1
ستاد ویژه توسعه فناوری نانو Iran Nanotechnology Innovation Council بستن
  • ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

  • بانک اطلاعات شاخص های فناوری نانو

  • سایت جشنواره فناوری نانو

  • سیستم جامع آموزش فناوری نانو

  • شبکه آزمایشگاهی فناوری نانو

  • موسسه خدمات فناوری تا بازار

  • کمیته استانداردسازی فناوری نانو

  • پایگاه اشتغال فناوری نانو

  • کمیته نانو فناوری وزارت بهداشت

  • جشنواره برترین ها

  • مجمع بین المللی اقتصاد نانو

  • اکو نانو

  • پایگاه اطلاع رسانی محصولات فناوری نانو ایران

  • شبکه ایمنی نانو

  • همایش ایمنی در نانو

  • گالری چند رسانه ای نانو

  • تجهیزات فناوری نانو

  • صنعت و بازار

  • باشگاه نانو

نانولوله کربنی و کاربردهای صنعتی آن در نفت و گاز

افراد مقاله : ‌ نویسنده اول - مریم دارایی , نویسنده دوم - صدیقه صادق حسنی

موضوع : آموزش و ترویج کلمات کلیدی : نانولوله‌ کربنی - نفت و گاز، بالادستی و پایین دستی - نانوجاذب تاریخ مقاله : 1398/07/09 تعداد بازدید : 225

ترکیبات کربنی زیربنای حیات در زمین هستند و اهمیت اقتصادی فراوانی دارند. تقریباً ده میلیون ترکیب کربنی وجود دارند که حضور هزاران نوع از آنها در فرآیندهای حیاتی و واکنش های آلی بسیار مهم، ضروری است. این ترکیبات در فناوری نانو نیز دسته‏ ای مهم و مشخص را به خود اختصاص می دهند که نانوساختارهای کربنی خوانده می شود. این نانوساختارها به دلیل اندازه کوچک، حجم منافذ و مساحت سطح ویژه بالا، دارای خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی هستند که کاربردهای گسترده‌ای را پیدا کرده‌اند. حضور این مواد باعث پیشرفت شگرفی در صنایع مختلف و به خصوص نفت و گاز شده است. بر این اساس، تحقیقات فراوانی بر روی نانولوله‌های کربنی و کاربردهای آن ها در صنعت نفت و گاز انجام شده است. به علت اهمیت این موضوع، در این تحقیق نانولوله‌های کربنی و کاربردهای ‌آن ها در حفاری و ازدیاد برداشت، پوشش‌های ضدخوردگی، نانوکامپوزیت‌ها، نانوجاذب‌ها و نانوکاتالیست‌ها مورد بررسی قرار گرفته است.

 

1: مقدمه

نانولوله‌های کربنی، لوله‌های استوانه‌ای شامل شبکه شش‏ضلعی از اتم‌های خالص کربن هستند. در دو انتهای لوله‌ها نیز سرپوش‌هایی از حلقه‌های کربن پنج‏ضلعی وجود دارند. آرایش اتم‌های کربن در دیواره این ساختار استوانه‌ای دقیقاً مشابه ساختار کربن در صفحات گرافیت است. در گرافیت شش‎‏ضلعی‌های منتظم کربنی در کنار یک‏دیگر صفحات گرافیت را می‌سازند. این صفحات کربنی روی یک‏دیگر با پیوندهای ضعیف واندروالس انباشته می‌شوند و هنگامی ‌که صفحات گرافیت در هم می‏پیچیدند، نانولوله‌های کربنی شکل می‏گیرند [1].

نانولوله‌های کربنی می‌توانند به صورت تک دیواره، دو دیواره و یا چند دیواره باشند. آنها استوانه‌هایی با انتهای باز یا بسته هستند. حالت رسانایی و نیمه‏رسانایی نانولوله‌ها به شکل هندسی آنها و نحوه رول شدن صفحات گرافیتی و زاویه پیچش نانولوله بستگی دارد. از طرفی نحوه رول شدن ورقه گرافیتی ممکن است بر اندازه شعاع نانولوله اثر بگذارد. در این بین، ساختار لوله، قطر و اندازه آن دو مشخصه اساسی هستند. نانولوله‌های کربنی از مهم‌ترین و پرکاربردترین ساختارهای کربنی هستند که اخیراً کشف شده‌اند. آنها خواص و ویژگی‌هایی منحصربه‌فرد و مدول یانگ بالا، استحکام بسیار بالا و انعطاف و پیچش‌پذیری خوبی دارند. مهم‌ترین خاصیت نانولوله‌ها هدایت الکتریکی آنهاست که بسته به میزان نظم قرار گرفتن اتم‌ها قابل تغییر است. آنها هم‌چنین هدایت حرارتی بسیار بالایی دارند. علت استحکام و مقاومت بالا و مدول الاستیک بسیار خوب نانولوله‌های کربنی، پیوند محکم بین اتم‌هایشان می‌باشد. استحکام نانولوله‌های کربنی ناشی از پیوندهای sp2 بین اتم‌های کربن است که باعث شده نانولوله‌ها قوی‌ترین و سفت‌ترین مواد شناخته‏شده در استحکام کششی و مدول الاستیک باشند. تحت فشار بیش از حد کشش، نانولوله‌ها تغییر شکل می‏دهند که این تغییر شکل دائمی است و در فشار تقریباً 5 درصد شروع می‏شود و تا حداکثر فشار ایجاد شده روی نانولوله، تا قبل از ایجاد ترک، افزایش می‌یابد. استحکام نانولوله‌های کربنی تک‏دیواره بسیار بالاست، اما استحکام نانولوله‌های کربنی چنددیواره، به‏علت فعل و انفعالات برشی ضعیف لایه‌های مجاور و لوله‌ها، کاهش می‏یابد. نانولوله‌های کربنی بسیار مرتجع‏اند و مقاومت خوبی در مقابل تغییر شکل از خود نشان می‌دهند و با حذف فشار از روی‏ آنها، بدون تخریب ساختارشان، به حالت اولیه بر می‌گردند، زیرا عیوب کمی در ساختار دیواره‌شان دارند. هم‏چنین هنگام خم شدن آنها، ساختار حلقه‌های شش‏ضلعی در دیواره تغییر می‌کند اما نمی‌شکند[2]. مهم‌ترین خاصیت فیزیکی نانولوله‌ها هدایت الکتریکی و گرمایی آنهاست. هر اتم در جایگاه خود درحال ‏ارتعاش‌ است و وقتی که یک الکترون (یا بار الکتریکی) به مجموعه‌ای از اتم‌ها وارد می‌شود، ارتعاش اتم‌ها بیش‏تر می‏شود و در اثر برخورد با یک‌دیگر بار الکتریکی واردشده را منتقل می‏کنند. هر چه نظم اتم‌ها بیش‏تر باشد، هدایت الکتریکی آن دسته از نانولوله‌ها بیش‏تر خواهد بود. بنابراین نانولوله‌ها می‌توانند به‌عنوان رسانای یک‌بعدی در پدیده‌های گوناگون که در دماهای پایین اتفاق می‌افتند عمل کنند. گرمای ویژه و هدایت حرارتی نانولوله‌های کربنی به فوتون‌ها ‏ و دما وابسته می‌باشد. نانولوله‌های کربنی، به علت پیوندهای کربن- کربن قوی گرافن، در دمای زیر 20 کلوین خواص فوق‏هادی نشان می‌دهند. آنها هادی‌ گرمایی خوبی در جهت محور هستند، اما هم‌زمان عایق‌هایی خوب در جهت عمود بر محور نانولوله‌های کربنی هستند. نانولوله‌های کربنی، به‏دلیل هدایت گرمایی بالا، خواص مواد کامپوزیت و خواص گرمایی مواد ترمومکانیک را بسیار بهبود می‏بخشند. واکنش‏پذیری شیمیایی یک نانولوله ‏نسبت به مواد دیگر قابل توجه است که مستقیماً با خمیده شدن نانولوله کربنی افزایش می‌یابد. این انحنا باعث اختلاط اوربیتال π و σ می‌شود که به هیبریداسیون بین اوربیتال‌ها می‌انجامد. از این رو واکنش‌پذیری نانولوله‌ها مستقیماً به اوربیتال π بستگی دارد و با انحنا افزایش می‌یابد. بنابراین یک نانولوله با قطر کوچک‌تر واکنش‌پذیری بیشتری دارد[3]. شکل 1 تعدادی از خواص و کاربردهای نانولوله کربنی در صنعت نفت و گاز نشان می‌دهد.

