نانو کربن سیاه که به نام نانو ذرات کربن سیاه (CBNP) نیز شناخته می‌شود، عمدتاً از کربن با مقدار کمی از عناصر دیگر مانند هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است.
آنها با مساحت سطح بزرگشان مشخص می‌شوند که در صورت استنشاق یا ورود به بدن به سمیت آنها کمک می‌کند.
نانو کربن سیاه می‌توانند مواد سمی ذاتی مانند هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه ای (PAHs) را جذب کنند که می‌تواند اثرات بیولوژیکی آنها را افزایش دهد.
سمیت نانو کربن سیاه هم تحت تأثیر مساحت سطح آنها و هم هر هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه ای است که ممکن است در سطح آنها وجود داشته باشد.
اصلاح سطح با هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه ای می‌تواند خواص فیزیکی و شیمیایی نانو کربن سیاه را تغییر دهد و به طور بالقوه سمیت آنها را تغییر دهد.
با این حال، کاملاً مشخص نیست که آیا وجود هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه ای در سطح نانو کربن سیاه باعث تغییر در دسترس بودن یا سمیت بیولوژیکی آنها می‌شود یا خیر.
در سیستم‌های بیولوژیکی، اثرات نانو کربن سیاه بسته به سلول‌های هدف و محتوای خاص هیدروکربن آروماتیک چند حلقه ای می‌تواند متفاوت باشد.
به عنوان مثال، کاهش سطح به طور بالقوه می‌تواند اثرات بیولوژیکی این ماده را کاهش دهد، اما تفاوت در هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه ای همچنان می‌تواند بر سمیت آنها تأثیر بگذارد.
برعکس، محتوای هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه ای بالاتر می‌تواند اثرات بیولوژیکی این ماده را به دلیل سمیت هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه ای، بدون توجه به مساحت سطح ذرات، افزایش دهد.
تحقیقات نشان داده است که اثر بیولوژیکی نانو کربن سیاه با ترکیبی از سطح ویژه آنها و هر هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه ای محدود به سطح تعیین می‌شود.
این بدان معنی است که سمیت نانو کربن سیاه می‌تواند تحت تأثیر ویژگی‌های فیزیکی و وجود هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه ای در سطح آنها باشد.
جزئیات تولید نانو کربن سیاه
نانو ذرات کربن سیاه (CBNPs) معمولاً از طریق فرآیندی تولید می‌شوند که شامل تجزیه حرارتی مواد زائد مانند لاستیک‌های ضایعاتی می‌شود. فرآیند را می‌توان به مراحل زیر تقسیم کرد:
1- آماده سازی مواد زائد: قطعات کوچک خرده لاستیک از لاستیک‌های ضایعاتی به دست می‌آید که سپس به طور کامل تمیز و خشک می‌شوند.
لاستیک به قطعات بریده شده و آسیاب می‌شود تا هر گونه آلودگی سطحی از جمله تقویت کننده‌های فلزی از بین برود.
2- تجزیه حرارتی: لاستیک‌های زباله آسیاب شده در یک راکتور فولاد ضد زنگ ریخته می‌شوند و در یک کوره با دمای بالا قرار می‌گیرند.
کوره از قبل تا دمای 1000 درجه سانتیگراد گرم می‌شود و لاستیک‌ها حدود 4 ساعت در کوره می‌مانند. این فرآیند به عنوان تجزیه حرارتی شناخته می‌شود و برای تبدیل مواد زائد تایر به پودر سیاه استفاده می‌شود.
3- پس از پردازش: پس از تجزیه حرارتی، راکتور خاموش شده و اجازه داده می‌شود تا خنک شود. جامد سیاه سپس بازیابی می‌شود، بیشتر با استفاده از ملات عقیق آسیاب می‌شود، با آب شسته می‌شود، فیلتر می‌شود و در دمای اتاق در خلاء خشک می‌شود.
هیچ پردازش بیشتری روی ماده انجام نمی‌شود و خصوصیات روی محصول خشک شده انجام می‌شود.
نانو کربن‌های سیاه به دست آمده دارای ترکیب شیمیایی هستند که عمدتاً از کربن، با مقادیر کمی گوگرد و مقادیر کمی اکسیژن تشکیل شده است.
نانوذرات با اندازه کوچک و مساحت سطح بالا مشخص می‌شوند که آنها را برای کاربردهایی مانند جذب و کاتالیز مفید می‌کند.
برخی از کاربردهای بالقوه برای نانو کربن سیاه چیست؟
نانوذرات کربن سیاه (CBNPs) به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردشان مانند سطح بالای سطح و توانایی جذب مواد مختلف، کاربردهای بالقوه‌ای در زمینه‌های مختلف دارند.
در اینجا برخی از برنامه‌های کاربردی بالقوه برای نانو کربن سیاه وجود دارد:
- جذب سطحی: این ماده را می‌توان برای فرآیندهای جذب در صنایعی مانند تصفیه آب، تصفیه هوا و جداسازی گاز به دلیل سطح بالای آنها و توانایی جذب طیف گسترده ای از مواد مورد استفاده قرار داد.
- کاتالیز:سطح بالای آنها باعث می‌شود که نانو کربن‌های سیاه برای کاربردهای کاتالیزوری مناسب باشند، جایی که می‌توانند سرعت واکنش واکنش‌های شیمیایی مختلف را افزایش دهند.
