලුණු පද්ධතියේ කැතෝඩයක් ලෙස මල නොබැඳෙන වානේ භාවිතා කළ අතර විවිධ උෂ්ණත්වවලදී 2.6V නියත වෝල්ටීයතාවයේ තත්ත්වය යටතේ පැය 4 ක් විද්‍යුත් විච්ඡේදනය කළහ.
යකඩ උත්ප්‍රේරණය සහ ග්‍රැෆයිට් ස්ථර අතර CO හි පුපුරන සුලු බලපෑම හේතුවෙන්, කැතෝඩයේ මතුපිට ග්‍රැෆීන් සොයා ගන්නා ලදී. ග්‍රැෆීන් සකස් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය රූපය 3 හි දක්වා ඇත.
පින්තූරය
පසුව කරන ලද අධ්‍යයනයන් මගින් CaCl2-NaClCaO උණු කළ ලුණු පද්ධතිය මත පදනම්ව Li2SO4 එකතු කරන ලදී, විද්‍යුත් විච්ඡේදක උෂ්ණත්වය සෙල්සියස් අංශක 625 ක් වූ අතර, විද්‍යුත් විච්ඡේදනයේ පැය 4 කට පසුව, කාබන් කැතෝඩ තැන්පත් කිරීමේදී ග්‍රැෆීන් සහ කාබන් නැනෝටියුබ් සොයා ගන්නා ලද අතර, අධ්‍යයනයෙන් Li+ සහ SO4 2- ග්‍රැෆිටයිසේෂන් කෙරෙහි ධනාත්මක බලපෑමක් ඇති කරන බව සොයා ගන්නා ලදී.
සල්ෆර් ද කාබන් ශරීරයට සාර්ථකව ඒකාබද්ධ කර ඇති අතර, විද්‍යුත් විච්ඡේදක තත්ත්වයන් පාලනය කිරීමෙන් අතිශය තුනී මිනිරන් තහඩු සහ සූතිකාමය කාබන් ලබා ගත හැකිය.
ග්‍රැෆීන් සෑදීම සඳහා ඉහළ සහ පහළ විද්‍යුත් විච්ඡේදක උෂ්ණත්වය වැනි ද්‍රව්‍ය ඉතා වැදගත් වේ, 800℃ ට වැඩි උෂ්ණත්වයක් කාබන් වෙනුවට CO ජනනය කිරීමට පහසු වන විට, 950℃ ට වැඩි විට කාබන් තැන්පත් වීමක් පාහේ සිදු නොවේ, එබැවින් ග්‍රැෆීන් සහ කාබන් නැනෝ ටියුබ් නිපදවීමට සහ අවශ්‍ය කාබන් තැන්පත් කිරීමේ ප්‍රතික්‍රියාව යථා තත්ත්වයට පත් කිරීමට උෂ්ණත්ව පාලනය අතිශයින් වැදගත් වේ. කැතෝඩය ස්ථායී ග්‍රැෆීන් ජනනය කිරීම සහතික කිරීම සඳහා ප්‍රතික්‍රියා CO ප්‍රතික්‍රියා සහජීවනය.
මෙම කෘතීන් හරිතාගාර වායු ද්‍රාවණය සහ ග්‍රැෆීන් සකස් කිරීම සඳහා ඉතා වැදගත් වන CO2 මගින් නැනෝ-ග්‍රැෆයිට් නිෂ්පාදන සකස් කිරීම සඳහා නව ක්‍රමයක් සපයයි.
3. සාරාංශය සහ ඉදිරි දැක්ම
නව බලශක්ති කර්මාන්තයේ ශීඝ්‍ර සංවර්ධනයත් සමඟ, ස්වභාවික මිනිරන් වත්මන් ඉල්ලුම සපුරාලීමට නොහැකි වී ඇති අතර, කෘතිම මිනිරන් ස්වභාවික මිනිරන් වලට වඩා හොඳ භෞතික හා රසායනික ගුණ ඇති බැවින්, ලාභදායී, කාර්යක්ෂම සහ පරිසර හිතකාමී ග්‍රැෆිටීකරණය දිගුකාලීන ඉලක්කයකි.
කැතෝඩ ධ්‍රැවීකරණ ක්‍රමය සහ විද්‍යුත් රසායනික තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රමය සමඟ ඝන සහ වායුමය අමුද්‍රව්‍යවල ග්‍රැෆිටයිස් කිරීමේ විද්‍යුත් රසායනික ක්‍රම සාර්ථකව ඉහළ එකතු කළ අගයක් සහිත ග්‍රැෆයිට් ද්‍රව්‍ය වලින් ලබා ගන්නා ලදී. සාම්ප්‍රදායික ග්‍රැෆයිට්කරණ ක්‍රමයට සාපේක්ෂව විද්‍යුත් රසායනික ක්‍රමය ඉහළ කාර්යක්ෂමතාවයකින්, අඩු බලශක්ති පරිභෝජනයකින්, හරිත පාරිසරික ආරක්ෂාවකින් යුක්ත වේ. තෝරාගත් ද්‍රව්‍ය මගින් සීමිත කුඩා ප්‍රමාණයන් සඳහා එකම අවස්ථාවේදීම, විවිධ විද්‍යුත් විච්ඡේදක තත්වයන්ට අනුව ග්‍රැෆයිට් ව්‍යුහයේ විවිධ රූප විද්‍යාවේදී සකස් කළ හැකිය.
එය සියලු වර්ගවල අස්ඵටික කාබන් සහ හරිතාගාර වායු වටිනා නැනෝ-ව්‍යුහගත මිනිරන් ද්‍රව්‍ය බවට පරිවර්තනය කිරීම සඳහා ඵලදායී ක්‍රමයක් සපයන අතර හොඳ යෙදුම් අපේක්ෂාවක් ඇත.
වර්තමානයේ මෙම තාක්ෂණය එහි ළදරු අවධියේ පවතී. විද්‍යුත් රසායනික ක්‍රමය මගින් ග්‍රැෆිටීකරණය පිළිබඳ අධ්‍යයනයන් ස්වල්පයක් ඇති අතර, තවමත් නොදන්නා ක්‍රියාවලීන් රාශියක් ඇත. එබැවින්, අමුද්‍රව්‍ය වලින් ආරම්භ කර විවිධ අස්ඵටික කාබන් පිළිබඳ පුළුල් හා ක්‍රමානුකූල අධ්‍යයනයක් සිදු කිරීම අවශ්‍ය වන අතර, ඒ සමඟම ගැඹුරු මට්ටමකින් ග්‍රැෆයිට් පරිවර්තනයේ තාප ගති විද්‍යාව සහ ගතිකත්වය ගවේෂණය කිරීම අවශ්‍ය වේ.
මිනිරන් කර්මාන්තයේ අනාගත සංවර්ධනය සඳහා මේවාට දුරදිග යන වැදගත්කමක් ඇත.
පළ කිරීමේ කාලය: මැයි-10-2021