نانولوله‎‌های کربنی به علت شکل هندسی خاص دارای خواص گوناگونی هستند که منجر شده است کاربردهای مختلفی را در صنایع مختلف به خصوص نفت و گاز از خود نشان بدهند. استفاده از این نانوساختارها به صورت نانوسیالات در حفاری و ازدیاد و برداشت نفت خام، نانوکامپوزیت‌ها، نانوکاتالیست‌ها، نانوجاذب‌ها و نانوپوشش‌های ضد خوردگی بسیار مورد توجه است. با توجه به اهمیت بالای این نانومواد، هدف این مقاله بررسی کاربردهای صنعتی نانولوله‌های کربنی در صنعت نفت و گاز می‌باشد.

 

2: کاربردهای صنعتی نانولوله‌های کربنی در صنعت نفت و گاز

1.2: نانوسیالات در حفاری و ازدیاد برداشت

انتقال حرارت در سیالات قدیمی، مانند روان‌سازها، خنک‏کننده‌های موتور و آب، ذاتاً پایین است. با افزایش رقابت، صنایع به بهبود بازده انرژی سیالات منتقل‏کننده حرارت، با هدایت‌ حرارتی بالاتر از سیالات در دسترس کنونی، نیاز دارند. نانوسیالات انواع جدید سیالات انتقال حرارت هستند که دارای مقادیر بسیار کمی نانوذره (ترجیحاً کم‏تر از 10 نانومتر) می‌باشند که به‏شکلی یک‏نواخت و پایدار در مایع معلق شده‌اند تا بتوان به بالاترین مقدار ممکن هدایت حرارتی دست یافت. افزایش ضریب هدایت حرارتی سیال، یکی از عوامل مؤثر در افزایش راندمان انتقال حرارت می‌باشد. چون ضریب هدایت حرارتی جامدات بزرگتر از مایعات است، افزودن ذرات جامد، به‏ویژه در مقیاس نانو، به سیالات متداول انتقال حرارت (مانند آب، اتیلن‏گلیکول و روغن موتور) ، ضریب هدایت حرارتی نانوسیالات به‏دست‏آمده را بسیار افزایش می‏دهد. یکی از این نانومواد که توجه بسیاری را به خود جلب کرده است نانولوله‌های کربنی ‌می‌باشد. از مزایای نانوسیالات می‌توان عدم‏افت فشار، عدم‏گرفتگی مجاری عبور سیال و متعاقباً کاهش سایش و خوردگی تجهیزات، بهبود انتقال حرارت و افزایش راندمان تجهیزات سرمایش و گرمایش، کاهش اندازه تجهیزات تبادل گرما، کاهش مصرف انرژی و هزینه‌ها و افزایش راندمان دستگاه‌های تبدیل انرژی و کاهش مصرف سوخت که منجر به کاهش انتشار آلاینده‌های زیست‏محیطی می‌شود، اشاره کرد. از طرفی، فعالیت و انرژی بالای اتم‌های سطحی نانوذرات و نیروهای واندروالس قوی بین آنها باعث چسبیدن ذرات به یک‏دیگر و کلوخه شدن آنها در سیال پایه می‌شود که به ناپایداری و تغییر غلظت نانوسیال می‏انجامد که گذشته از رسوب و انسداد مسیر عبور جریان، هدایت حرارتی نانوسیال را به‏شدت کاهش می‌دهد. برای جلوگیری از کلوخه شدن و رسوب ذرات و دست‏یابی به نانوسیالات پایدار از روش‌هایی مثل افزودن مواد فعال سطحی به سیال پایه، استفاده از ارتعاشات حاصل از دستگاه اولتراسونیک و کنترل اسیدیته نانوسیالات به کمک پتانسیل زتا استفاده می‌شود که هر سه به خواص سطحی نانوذرات معلق‏شده و توقف تشکیل رسوب و خوشه‌های نانوذرات در سیال پایه کمک می‌کنند. یکی از کاربردهای مهم نانوسیالات در بخش‌های مختلف حفاری نفت خام، کنترل دانسیته گل حفاری، پایدارسازی دیواره چاه، کاهش ضخامت کیک گل برای جلوگیری از چسبندگی لوله حفاری، کاهش اثرات مخرب زیست‏محیطی، بهبود خاصیت روان‌کنندگی گل و جلوگیری از تخریب سازند‌های رسی می‌باشد.

معمولاً هنگام استفاده از سیمان‌های سنگین در حفاری طبقات پرفشار، مشکلاتی در زمینه اختلاط، پمپ کردن و نیز رسوب ذرات جامد سنگین و ته‌نشست آنها رخ می‏دهند. مقاومت فشاری اولیه دوغاب‌های سنگین با مقادیر زیاد مایع کم است. بنابراین استفاده از افزودنی‌های شیمیایی برای اجرای موفق سیمان‌کاری مؤثر است، اما مهم‏ترین عامل تعیین‏کننده در دوغاب‌ها نسبت آب به سیمان است. کاربرد نانومواد در تولید سیمان و بتن می‌تواند زیرساخت صنعت عمران را بهبود بخشد، زیرا مقاومت مکانیکی و عمر بتن به ساختار میکروی آن و انتقال جرم در ابعاد نانو بستگی دارد. با تنوع سازند‌های حفاری و افزایش عمق، دانسیته سیال حفاری باید دائم تنظیم شود تا سیستم در حالتی مناسب باقی بماند[4].

در یک تحقیق نانولوله‌های کربنی چند دیواره بر روی نانوکامپوزیت اپوکسی/ شیشه دوپ شدند و برای بررسی میزان هدایت گرمایی و ویژگی‌های انتقال حرارتی مواد بر روی لیزر حفاری مورد بررسی قرار داده شد. نتایج نشان داد که استفاده از نانولوله‌های کربنی چند دیواره در نانوکامپوزیت باعث بهبود زیادی در خواص حرارتی نسبت به کامپوزیت عاری از نانولوله کربنی داشته است[5]. در یک تحقیق غلظت‌های مختلف نانولوله کربنی که به روش رسوب بخارشیمیایی سنتز شده بود به گل حفاری اضافه شد و خواص رئولوژیکی گل حفاری در صورت افزودن نانولوله کربنی مورد بررسی قرار داده شد. بهترین نتیجه زمانی به دست آمد که از نانولوله کربنی با غلظت 1/0 درصد حجمی استفاده شد[6]. همچنین در یک مطالعه اثر نانوذرات مختلف از جمله ننولوله کربنی و هیبرید آن با سیلیکا در غلطت‌های مختلف تهیه و به گل حفاری اضافه شد و بررسی خواص رئولوژیکی و انتقال حرارت، بهبود قابل توجهی در این خصوصیات را نشان داد[7]. در تحقیقی دیگر از نانولوله‌های کربنی به همراه نانوسیم‌های اکسید روی برای بررسی ویسکوزیته گل حفاری استفاده شد و نتایج نشان داد که استفاده از 1% نانولوله کربنی در ترکیب با 2 گرم اکسید روی منجر به کاهش 50 درصد اتلاف آب و افزایش 24% ویسکوزیته می‌گردد[8].