- سنجش: این ماده به دلیل توانایی آنها در تعامل با مواد مختلف و خواص نوری منحصر به فرد آنها می‌توانند در توسعه حسگرها استفاده شوند.
- کاربردهای زیست پزشکی:به دلیل زیست سازگاری، نانو کربن سیاه را می‌توان در مهندسی بافت به عنوان داربست زیست فعال استفاده کرد که می‌تواند پروتئین‌ها یا داروهای لازم را متصل کند. همچنین می‌توان از آنها برای رشد و کشت سلولی استفاده کرد.
- درمان فتودینامیک: این ماده را می‌توان در درمان فتودینامیک برای درمان تومورها یا علیه باکتری‌های مقاوم به آنتی بیوتیک استفاده کرد، به ویژه هنگامی که با موادی که می‌توانند نور را در محدوده درمانی جذب و ساطع کنند عامل‌دار شوند.
- پوشش‌ها و کامپوزیت‌ها:نانو کربن‌های سیاه به دلیل قابلیت چسبیدن به سطوح مختلف و پتانسیل آنها برای استفاده در مواد کامپوزیت می‌توانند در تولید پوشش‌ها استفاده شوند.
- الکترونیک: این ماده ممکن است کاربردهایی در زمینه الکترونیک داشته باشند، مانند توسعه انواع جدید دستگاه‌های الکترونیکی یا به عنوان بخشی از مواد کامپوزیتی برای قطعات الکترونیکی.
توجه به این نکته مهم است که در حالی که نانو کربن‌های سیاه دارای طیف گسترده ای از کاربردهای بالقوه هستند، چالش‌هایی نیز در ارتباط با استفاده از آنها وجود دارد، مانند تمایل آنها به تجمع و نیاز به عملکرد سطحی برای پرداختن به این موضوع.
در ادامه مقاله باید گفت که، نانوذرات کربن سیاه (CBNPs) به روش‌های قابل توجهی در صنایع مختلف، به ویژه در بخش ساخت و ساز و زیرساخت استفاده می‌شود.
یکی از قابل توجه ترین کاربردها در صنعت ساخت و ساز روسازی است که در آن از این ماده برای افزایش خواص چسب آسفالت استفاده می‌شود.
در اینجا برخی دیگر از برنامه‌های کاربردی خاص که در آنها نانو کربن سیاه موثر بوده است آورده شده است:
- تقویت بایندر آسفالت: نشان داده شده است که افزودن این ماده به بایندرهای آسفالتی معمولی باعث بهبود خواص بایندر می‌شود.
- به عنوان مثال، 10% محتوای این ماده در بایندر معمولی، نفوذ و شکل‌پذیری را به ترتیب 24.5% و 40% کاهش می‌دهد. افزودن این ماده همچنین منجر به افزایش نقطه نرم شدن می‌شود و حساسیت به دمای بالا را کاهش می‌دهد.
- سطح بزرگ نانو کربن سیاه به سفتی چسب کمک می‌کند و آن را به یک ماده پایدار برای ساخت روسازی تبدیل می‌کند.
- بهبود استحکام باند: مشخص شده است که نانو کربن سیاه به طور قابل توجهی استحکام باند چسبنده و چسبنده را بهبود می‌بخشند.
- در طول تهویه خشک و تهویه رطوبت، افزودن 10% نانو کربن سیاه مقادیر POTS را افزایش داده است که استحکام باند قیر را روی سطح سنگدانه اندازه گیری می‌کند و منجر به افزایش استحکام باند می‌شود.
- این بهبود به سهم الکترواستاتیکی در مواد اصلاح‌شده نانو و افزایش پتانسیل مرطوب‌سازی نسبت داده می‌شود که باعث‌تر شدن بهتر قیر بر روی سطح سنگدانه می‌شود.
- افزایش دوام:نانو کربن سیاه پتانسیل را برای بهبود دوام آسفالت نشان داده است.
- بهبود قابل توجهی در مقادیر POTS پس از تهویه رطوبت نشان می‌دهد که نانو کربن سیاه می‌توانند توانایی چسب آسفالت را برای مقاومت در برابر آسیب رطوبت افزایش دهند، که به طور مستقیم بر دوام یک مخلوط آسفالتی تأثیر می‌گذارد.
- مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی: نانو کربن سیاه پتانسیل را برای بهبود مقاومت تغییر شکل دائمی مخلوط‌های آسفالتی نشان داده اند.
- آزمایش‌های ردیابی چرخ نشان داده‌اند که افزودن 10 درصد نانو کربن سیاه می‌تواند عمق شیار را تا 37.8 درصد در دمای 55 درجه سانتیگراد و 20 درصد در دمای 40 درجه سانتیگراد کاهش دهد. مدول دینامیکی بهبود یافته و مقاومت شیاردار به دلیل سفتی بالاتر و اتصال بهتر با سنگدانه‌های ارائه شده توسط چسب آسفالت اصلاح شده با نانو کربن سیاه است.
این کاربردها تطبیق پذیری نانو کربن سیاه را در افزایش عملکرد بایندرهای آسفالت برجسته می‌کند که منجر به بهبود دوام و مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی در ساخت و ساز روسازی می‌شود.Top of Form
در پایان امیدواریم اطلاعاتی که درباره نانو کربن سیاه به آن نیاز داشتید در این مقاله بدست آورده باشید.
بدون دیدگاه