التطورات في مواد كربيد السيليكون المسامية للتطبيقات التحفيزية

الوصف

أصبحت مواد كربيد السيليكون المسامية جزءًا مهمًا من العمليات التحفيزية. تُظهر هذه المواد مزيجًا من القوة الجيدة ومقاومة درجات الحرارة العالية. كما أن لها مساحات سطحية كبيرة. تسمح المسام للمحفزات بالالتصاق بشكل أفضل والعمل بشكل أسرع. في هذه المقالة، أقدم لمحة بسيطة عن التطورات الأخيرة.

مقدمة عن كربيد السيليكون المسامي

يُصنعكربيد السيليكونالمسامي بطرق خاصة تخلق ثقوبًا صغيرة في جميع أنحاء المادة. تزيد هذه الثقوب من مساحة سطح الدعامات الحفازة. على سبيل المثال، تتراوح أحجام المسام من بضعة نانومترات إلى عدة ميكرومترات. ويساعد هذا التنوع في التفاعلات الحفازة المختلفة. وتُعرف هذه المادة بصلابتها وقوتها الاستثنائية حتى عند تعرضها لدرجات حرارة عالية، غالبًا ما تتجاوز 1200 درجة مئوية. وهذه الخصائص تجعلها مثالية للتطبيقات الصناعية مثل معالجة غازات العادم والتخليق الكيميائي.

وقد تحققت التحسينات في هذه المواد في العديد من الخطوات الصغيرة على مدى العقد الماضي. وقد عمل الباحثون على التحكم في عملية تكوين المسام. وهم يهدفون إلى الحصول على حجم مسام موحد ومستويات مسامية عالية. وقد أبلغت العديد من الدراسات عن مساميات تصل إلى 60 في المائة مع الحفاظ على قوتها. وفي الأمثلة الشائعة، تم تطبيق كربيد السيليكون المسامي في المحولات الحفازة للسيارات ووحدات المعالجة الكيميائية. في هذه الإعدادات، تضمن البنية المسامية أن المواقع الحفازة النشطة لديها مساحة أكبر للعمل.

الحالات ذات الصلة

أظهرت العديد من الحالات أن المحفزاتالمدعومة بكربيد السيليكون المسامية أكثر استقرارًا بمرور الوقت. وأظهرت إحدى الحالات في مختبرات الكيمياء أن البنية المسامية المطورة قللت من تعطيل المحفز بنسبة 20 في المائة مقارنة بالدعامات القديمة. ولاحظت حالة أخرى ذات صلة في صناعة البتروكيماويات انخفاضًا في وقت تعطل التفاعل عند استخدام هذه المواد. وساعدت في الحد من تكوين المنتجات الثانوية وتعزيز العائد الكلي. تعتبر نقاط البيانات ذات قيمة لأي شخص يدرس أو يعمل في مجال الحفز.

طرق إنتاج كربيد السيليكون المسامية

غالبًا ما تتضمن عملية الإنتاج الآن تقنيات القوالب إلى جانب المعالجات الحرارية. تستخدم إحدى الطرق الشائعة قوالب مسبقة التشكيل تحترق أثناء التلبيد بدرجة حرارة عالية. وهذا يترك وراءه شبكة من المسام المترابطة. وتتطلب العملية تحكماً دقيقاً في درجة الحرارة. ولم يكن هذا المستوى من التحكم متاحًا في الطرق القديمة. توفر التقنيات الجديدة وصفة موثوقة للحصول على مواد متناسقة. والنتيجة هي شبكة مسامية تظل سليمة حتى في ظل الظروف القاسية.

الفوائد والخصائص

بالإضافة إلى ذلك، تُظهر المادة مقاومة كيميائية جيدة. فهي تحافظ على سلامتها في الأجواء المسببة للتآكل. على سبيل المثال، الظروف الموجودة في تنظيف غاز المداخن ليست نادرة في الصناعات اليومية. يمكن لدعامات كربيد السيليكون المسامية التعامل مع الأحماض والقلويات بشكل أفضل من العديد من المواد الأخرى. وهذا يعني عمليًا أن المحولات الحفازة في المنشآت الصناعية تعمل بسلاسة أكبر وتحتاج إلى صيانة أقل.

ومن الخصائص الأخرى لكربيد السيليكون المسامي خفة وزنه مقارنةً بالسيراميك الآخر عالي الحرارة. وهذا يعطي ميزة إضافية عندما يكون توفير الوزن مهمًا. ففي تطبيقات مثل الفضاء والنقل، كل جرام له أهميته، حيث توفر القدرة على توفير الوزن دون التضحية بالقوة ميزة مفيدة للصانعين. وتأتي الموثوقية والتحسين في هذه المواد من سنوات من الجهود المشتركة في المختبرات وورش العمل.

ولا يتعلق التقدم في هذه المواد باختراع واحد فقط. إنها عملية تراكمية تفيد العديد من القطاعات الصناعية. في التطبيقات التحفيزية، تجعل البنية المسامية التفاعلات تسير بكفاءة أكبر. ويعطي التوزيع المنتظم للمسامات حجمًا نشطًا كبيرًا للتفاعل. وباستخدام هذه المواد، يمكن للصناعات خفض درجات حرارة التشغيل بأمان مع تحسين الإنتاجية. وهذا يقلل من استهلاك الطاقة والتكاليف الإجمالية.

وتدعم هذه التطورات في كربيد السيليكون المسامي فكرة أن التغييرات البسيطة في المواد يمكن أن تؤدي إلى تحسينات واسعة في العمليات الصناعية. فهي تجعل العمل أسهل للفنيين والمهندسين. كما أنها تؤدي إلى عمليات أكثر أمانًا واستدامة. ومع كل خطوة إلى الأمام، يتم تعزيز أداء المحفزات. وتُعد قصة مواد كربيد السيليكون المسامية مثالاً واضحًا على التقدم المطرد مع مرور الوقت.

الخاتمة

الخطوات الأخيرة في تحضير كربيد السيليكون المسامي للاستخدامات الحفازة مثيرة للإعجاب. توفر المادة الآن مسامية عالية وقوة ومقاومة للحرارة والمواد الكيميائية. وتظهر البيانات والحالات الواقعية أن هذه التطورات قد حسّنت الوظائف الحفازة في صناعات تتراوح من السيارات إلى البتروكيماويات. لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الأسئلة المتداولة

و: ما هي المزايا التي توفرها مواد كربيد السيليكون المسامية في المحفزات؟
س: توفر مساحة سطح عالية، واستقرار حراري محسّن، ومقاومة كيميائية.

و: ما هي أحجام المسام النموذجية في هذه المواد؟
س: تتراوح أحجام المسام من بضعة نانومترات إلى عدة ميكرومترات.

و: في أي الصناعات تُستخدم هذه المواد الأكثر شيوعًا؟
س: تُستخدم في المحولات الحفازة للسيارات ومصانع المعالجة البتروكيماوية.

المرجع:

[1] Tuci, Giulia & Liu, Yuefeng & Rossin, Andrea & Guo, Xiangyun & Pham, Pham, Charlotte & Giambastiani, Giuliano & Pham-Huu, Cuong. (2021). كربيد السيليكون المسامي (SiC): فرصة لتحسين المحفزات أم مجرد ناقل آخر نشط الطور؟ المراجعات الكيميائية. 121. 10.1021/acs.chemrev.1c00269.