یکی دیگر از کاربردهای نانولوله‌های کربنی در ازدیاد برداشت نفت خام می‌باشد. فرایند ازدیاد برداشت نفت خام شامل تزریق گاز، مواد شیمیایی و روش حرارتی است. در روش تزریق گاز به طور معمول از ترکیبات گازی مانند دی اکسید کربن، نیتروژن و هیدروکربن‌های سبک نفتی استفاده می‌شود [9]. به دلیل اینکه حدود %70- 60 نفت مخازن به وسیله روش‌های مرسوم و سنتی نمی‌تواند بازیافت شود، بنابراین استفاده از نانو ذرات و به خصوص نانولوله‌های کربنی در فرایند ازدیاد برداشت نفت مورد توجه قرار گرفته است[10]. از طرفی نانومواد کربنی نظیر نانولوله‌های کربنی، گرافن و فولرن‌ها نیز در فرایند ازدیاد برداشت بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. از بین نانو مواد کربنی، نانولوله‌های کربنی به علت استحکام کششی بالا، هدایت گرمایی و خواص مقاومت در برابر خوردگی بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. در فرایند بازیافت نفت، تزریق نانولوله‌های کربنی به عنوان یک نانوسیال به علت اعمال نیروی الکترومغناطیسی قوی، منجر به افزایش استخراج تا بیش از 70 درصد می‌شود نظیر بهبود زیادی که در فرایند‌های حفاری از خود نشان می‌دهند[11].

رویز و رسسکو بر روی نانوهیبرید‌های نانولوله کربنی تک دیواره و چند دیواره (بخش آب‌گریز) ترکیب شده با ذرات اکسید فلزی آلومینا (بخش آبدوست) به عنوان تثبیت‌کننده‌های امولسیون‌ آب/نفت تحقیق کردند. همچنین آنها نمونه‌های امولسیونی را تهیه کردند و تصاویر میکروسکوپی آن‌ها را، 5 روز بعد از سونیک کردن مورد بررسی قرار دادند. قطرات امولسیون کروی بوده و اندازه‌ای بین چند میکرون تا هزار میکرون داشتند. به طور کلی مشاهده شد که قطرات کوچکتر با غلظت‌های بالاتر نانوذرات، به ویژه هنگامی که غلظت نانوذرات از wt%1/0 به wt% 5/0 افزایش یابد، تولید شده است. هنگامی که غلظت نانوذرات کمتر wt% 5/0در فاز آبی باشد، قطرات امولسیون یک توزیع اندازه ذره دوتایی در حدود 10 میکرون و 1000 میکرون را نشان می‌دهند. در امولسیون با غلظت نانوذرات بالاتر از wt% 5/0، قطرات توزیع یکتایی در محدوده 2-10 میکرون را نشان می‌دهند و در امولسیون با غلظت wt% 5/0، با افزایش شوری اندازه قطرات امولسیون کاهش می‌یابد[12].

در تحقیقی دیگر، اثر نانولوله‌های کربنی بر پایه نانوسیالات بر روی کشش سطحی و ازدیاد برداشت نفت خام بررسی شد. نانولوله‌های کربنی به روش رسوب بخار شیمیایی سنتز شدند و اثر غلظت‌های مختلف نانولوله کربنی بر روی کشش سطحی و EOR مورد بررسی قرار داده شد. نتایج نشان داد که استفاده از نانولوله کربنی منجر به افزایش کشش سطحی شده و غلظت بهینه 3/0 درصد وزنی از نانولوله کربنی دارای بیشترین کشش سطحی برابر با mN/m 46/33 و فاکتور بازیافت نفت 57/18% بود[13]. در یک تحقیق از غلظت‌های مختلف نانولوله کربنی (01/0،05/0 و 1/0درصد وزنی) به عنوان نانوسیال در بررسی خصوصیات ازدیادبرداشت نفت خام استفاده شد. بر اساس نتایج استفاده از نانولوله‌های کربنی در فرایند EOR بسیار مناسب می‌باشد و بهترین راندمان بازیافت برابر با 8/31% برای غلظت 05/0درصد وزنی نانولوله کربنی به دست آمد[14]. آجیستا و همکارانش اخیراً به مروری بر انواع نانوذرات و به خصوص نانولوله‌های کربنی و کاربردشان در صنعت با تاکید بر فرایند ازدیادبرداشت نفت خام پرداخته اند[15].

 

2-2: پوشش‌های ضد خوردگی

محیط‌هایی فراوانی هستند که شرایط آنها به لحاظ خوردگی بسیار مورد توجه می‌باشد. سازه‌ها و تجهیزات مختلفی که در مناطق ساحلی و در اقیانوس‌ها قرار دارند، تجهیزاتی که برای استخراج و فرآوری نفت شیل مورد استفاده قرار می‌گیرند، پمپ‌ها، مخازن، خطوط لوله، ماشین‌آلات و مواردی از این‌ قبیل که از جنس فولاد هستند و در این صنایع استفاده می‌شوند، در معرض خوردگی قرار دارند. بنابراین می‌توان در تمام این موارد از نانوپوشش‌های ضد خوردگی شامل نانولوله کربنی برای محافظت از خوردگی و کاهش خطرات ناشی از آن استفاده کرد. این نانوپوشش‌ها به علت فراهم کردن مسیر طولانی در برابر اکسیژن و رطوبت، مانع از دسترسی عوامل ایجاد خوردگی در محیط، به بستر فلزی می‌شوند (شکل 2). بنابراین با توجه به کارایی و عمر بالاتر و نیاز به اعمال ‌لایه نازک‌تر برای نانوپوشش ضدخوردگی حاوی نانولوله کربنی، می‌توان مقابله ارزان‌تر و موثرتری با خوردگی داشت. فولادهای به‌کاررفته در عملیات موجود در صنعت نفت و گاز باید بتوانند در برابر آب شور، سیالات تولیدشده در هر مرحله از فرآیند، ضربه و سایش و عوامل مختلف دیگری که خوردگی را تشدید می‌کنند، مقاومت کند. نانوپوشش ضدخوردگی حاوی نانولوله کربنی، کارایی بسیار بالایی در این‌گونه محیط‌ها دارد[16].

با استفاده از روش‌های توزیع، عامل‌دار کردن و لایه‌نشانی سطوح بزرگ، می‏توان از نانولوله‌های کربنی به‏عنوان مواد پوششی استفاده کرد. افزودن نانولوله‌های کربنی به رنگ‌های ضدخوردگی فلزات می‌تواند سختی پوشش و استحکام را افزایش دهد و در عین حال یک مسیر الکتریکی را برای محافظت کاتدی فراهم کند. در میان نانوساختارهای مختلف، پوشش‌های حاوی نانولوله‌های کربنی، مقاومت بیش‏تری در برابر خوردگی نشان می‏دهند و به‏طور کلی، استفاده از نانومواد کربنی در رنگ‌ها و پوشش‌های آلی موجب بهبود چسبندگی پوشش آلی به زیرلایه فلزی، افزایش سختی، ارتقای خواص مکانیکی و بهبود رفتار حفاظتی پوشش می‌شود، زیرا نانوساختارهای کربنی ویژگی‌هایی منحصربه‏فرد چون سطح ویژه زیاد، استحکام مکانیکی بالا، وزن کم و توان مقاومت در برابر خراش دارند. این ویژگی‌ها باعث شده‏اند که نانوساختارهای کربنی ماده مناسبی برای بسیاری از کاربردها باشد[16]. گوپاکومار و همکارانش خواص پوشش رنگ‌های آکریلیکی پایه‏آبی حاوی (5 و 10 درصد وزنی) نانوذرات رس مونت‌موریلونیت (MMT-Na) و هیدروتالسیت (HT) ، نانولوله‌های کربنی تک‏دیواره (SWCNT) و فولرن (Ful) را بررسی کردند. نتایج بررسی نشان دادند که سرعت انتقال بخار آب از درون نانوپوشش‌های حاوی مونت‌موریلونیت (MMT) ، نانولوله‌های کربنی تک‏دیواره و فولرن کاهش یافت. بنابراین نانوساختارهای کربنی عملکردی بهتر در افزایش مقاومت به خوردگی پوشش‌های آلی دارند[17].

