توصيفگر ها :
بازيافت , ته سيگار , الياف كربن فعال , الياف نيكل/كربن , جذب مايكروويو
چكيده فارسي :
يكي از نگراني¬هاي اصلي براي كاهش آلودگي محيط¬زيست در سراسر جهان، بازيافت ته سيگار استفاده شده به شمار مي¬رود. همچنين مواد مركب شامل كربن/ فلزات مغناطيسي با ساختارهاي متخلخل توجه تحقيقات زيادي را به خود جلب كرده اند.اين مواد براي توليد مواد جاذب امواج مايكروويو (MAMs) با وزن پايين، مورد توجه قرار گرفته اند. در پژوهش حاضر از ته سيگارهاي استفاده شده براي توليد الياف كربن فعال (ACFs) با مناطق متخلخل مزو و ميكرو استفاده‌شده است. بدين منظور توليد ACFs با استفاده ازفعال ساز هيدروكسيد سديم (NaOH) و طي فرآيند هم‌زمان تك‌مرحله‌اي كربنيزاسيون/ فعال‌سازي ،كنترل‌شده است. ازاين‌روي تعدادي از عوامل حائز اهميت ازجمله تأثير غلظت NaOH (10، 50 و g/L 100) و نرخ فعال¬سازي (2، 6 و °C/min10) بر ساختار سطحي، ريزساختار، سطح مخصوص و حجم ميكرو/مزو متخلخل ACFs توليدشده موردبررسي قرار گرفتند.آغشته سازي فيلترهاي سيگار استفاده شده با NaOH نه‌تنها پايداري گرمايي و بازده كربني بالاتر، بلكه سطح مخصوص ACFs را نيز افزايش مي¬دهد. ساختار سطحي و ريزساختار ACFs توليدشده نشان‌دهنده عيوب صفحات كربني بازال است. نقاط متخلخل بر روي سطوح نمونه با فرآيند كربنيزاسيون/ فعال‌سازي يك مرحله‌اي تشكيل مي‌شوند. همچنين ACFs با ساختار غالب ميكرو متخلخل با مقدار سطح مخصوص m2/g1357 در غلظت g/L10 از NaOH و نرخ فعال‌سازي كم به دست آمد. علاوه بر اين ساختار ACFs مزو متخلخل نيز در سطوح غلظت بالاتر NaOHو نرخ فعال¬سازي كم¬تر توليد شدند. در مرحله بعدي روشي آسان و جديد براي تبديل ته سيگارهاي آغشته شده با Ni(NO3)2.6H2O، براي توليد الياف متخلخل نيكل/كربن (Ni/C) مورداستفاده قرار گرفت.ساختار سطحي، ريزساختار، سطح مخصوص و خواص مغناطيسي الياف كامپوزيتي توليدشده به‌صورت تابعي از غلظت نمك Ni(NO3)2.6H2O و نرخ گرمايش در فرآيند كربنيزاسيون موردبررسي قرار گرفتند. ساختار سطحي و توده‌اي آن‌ها نشان داد كه نانو ذرات نيكل بر روي الياف كربن متخلخل تشكيل‌شده است. تشكيل نانو ذرات نيكل بر روي الياف كامپوزيتي ويژگي‌هاي مغناطيسي را بهبود داده و نه‌تنها باعث افزايش مغناطيس اشباع (emu/g71-16) شده بلكه باعث كاهش وادارندگي مغناطيسي (Oe117-30) نيز شد. با كاهش نرخ گرمايش و غلظت نمك نيكل، سطح مخصوص به m2/g7/215 افزايش‌يافته و ساختار مزو متخلخل نيز ايجادشده كه مي¬تواند منجر به بازتاب‌هاي متعدد و خواص جذب امواج مايكروويو بهتر شود. الياف كامپوزيتي Ni/C با غلظت نمك نيكل mol/L5/0 و نرخ گرمايش °C/min 2 ، داراي خواص MAMs فوق‌العاده با حداقل اتلاف انعكاسي dB5/75- در GHz 5/11، پهناي باند GHz0/11 و اتلاف انعكاس ويژه GHz.dB/mm 0/1661بودند. اين تحقيق يك روش قابل‌كنترل و آسان براي توليد ACFs با مناطق ميكرو/ مزو متخلخل كنترل‌شده را از طريق بازيافت ضايعات سيگار استفاده شده معرفي مي كند و همچنين يك رويكرد جديد براي توليد الياف كامپوزيتي Ni/C متخلخل از طريق بازيافت ته سيگار با وزن پايين و خواص MAMs قابل تنظيم را نشان مي دهد.
چكيده انگليسي :
Recycling of smoked cigarette butts is the main concern for decreasing the worldwide environmental pollution. Magnetic metals/ carbon composites with porous structures have attracted much investigation for lightweight microwave absorbing materials (MAMs). In this study, micro/ mesoporous-controlled activated carbon fibers (ACFs) are manufactured by a one-step simultaneous carbonization/ activation process derived from smoked cigarette butts, in which sodium hydroxide (NaOH) acts as the chemical activation agent. The effects of NaOH concentration (0, 10, 50, and 100 g/L) and activation rate (2, 6, and 10 °C/min) on surface morphology, microstructure, surface area, and micro/ mesoporous volume of the synthesized ACFs were investigated. The NaOH impregnation of smoked cigarette filters not only enhances the thermal stability and the carbon yield, but also increases the specific surface area. The surface morphology and microstructure of synthesized ACFs exhibited that the defects of basal carbon planes and porous spots are formed on the sample surfaces with a facile one-step carbonization/ activation process. Microporous ACFs with a high surface area of 1357 m2/g were obtained by NaOH concentration of 10 g/L and low-value activation rate. Moreover, mesoporous ACFs were synthesized on higher values of NaOH concentration with lower values activation rate. In the next step facile synthesis method of carbonizing Ni(NO3)2.6H2O impregnated cigarette butts was designed to manufacture novel porous nickel/carbon (Ni/C) fibers. The surface morphology, microstructure, surface area, and magnetic properties of synthesized composites can be adjusted by Ni(NO3)2.6H2O concentration and heating rate in the hydrothermal process. The surface and bulk structure exhibited that nickel nanoparticles are formed on the porous carbon. The formation of the nickel nanoparticles onto composite fibers improved magnetic characteristics, not only increasing the saturation (16−71 emu/g) but also decreasing coercivity (30-117 Oe). With decreasing heating rate and nickel salt concentration, the surface area increases to 215.7 m2/g and mesoporous structure, resulting in the multiple reflections and absorption of the incident microwave. The Ni/C fibers with 0.5 mol/L nickel concentration and 2 °C/min heating rate possesses the extraordinary MAMs with minimum reflection loss of −75.5 dB at 11.5 GHz, 11.0 GHz of effective bandwidth, and 1661.0 GHz.dB/mm of relative RL. This research introduced an easy controllable procedure for the micro/mesoporous-controlled ACFs through recycling smoked cigarette butts and displayed a novel protocol for the fabrication of porous Ni/C composite fibers through recycling cigarette butts with lightweight and tunable MAMs.