دنیس و همکارانش نیز سه نوع پوشش پلی‌اتریمید حاوی گرافن غیرعامل‌دار (UFG/PEI) ، پلی‌اتریمید حاوی گرافن و نانولوله‌های کربنی (UFG/MWCNT/PEI) و پلی‌اتریمید حاوی نانولوله‌های کربنی (MWCNT/PEI) را مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان دادند که پس از 3144 ساعت غوطه‌وری در محلول NaCl، فقط دو نمونه UFG/MWCNT/PEI حاوی 2 درصد وزنی از نانوذرات و UFG/PEI حاوی 20 درصد وزنی نانوذرات دچار خوردگی نشدند. هم‏چنین، پوشش UFG/MWCNT/PEI حاوی 2 درصد وزنی نانوذرات کم‏ترین سرعت خوردگی را دارد.]18[.

در تحقیق آشکار شد که وجود ترک‌ها، نقص‌ها و حفره‌های در اندازه میکرو و مکان‌های فعال،می‌توانند منجر به ایجاد خوردگی در تجهیزات شوند. آنها نشان دادند که استفاده از نانو لوله‌کربنی در ترکیب با استیل منجر می‌شود که حفره‌ها و ترک‌ها پر شده و باعث ایجاد مقاومت و ممانعت در مقابل خوردگی می‌گردد[16].

در تحقیقی، سرعت خوردگی کربن استیل در نانوسوسپانسیونی شامل نانولوله‌های کربنی بررسی و مشاهده شد که، در مقایسه با آب مقطر، افزودن مواد فعال سطحی مانند سدیم دودسیل سولفات (SDS) و سدیم دودسیل بنزن سولفونات (SDBS) به محلول آب، جریان خوردگی را افزایش می‌دهد اما عامل‌دار کردن نانولوله‌های کربنی از خوردگی کربن استیل جلوگیری می‌کند. علت این افزایش خوردگی در استفاده از مواد فعال سطحی، افزایش انتقال جرم گونه‌ها به فلز و از فلز است. با افزودن گروه‌های ممانعت‏کننده بازی CSI (برپایه نیتریت) ، سرعت خوردگی از 538/0 به mpy 499/0 کاهش می‌یابد، در حالی‌ که افزودن گروه‌های اسیدی و بازی ممانعت‏کننده تجاری به نمونه عامل‌دار سرعت خوردگی را از 538/0 به 26/4 می‏رساند[19].

در تحقیق خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی لوله استیل در شرایط اسیدی با کمک نانولوله‌های کربنی مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق نانولوله‌های کربنی به روش رسوب بخار شیمیایی و به کمک کاتالیست‌های آهن و نیکل سنتز شدند. لوله استیل در ترکیب با نانولوله کربنی هم مقاومت مکانیکی بالاتر و هم مقاومت به خوردگی بیشتری را در محیط اسیدی نسبت به استیل معمولی از خود نشان داد[20]. در یک تحقیق نانولوله‌های کربنی بر روی اکسید آلومینیوم پوشش داده شدند و برای بررسی مقاومت ضدخوردگی مورد بررسی قرار داده شدند. در ابتدا نانولوله‌های کربنی عامل‌دار شدند و سپس برای سنتز هیبرید CNT-Al2O3 از روش سل ژل استفاده گردید. نتایج نشان داد که استفاده از نانولوله‌های کربنی منجر به بهبود خواص مکانیکی و خواص ضدخوردگی گشته بود[21]. در تحقیقی دیگر به منظور بررسی اثر ضد خوردگی پلی متیل متااکریلات (PMMA) - سیلوکسان – سیلیکا، از گرافن اکسید و نانولوله کربنی به عنوان مواد تقویت کننده کامپوزیت و پوشش ضد خوردگی استفاده شد. گرافن اکسید و نانولوله کربنی به ترتیب به محلول آب / اتانول و مواد فعال سطحی اضافه شده و در نهایت با نسبت مولی 05/0% به کامپوزیت اضافه شدند. نتایج تحقیقات نشان داد که هم گرافن اکسید و هم نانولوله کربنی خواص مکانیکی و ضد خوردگی بالاتری را نسبت به کامپوزیت از خود نشان داده‌اند[22].

 

3.2: نانوکامپوزیت‌ها

در پروژه‌های فراوانی برای بهبود خواص مکانیکی، الکتریکی و گرمایی، نانولوله‌های کربنی به ساختار کامپوزیت‌ها وارد شدند. در موارد مختلف، استفاده از نانولوله‌های کربنی به‏عنوان پرکننده به تشکیل مواد نانوکامپوزیت منجر می‌شود. ایده اصلی ساخت نانوکامپوزیت‌ها، ادغام نانولوله‌های کربنی در مواد پلیمری یا مواد دیگر است تا خواص مواد بهبود یابند. بسیاری مواقع، نانولوله‌های کربنی به‏عنوان یک پرکننده هادی در پلیمرها استفاده شده‌اند که، به‏علت داشتن نسبت ظاهری بالا، بسیار موثر بوده‏اند. اثر افزایش نانولوله‌های کربنی بر خواص الکتریکی و رئولوژی کامپوزیت پروپیلن تقویت‏شده با نانولوله کربنی بررسی شده و نتایج نشان داده‏اند که با افزایش مقدار نانولوله کربنی، مقاومت حجمی کامپوزیت‌ها کاهش می‌یابد هم‏چنین با افزودن نانولوله کربنی، ویسکوزیته کامپوزیت‌ها افزایش می‌یابد[23].

نانوکامپوزیت‌های پلی‏ایمید/ نانولوله کربنی با فرآیند درجا سنتز شده و استحکام خمشی و سختی و رفتار اصطکاک و سایش نانوکامپوزیت پلی ایمید/ نانولوله کربنی (PI/CNT) بررسی شد. نتایج نشان دادند که استحکام خمشی و سختی نانوکامپوزیت PI/CNT با افزایش درصد نانولوله‌های کربنی افزایش و اصطکاک و ایجاد خاصیت ضدسایش در نانوکامپوزیت‌ها کاهش می‌یابد، زیرا ظرفیت و استحکام مکانیکی با افزودن نانولوله‌های کربنی افزایش می‌یابد. گارسیا و همکارانش، با فرآیند ذوب کردن، نانوکامپوزیت پلیمر پلی‏بوتیل‏ترفتالات (PBT) را با WCNTها ساختند و نشان دادند که SWCNTها بر جهت‏گیری پلیمر در طول فرآیند تنش تأثیر دارند[24]. در تحقیقی دیگر باتاچایا مخلوط استایرن مالئیک بدون آب و SWCNTها را با شبکه پلی‏آمید 12 (PA12) مخلوط و خواص مکانیکی آنها را بررسی کرد[25]. نتایج نشان دادند که SWCNTها به‏خوبی در کوپلیمر توزیع و در نتیجه خواص مکانیکی معمول بهبود می‏یابد. در تحقیقی نانوکامپوزیت نایلون/ MWCNT با فرآیند پلیمریزاسیون درجا تولید شد[26]. برای این منظور از دو نوع MWCNT خام و اسیدشویی‏شده به‏عنوان مواد تقویت‏کننده استفاده شد و خواص مکانیکی، گرمایی، الکتریکی و رئولوژی را در دماهای مختلف بلوری شدن و ریخت‏شناسی‌های متفاوت برای هر دو حالت نانولوله کربنی خام و اسیدشویی‏شده بررسی کردند. نتایج نشان دادند که نانولوله‌های کربنی خام به‏خوبی در پلیمر نایلون توزیع شدند، اما در نانولوله کربنی اسیدشویی‏شده، به‏علت وجود گروه‌های عاملی، توزیع خوبی مشاهده نشد و دمای بلوری شدن با افزایش نسبت MWCNTها در نایلون افزایش یافت. در تحقیقی دیگر، با افزودن نانولوله کربنی تک‏دیواره خواص مکانیکی نانوکامپوزیت اپوکسی/ SWCNTها بسیار بهتر شد و مدول کشسانی 8/50 درصد افزایش یافت[27].

نانوکامپوزیت پلی‏متیل‏متااکریلات با نانولوله کربنی (PMMA/MWCNT) در فرآیند ذوب اختلاطی با مقدار نانوالیاف 5 تا 10 درصد وزنی، تولید شد. با 5 درصد وزنی نانوالیاف کربنی، مدول کشسانی محوری کامپوزیت میله‌ای شکل، در مقایسه با PMMA به‏تنهایی، بیش از 50 درصد بهبود یافت. همچنین این نانوکامپوزیت‌ پایداری گرمایی از خود نشان دادند. می‌توان با افزودن نانولوله کربنی بر رئولوژی یک سیستم پلیمری تأثیر گذاشت. در تحقیقی در غلظت‌های کم نانولوله کربنی، چون هیچ نانولوله‏ای با پلیمر در تماس نیست، رئولوژی سیستم پلیمری مشابه غیاب نانولوله کربنی است، اما در غلظت‌های بالاتر، چون نانولوله کربنی می‏تواند به شبکه زنجیره پلیمری اتصال یابد، رفتار رئولوژیکی تغییر می‌کند [28].

در سال‌های اخیر تعداد زیادی از پلیمرها مانند اپوکسی، پلی‏متیل‏متااکریلات، پلی‏وینیل‏الکل، پلی‏وینیل‏کلرید، پلی‏اتیلن و پلی‏استایرن به‏عنوان زمینه‌هایی برای آماده‌سازی کامپوزیت‌های پلیمر/ نانولوله کربنی استفاده شده‌اند. افزودن نانولوله کربنی به افزایش هدایت الکتریکی از 001/0 در غلظت 005/0 درصد وزنی تا بیش از sm-12 در غلظت 1/0 درصد وزنی منجر می‌شود[29]. هم‏چنین حسگرهای تشکیل‏شده از نانوکامپوزیت پلیمر/ نانولوله کربنی با حسگرهای نانولوله کربنی قابل‏مقایسه و در مقایسه با حسگرهای نانولوله کربنی خالص دارای حساسیت بالا و سرعت پاسخ سریع هستند[30].

سیستم‌های سیمان و بتن قابلیت خوبی برای افزودن نانولوله‌های کربنی دارند. انتظار می‌رود فواید استفاده از نانولوله‌های کربنی از الیاف میکرو بیش‏تر باشند. مقاومت نانولوله‌های کربنی از دیگر الیاف بیش‏تر است و می‌توانند روی‏هم‏رفته رفتار مکانیکی را بهبود بخشند. نانولوله‌های کربنی نسبت طول به قطر بالایی دارند، بنابراین برای انتشار ترک در اطراف خود به انرژی بیش‏تر از دیگر الیاف نیاز خواهند داشت. هم‏چنین قطر کم‏تر آنها به معنی امکان توزیع بالا با فواصل کم در خمیر سیمان است. نانولوله‌های کربنی عمل‏کرد یک‏پارچه دارند؛ می‏توانند مقاومت را افزایش دهند و به‏شکلی موثر مانع انتشار ترک در کامپوزیت‌های سیمانی شوند. آمیختن بتن با نانولوله‌ها، اگر از تشکیل ترک‌های بزرگ‏تر جلوگیری کند، می‌تواند به تولید بتن‌هایی چقرمه‌تر منجر شود. در تحقیقی حسنی و همکارانش نانولوله‌های کربنی چنددیواره را برای به تاخیر انداختن گسترش و رشد ترک‌ها در سیمان مرده در مقیاس نانو به کار بردند. برای بهبود توزیع نانولوله‌های کربنی چنددیواره در مخلوط سیمان، از پلی‏کربوکسیلات‏سوپرپلاستیسایزر استفاده شده است. استحکام مکانیکی نانوکامپوزیت نانولوله‌های کربنی چنددیواره- سیمان با 1/0 تا 2 درصد وزنی نانولوله کربنی و 5/0 درصد وزنی سوپرپلاستیسایزر اندازه‏گیری و با نمونه نانوکامپوزیت بدون نانولوله کربنی مقایسه شد. نتایج نشان دادند که استحکام کششی نمونه‌های نانوکامپوزیت با 3/0 درصد وزنی نانولوله کربنی 70 درصد افزایش داشته و با افزایش بیش‏تر نانولوله‌های کربنی کم شده است[31].

در تحقیقی دیگر، نانولوله کربنی به سیمان اضافه شد و ویژگی‌هایی مثل تغییرات نانوساختاری، مقاومت خمشی، مدول یانگ، جمع‌شدگی و توزیع نانولوله کربنی در سیمان مورد تحقیق قرار داده شدند. بر اساس نتایج، نانوالیاف مقاومت خمشی و ظرفیت کرنشی کامپوزیت سیمانی را بهبود می‏دهند در نتیجه نانوکامپوزیت با عمل‏کرد بالا تولید می‌شود[32]. در مطالعه‌ای دیگر، تخلخل و میکروساختار کامپوزیت متشکل از سیمان پرتلند و نانولوله کربنی چنددیواره (1 درصد وزنی سیمان و نسبت آب به سیمان 5/0) بررسی شد. نتایج نشان دادند که هنگامی ‌که MWCNTها به‏صورت پرکننده عمل ‌کنند، میکروساختاری چگال‏تر از خمیر سیمان، در مقایسه با مخلوط اولیه، تولید می‌شود. بنابراین، با افزایش مقدار نانولوله کربنی تخلخل کلی مخلوط کاهش می‏یابد [33].

 

4.2: نانوجاذب‌ها

جذب سطحی فرآیند جذب اتم‌ها یا مولکول‌های موجود در یک مایع یا گاز در تماس با سطح یک جامد است. وقتی سطح جامد (جاذب) در تماس با مایع یا گاز قرار می‌گیرد، تمایل دارد مولکول‌ها، اتم‌ها یا یون‌های گاز یا مایع را به وسیله برهم‏کنشی بین نیروهای سطح جامد و مایع یا گاز ، روی سطح خود نگه دارد. یک جاذب خوب باید سطحی وسیع در واحد جرم داشته باشد. افزایش ظرفیت جذب جاذب‌ها، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد، لذا جاذب‌ها را از مواد ریز متخلخل می‌سازند. تحقیقات بسیاری برای استفاده از نانومواد کربنی به‏عنوان جاذب انجام شده‏اند.

نانولوله‌های کربنی به‏علت داشتن مساحت سطح بالا، شکل لوله‌ای و شیمی سطح به‏عنوان جاذب در جذب ترکیبات گوگردی و به خصوص هیدروژن سولفید استفاده شده‏اند (شکل 3). در تحقیقی غشاهای آلومینیوم اکسید آندی/ نانولوله کربنی عامل‌دارشده (CNTs/AAO) و غیرعامل‌دار برای جداسازی گاز هیدروژن سولفید از مخلوط دوتایی متان/ هیدروژن سولفید بررسی شدند. در غشاهای CNTs/AAO انتخاب‏پذیری غشا با نانولوله‌هایی با قطر درونی 8 نانومتر 5/1 تا 8/1 برابر غشای نانولوله کربنی با قطر درونی 23 نانومتر بود. بر اساس نتایج، عامل‏دار کردن نانولوله کربنی باعث افزایش جذب فیزیکی و شیمیایی مولکول‌های هیدروژن سولفید روی دیواره نانولوله‌ها شده و متعاقباً نفوذپذیری و انتخاب‌پذیری غشای CNTs/AAO افزایش می‌یابد[34].

در تحقیقی دیگر، نانولوله‌های کربنی چنددیواره به‏روش رسوب‌دهی شیمیایی بخار به‏کمک منبع کربنی متان و نانوکاتالیست‌های Co-Mo/MgO در دمای C°1000 تولید و با دو روش اصلاح شدند: ابتدا پتاسیم هیدروکسید با نسبت 3: 1 از KOH: MWCNT در آتمسفر هلیوم (A-MWCNT) و سپس با 3: 1H2SO4: HNO3= اصلاح شد (F-MWCNT) و هر دو در جذب هیدروژن بررسی شد. جذب هیدروژن در نانولوله کربنی چنددیواره خالص، A-MWCNT و F-MWCNT به‏ترتیب 67/0، 24/1 و 4/0 درصد وزنی در دمای اتاق و فشار 0 تا 34 بار بود. نتایج نشان دادند که نانولوله‏های کربنی که به‏کمک پتاسیم هیدروکسید اصلاح شده بودند بیش‏ترین ظرفیت جذب (85 درصد) را داشتند که دلیل آن مساحت سطح بالا و نقص‌های ایجادشده روی سطح آن است[35].

در یک کار تحقیقاتی، کربن فعال، با فعال‏سازی با H3PO4 و ZnCl2 در نسبت‌های آغشته‌سازی مختلف، از چوب اکالیپتوس تهیه و این فرآیند با روش فعال‌سازی با KOH مقایسه شد. برای نسبت‌های متفاوت H3PO4/biomass از 5/1 تا 5/2، مساحت سطح کربن فعال تهیه‏شده 1875 تا m2/g2117 با 69 تا 97 درصد میکروحفره بود. برای مجموعه کربن فعال با ZnCl2 مساحت سطح BET از 1274 تا m2/g2107، با 93 تا 100 درصد میکروحفره با نسبت آغشته‏سازی 75/0 تا 2 به دست آمد. کربن‏های فعال به‏دست‏آمده با KOH بیش‏ترین مساحت سطح BET، حدود m2/g2594، و بیش‏ترین مقدار میکروحفره‌ها، حدود 98 درصد، را داشتند. نتایج جذب روی کربن دی‏اکسید نشان دادند که جذب کربن‌های فعال آماده‏شده با KOH (بیش از mmol/g1/4) در فشار یک بار و دمای 303 کلوین، در مقایسه با کربن فعال تجاری (mmol/g 5/1) در همین شرایط، تقریباً حدود 63 درصد افزایش داشته است[36]. در تحقیقی دیگر، با پوسته نارگیل و در شرایط ملایم، با فرآیند کربونیزه کردن و فعال‌سازی با KOH، کربن متخلخل برای جذب کربن دی‏اکسید به دست آمد. کربن‌های متخلخل آماده‏شده در نسبت KOH به پیش‏ماده 3 و دمای C°600 به‏ترتیب افزایش ظرفیت جذب کربن دی‏اکسید 23/4 و 04/6 را در دو دمای صفر و C°25 تحت فشار یک بار نشان دادند[37].

در تحقیقی دیگر، جذب پیوسته در یک ستون جذب برای بررسی بازده نانولوله‌های کربنی در حذف مواد آلی طبیعی (NOMs) از محول‌های آبی مطالعه شد. ظرفیت جذب نانولوله‌های کربنی چنددیواره و تک‏دیواره به‏ترتیب 46/53 و mg/g24/66 بود. با بررسی اثر مقدار نانولوله کربنی بر منحنی رخنه و حجم آب تصفیه‏شده مشخص شد که با افزایش جرم نانولوله کربنی، میزان جذب افزایش می‌یابد[38].

در تحقیقی دیگر از روش جذبMWCNT ها، که به‏شیوه اسیدی اصلاح شده بودند، برای حذف جیوه از فاز مایع استفاده شد و عوامل مؤثر در این فرآیند شامل زمان تماس،pH ، غلظت اولیه محلول جیوه و مقدار جاذب مطالعه شدند. سرعت جذب جیوه با این روش بسیار بالا بود و بعد از 15 دقیقه تغییری قابل‏ملاحظه‌ در مقدار حذف جیوه (حدود 96 درصد) مشاهده نشد. بعد از افزایش pH تا حدود 7، مقدار جذب چندان تغییر نکرد. هم‏چنین با افزایش غلظت اولیه محلول جیوه، ظرفیت جذب افزایش یافت. با کاهش مقدار جاذب، تا حدود 01/0 گرم در 20 میلی‌لیتر محلول جیوه برای بررسی کارایی جذب، نیز مقدار جذب تغییری نکرد. [39].

 

5.2: نانوکاتالیست‌ها

کاتالیست ماده‌ای است که در صورت افزودن به مخلوط واکنش، بدون آن که خود دست‏خوش تغییر شیمیایی شود، باعث تغییر سرعت رسیدن ماده به حالت تعادل ، شده معمولاً آن را افزایش می‌دهد. نانولوله‌های کربنی به‏علت داشتن فعالیت زیاد و خواص خارق‏العاده، برای استفاده به‏عنوان کاتالیست در فرآیندهای مختلف، توجه زیادی را به خود جلب کرده‏اند. در گزارشی اثر N-CNTها بر اکسیداسیون هیدروژن سولفید در دماهای بالاتر از C°180 مطالعه شد. نتایج نشان دادند که با افزایش غلظت نیتروژن، تبدیل هیدروژن سولفید افزایش می‌یابد. تبدیل هیدروژن سولفید در این روش 8/99 درصد و گزینش‌پذیری گوگرد 10 درصد گزارش شد. نتایج نشان دادند که حذف بالای گوگرد در شرایط واکنشی مثل دمای کم، سرعت فضایی بالا و نسبت مولی کم O2/H2S رخ داده است[39]. در تحقیقی دیگر، فرآیند مرکاپتان‌زدایی از جریان گازی با استفاده از کاتالیست برپایه نانوساختار کربنی و حذف مرکاپتان از مخلوط گازی با استفاده از نانوکاتالیست برپایه نانولوله‌های کربنی چنددیواره و گرافن اکسید بررسی شد[40]. برای ساخت این کاتالیست از نانولوله‌های کربنی عامل‌دار و گرافن اکسید به‏عنوان پایه استفاده شد و سپس ترکیبات آلی فلزی‌ کبالت فتالوسیانین، پورفیرین آهن و سدیم فسفات روی آنها بارگذاری شدند. بر اساس نتایج با دمای C°200 و مقدار فلز 20 درصد وزنی می‌توان به بیش‏ترین حذف مرکاپتان با 99/99 درصد دست یافت. نانوکاتالیست مونولیتی با بهره‌گیری از ساختار مونولیتی و نانولوله‌های کربنی، با هدف تولید کاتالیستی با فعالیت بالا در فرآیند گوگردزدایی، ساخته شد. سپس برای افزایش مساحت ویژه، اصلاح با نیتریک اسید انجام گرفت و بعد از آن، نانولوله‌های کربنی به‏روش رسوب بخار شیمیایی رشد داده و در نهایت خالص شدند. پایه‌های به‏دست‏آمده با فلزات کبالت و مولیبدن تلقیح و به‏عنوان کاتالیست در فرآیند گوگردزدایی نفتا ارزیابی شدند. با توجه به نتایج آنالیز مساحت سطح، پس از اصلاح با اسید افزایش قابل‏توجه مساحت سطح و حجم حفرات مشاهده شد. بر اساس نتایج، نانوکاتالیست‌ها با پایه‌های پوشش‏داده‏شده با نانولوله‌های کربنی فعال‏تر از پایه‌های مونولیتی اصلاح‏شده هستند. در تحقیقی با استفاده از نانولوله‌های کربنی به عنوان نانوکاتالیست،‌ فرایند حذف ترکیبات تیوفنی به عنوان مقاوم‏ترین ترکیبات گوگرددار در روش گوگردزدایی از نفتا به‏روش اکسیداسیون (ODS) ، مورد بررسی قرار گرفت. نانولوله‌های کربنی با محلول منگنز اکسید تلقیح شدند و اثر مشخصه‏های مختلف مانند دما، زمان، مقدار نانوکاتالیست، مقدار منگنز اکسید بر پایه نانولوله کربنی و غلظت اکسیدکننده بر مقدار درصد تبدیل ترکیبات گوگردی بررسی شد. فلز پالادیوم با 1/0 درصد وزنی روی نانولوله کربنی عامل‌دار قرار گرفت و آزمایش با سه کاتالیست Pd/Al2O3، Pd/ZrO2 و Pd/MgO-Al2O3مقایسه شد. واکنش سولفورزدایی اکسیداسیونی در دمای C°25 در فشار اتمسفری انجام شد. راندمان حذف سولفور با استفاده از کاتالیست شامل نانولوله کربنی در فرآیند سولفورزدایی از نفتا، با ppm870، بیش از 90 درصد و از سه کاتالیست دیگر بهتر است[41].

در تحقیقی دیگر، نانوکاتالیست منگنز اکسید برپایه‌ نانولوله‌های کربنی برای حذف آلاینده‌ نیتروژن اکسید حاصل از پالایشگاه‌ها و نیروگاه‌ها ساخته و بهینه‌سازی شد. نتایج آزمایشگاهی نشان دادند که ایجاد گروه‌های اکسیژن‌دار بر سطح پایه به پراکندگی بیش‏تر اکسید فلز در پایه و در نتیجه افزایش فعالیت کاتالیستی منجر می‌شود. کاتالیست با 12 درصد وزنی منگنز اکسید به‌ترتیب تبدیل و گزینش‏پذیری 97 و 5/99 درصد را با خوراک شامل ppm 900 از NOو NH3و 5 درصد حجمی O2 در دمای C°200، نشان داد و این نمونه به‏عنوان کاتالیست بهینه معرفی شد. فعالیت کاتالیست در دمای C°200، پس از گذشت 6 ساعت در حضور ppm 100 گوگرد دی‌اکسید به‏همراه 2/5 درصد حجمی بخار آب و به‌دلیل تشکیل نمک‌های ‏آمونیم سولفات بر سطح مراکز فعال، از 97 درصد به 92 درصد کاهش یافت. با دو ساعت حرارت دادن کاتالیست در اتمسفر خنثی در دمای C°350، فعالیت آن به مقدار اولیه خود بازگشت و احیا شد. مقایسه‌ دیگر ساختارهای کربنی مانند نانولوله‌های کربنی تک‏دیواره و کربن فعال، به‏عنوان پایه کاتالیست، نشان داد که کاتالیست برپایه‌ نانولوله‌ها کربنی تک‏دیواره، با داشتن مساحت سطح بالا و بیش‏ترین حجم حفرات در ابعاد مزو و تشکیل منگنز اکسید به‏شکل MnO2 به عنوان فاز غالب، بالاترین بازده را دارد[42]. در تحقیقی نانوکاتالیست هیبرید نانولوله کربنی/دی اکسید تیتانیوم تهیه شد و عملکرد آن برای اکسیداسیون مستقیم سولفید هیدروژن به سولفور در دمای بالای نقطه شبنم سولفور مورد بررسی قرار داده شد. نتایج نشان داد که دمای C°200 و نسبت سولفید هیدروژن به اکسیژن 5/0 بهترین نتیجه را را از نظر راندمان حذف سولفید هیدروژن و تبدیل آن به سولفور دارد[43].

 

3: نتیجه گیری

این تحقیق به بررسی نانولوله‌های کربنی و کاربردهای آن در صنعت نفت و گاز پرداخته است. درسال‌های اخیر با استفاده از نانولوله‌های کربنی، مزایای فراوانی در صنعت نفت و گاز به دست آمده است. نانولوله‌های کربنی در فرایندهای مختلف مانند حفاری و ازدیادبرداشت، پوشش‌های ضدخوردگی، نانوکامپوزیت‌ها، نانوجاذب‌ها و نانوکاتالیست‌ها مورد بررسی قرار داده شدند. مطابق تحقیق، استفاده از نانولوله‌های کربنی به علت شکل لوله‌ای، حجم منافذ و مساحت سطح ویژه بالا و خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد، منجر به تغییر شگرف در کاهش هزینه‌ها در صنعت نفت و گاز شده است. هرچند به علت گستردگی نانوساختارهای کربنی و خواص منحصر به فرد آنها، تحقیقات در این راستا توسط محققین همچنان ادامه خواهد داشت.

 

مراجع

[1] D. W. Lee, J. W. Seo, Preparation of carbon nanotube from graphite powder at room temperature, 2010.

[2] J. Z. Liv, G. Zhengs, G. Jiang, Effect of bending instabilities on the measurements of mechanical properties of multiwalled carbon nanotubes, Physical Review B, 67, 075414, 2003.

[3] A. Singh,T. R. Prabhu ,A. R. Sanjay ,V. Koti, An Overview of Processing and Properties of CU/CNT Nano Composites, Materials Todays, 3872-3881, 2017.

[4] M. Khalil, B. M. Jan, C. W. Tong, M. A. Berawi, Advanced nanomaterials in oil and gas industry: Design, application and challenges, Applied Energy 191, 287–310, 2017.

[5] D. Kumar, K. K. Singh, R. Zitoune, Impact of the carbon nanotube reinforcement in glass/epoxy polymeric nanocomposite on the quality of fiber laser drilling , 232, 14, 2018.

[6] A. Özkan, Effectof Multi-Walled Carbon Nanotubes on the Water-Based Drilling Muds, 2018.

[7] S. Sadegh Hassani, A. Amrollahi, A. Rashidi, M. Soleymani, S. Rayatdoost, The effect of nanoparticles on the heat transfer properties of drilling fluids, , Journal of Petroleum Science and Engineering, 146,183–190, 2016.

[8] M. Al-Ruqeishi, A. Younis, T. Mohiuddin, S. Majid, Nanoparticles as Drilling Fluids Rheological Properties Modifiers , 2018.

[9] P. Swaminathan, R. Nagarajan, S. Jitendra, Applications of Nanotechnology for Upstream Oil and Gas Industry , Journal of Nano Research, 24: 7-15, 2013.

[10] N. A. Ogolo, O.A. Olafuyi, M. O. Onyekonwu, Enhanced oil recovery using nanoparticles, in: SPE, Society of Petroleum Engineers, Al-Khobar, Saudi Arabia, 2012.

[11] N. Chegenizadeh, A. Saeedi, and X. Quan, Application of nanotechnology for enhancing oil recovery: A Review, Petroleum, 2, 324-333, 2016.

[12] L. Hendraningrat, O. Torsæter, Metal oxide-based nanoparticles: revealing their potential to enhance oil recovery in different wettability systems, Appl. Nanosci. 5 (2) : 181-199, 2015.

[13] H. Soleimani, M. Khurram, B. N. Yahya, L. Khodapanah, M. Sabet, B. M. R. Demiral, M. Burda, Impact of carbon nanotubes based nanofluid on oil recovery efficiency using core flooding, Results in Physics, 9, 39-48, 2018.

[14] M. SahbanAlnarabiji, Y. Noorhana,A. Shafie, H. Solemani, K. Chandran, S. B. AbdHamid, K. Azizi, The Influence of Hydrophobic Multiwall Carbon Nanotubes Concentration on Enhanced Oil Recovery, Procedia Engineering,  148, 1137-1140, 2016.

[15] M. Nur Agista, K. Guo and Z. Yu, Review A State-of-the-Art Review of Nanoparticles Application in Petroleum with a Focus on Enhanced Oil Recovery ,Appl. Sci. 8, 871, 2018.

[16] M. F. Fakoya, S. N. Shah, Emergence of nanotechnology in the oil and gas industry: Emphasis on the application of silica nanoparticles, J. Petroleum 3: 391-405, 2017.

[17] T. G. Gopakumar, N. S. Patel, M. Xanthos, "Effect of nanofillers on the properties of flexible protective polymer coatings"., Polymer Composites , 368-380, 2006.

[18] R. V. Dennis, L. T. Viyannalage, A. V. Gaikwad, T. K. Rout, and S. Banerjee, "Graphene nanocomposite coatings for protecting low alloy steels from corrosion"., American Ceramic Society Bulletin, 92 (5) 18-24, 2013.

[19] A. M. Rashidi, A. Amrollahi, R. Lotfi, H. Javaheryzadeh, H. Rahimi, A. R. Rahimi, A. Jorsaraei, "An investigation of Electrochemical Behavior of Nanofluids Containing MWCNT on the Corrosion Rate of Carbon Steel"., 11, 4438-4443, 2013.

[20] M. A. Abdulrahaman, O. K. Abubakre, S. A. Abdulkareem, J. O. Tijani, A. Aliyu and A. S. Afolabi, Effect of coating mild steel with CNTs on its mechanical properties and corrosion behaviour in acidic medium, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 2017.

[21] H. Yi, C. Chen, F. Zhong and Z. Xu, High Preparation of aluminum oxide-coated carbon nanotubes and the properties of composite epoxy coatings research Performance Polymers, 26 (3) 255–264, 2014.

[22] S. V. Harb, S. H. Pulcinelli, C. V. Santilli, K. M. Knowles, and Peter Hammer, Comparative Study on Graphene Oxide and Carbon Nanotube Reinforcement of PMMA-Siloxane-Silica Anticorrosive Coatings, ACS Appl. Mater. Interfaces, 8 (25) , 16339–16350, 2016.

[23] S. Chatterjee, F. A.Nüesch, B. T. T. Chu, Crystalline and Tensile Properties of Carbon nano tube and Graphene Reinforced Polyamid, Chem. Phys. Lett, 557, 92−96, 2013.

[24] M. C. Garcia-Gutierrez, A.Nogales, D. R. Rueda, C. Domingo, J. V. Garcia-Ramos, G. Broza, Z. Roslaniec, K. Schulte, R. J. Davies, T. A. Ezquerra, "Templating of crystallization and shear-induced self-assembly of single-wall carbon nanotubes in a polymer-nanocomposite"., Polymer, 47, 341, 2006.

[25] A. R. Bhattacharyya, P. Potschke, M. Abdel-Goad, D. Fischer,"Effect of encapsulated SWNT on the mechanical properties of melt mixed PA12/SWNT composites". Chem Phys Lett, 392, 28, 2004.

[26] K. Saeed, S. Y. Park,"Preparation of multiwalled carbon nanotube/ nylon-6 nanocomposites by in situ polymerization"., Appl Polym Sci, 106, 3729, 2007.

[27] Y.H. Liao, O. M. Tondin, Zh.Liang, Ch. Zhang, B. Wang, Investigation of the dispersion process of SWNTs/SC-15 epoxy resin nanocomposites, Materials Science and Engineering A, 385 , 175, 2004.

[28] F. Du, R. C. Scogna, W. Zhou, S. Brand, J. E. Fischer, K. I. Winey, Nanotube Networks in Polymer Nanocomposites:   Rheology and Electrical Conductivity, Macromolecules, 37 , 9048-9055, 2004.

[29] J. K. W. Sandler, J. E. Kirk, I. A. Kinloch, M. S. P. Shaffer, A. H. Windle, "Ultralow electrical percolation threshold in carbon-nanotube-epoxy composites"., Polymer, 44, 5893-5899, 2003.

[30] P. Ajayan, E. Lahiff, P. Stryjek,; C. Y. Ryu, S. Curran, "Embedded nanotube array
sensor and method of making a nanotube polymer composite"., US 7673521 B2, 2010.

[31] B. Fakhim, A. Hassani, A. Rashidi and P. Ghodousi, "Preparation and microstructural properties study on cement composites reinforced with multi-walled carbon nanotubes"., Composite materials, 49, 2015.

[32] M. S. Konsta-Gdoutos, Z. S. Metaxa, and S. P. Shah, "Multi-scale mechanical and fracture characteristics and early-age strain capacity of high performance carbon nanotube/cement nanocomposites"., Cement and Concrete Composites, 32, 2, 110–115, 2010.

[33] T. Nochaiya and A. Chaipanich, "Behavior of multi-walled carbon nanotubes on the porosity and microstructure of cement-based materials" Applied Surface Science, 257, 6, 1941–1945, 2011.

[34] N. Gilani, J.Towfighi, A. Rashidi, T. Mohammadi, M. Omidkhah, and A. Sadeghian, "Investigation of H2S separation from H2S/CH4 mixtures using functionalized and non-functionalized vertically aligned carbon nanotube membranes"., Applied Surface Science, 270, 115-123, 2012.

[35] M. Elyassi, A. Rashidi, M. R. Hantehzadeh, S. M. Elahi, "Hydrogen Storage Behaviors by Adsorption on Multi-Walled Carbon Nanotubes".,  Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 27, 285-295, 2016.

[36] A. Heidari, H. Younesi, A. Rashidi, A. Ghoreyshi, "Adsorptive removal of CO2 on highly microporous activated carbons prepared from Eucalyptus camaldulensis wood: Effect of chemical activation", the Taiwan Institute of Chemical, 45, 579-588, 2013.

[37] J. Yang, L. Yue, X. Hu, L. Wang, Y. Zhao, Y. Lin, Y. Sun, H. DaCosta, and L. Guo, "Efficient CO2 Capture by Porous Carbons Derived from Coconut Shell"., Energy and fule, 4, 4287-4293, 2017.

[38] Richard Q. Long, and Ralph T. Yang, Carbon Nanotubes as Superior Sorbent for Dioxin Removal, J. Am. Chem. Soc., 123 (9) , 2058–2059, 2001.

[39] A. Naghizadeh, S. Nasseri, A. H. Mahvi, R. Nabizadeh, R. Rezaei Kalantary, and A. Rashidi, "Continuous adsorption of natural organic matters in a column packed with carbon nanotubes"., Environmental Health Sciences & Engineering,11-14, 2013

 [40] M. Mirzaeian, A. M. Rashidi, M. Zare, R. Ghabezi, R. Lotfi, "Mercaptan removal from natural gas using carbon nanotube supported cobalt phthalocyanine nanocatalyst".,  Natural Gas Science and Engineering,  18, 439-445, 2014.

[41] N. Mohammadi Meman, ,B. Zarenezhad, A. Rashidi, Z. Hajjar. E. Esmaeili, "Application of palladium supported on functionalized MWNTs for oxidative desulfurization of naphtha".,  Industrial and Engineering Chemistry ,22, 25 179-184, 2015.

 

[42]M. Pourkhalil, A. Zarringhalam Moghaddam, A. Rashidi, Y. Mortazavi, "Preparation of highly active manganese oxides supported on functionalized MWNTs for low temperature NOx reduction with NH3"., Applied Surface Science, 279, 15 250-259, 2013.

[43] M. Daraee, M. Baniadam, A. Rashidi, M, Maghrebi, Synthesis of TiO2-CNT hybrid nanocatalyst and its application in direct oxidation of H2S to S, Chemical Physics 511, 7–19, 2018.