بررسی تأثیر افزودن کاتالیست Ta2O5 بر رفتار هیدروژنی نانوکامپوزیت هیدرید منیزیم تولیدی به روش آلیاژسازی مکانیکی

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 8، دوره 31، شماره 2 - شماره پیاپی 22، مهر 1399، صفحه 81-94   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ma.v31i1.70961

نویسندگان

میلاد محرابی کالی^{* 1}؛ محمد رجبی²؛ سید جمال حسینی پور²

¹دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

²صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

در سال­های اخیر هیدروژن به عنوان سوخت مورد توجه بسیاری از پژوهشگران و دانشمندان قرار گرفته است. با توجه به این که ذخیره سازی هیدروژن به صورت جامد ایمن­ترین و پربازده­ترین حالت محسوب می­شود؛ پروژه­های بسیاری در زمینه بهبود خواص هیدروژنی فلزات مختلف که در ذخیره سازی هیدروژن بیشترین ظرفیت را دارند؛ تعریف شده است. انواع ترکیبات حاوی نئوبیم در بسیاری از این پروژه­ها مورد مطالعه قرار گرفته است و نتایج مطلوب آن در مقالات متعددی ارائه شده است. با توجه به شباهت­های بسیار زیاد عنصر تانتالیم از نظر خواص و شیمیایی و فیزیکی و با عنایت به این امر که از تانتالیم در بهبود خواص هیدروژنی فلزات به ندرت استفاده شده است؛ بر آن شدیم تا پس از مطالعه در مورد ترکیبات مختلف حاوی این عنصر، اکسید تانتالیم را به عنوان کاتالیزور در بهبود خواص هیدروژنی ترکیب هیدریدی MgH2 مورد تحقیق و مطالعه و آزمون قرار دهیم. در این پژوهش، مواد کامپوزیتی با ترکیبات هیدرید منیزیم- 10 درصد وزنی Ta2O5، نمونه­های MT1؛ و هیدرید منیزیم- 20 درصد وزنی ترکیب Ta2O5، نمونه­های MT2؛ با آسیاکاری پودر هیدرید منیزیم و ترکیب اکسید تانتالیم، تهیه گردید. اثر افزودنی و زمان آسیاکاری بر ساختار هیدرید منیزیم شامل اندازه دانه، کرنش شبکه و اندازه ذره و همچنین خواص واجذب هیدروژن کامپوزیت­های حاصل ارزیابی گردید و با هیدرید منیزیم خالص آسیاکاری شده مقایسه شد. نشان داده شد که افزودن ترکیب اکسید تانتالیم به هیدرید منیزیم در زمان اولیه آسیاب منجر به کاهش اندازه ذره از 6/10 به 27/0 میکرومتر در کامپوزیت هیدرید منیزیم- 10 درصد وزنی اکسید تانتالیم آسیاکاری شده برای 3 ساعت (نمونه MT1-3) و به 25/0 میکرومتر در کامپوزیت هیدرید منیزیم- 20 درصد وزنی اکسید تانتالیم آسیاکاری شده برای 3 ساعت (نمونه  MT2-3)  می­گردد. بعنوان یک نتیجه، دمای واجذب هیدرید منیزیم فعال شده مکانیکی برای 3 ساعت، از 405 به 382 درجه سانتیگراد برای کامپوزیت MT1-3 و به 370 درجه سانتیگراد برای کامپوزیت MT2-3 کاهش یافته‌است. تغییر در میزان کاهش دما به عوامل مختلفی مانند درصد کاتالیزور و ترکیبات بین فلزی به‌وجود آمده حین آسیاکاری بستگی دارد.

کلیدواژه‌ها

هیدرید منیزیم؛ ترکیب اکسید تانتالیم؛ دمای واجذب هیدروژن؛ آلیاژسازی مکانیکی

سایر فایل های مرتبط با مقاله

8-rajabi-Revised.pdf

مراجع

1. G.Lianga, J.Huotb, S.Boilyb, A.Van Nestea, R. Schulzb, "Catalytic effect of transition metals on hydrogen sorption in nanocrystalline ball milled MgH2–Tm (Tm=Ti, V, Mn, Fe and Ni)2 systems", 1999, Journal of Alloys and Compounds ,292, 247.
2. Y.H.Zhanga, Z.C.Liu, B.W.Li, H.Z.Ma, S.H.Guo, X.L.Wang, ''Structure and electrochemical performances of Mg2Ni1−xMnx (x = 0–0.4) electrode alloys prepared by melt spinning'', 2010, Electrochimica Acta, 56, 427.
3. W.B.Fang, W.Fang, H.F.Sun F, ''Preparation of high-strength Mg–3Al–Zn alloy with ultrafine-grained microstructure by powder metallurgy'', 2012, Powder Technology, 212, 161.
4. P.Maurizio, P.Rinaldo, ''Recent advances in hydride chemistry'', 2001, 531.
5. H.Simchi, A.Kaflou, A.Simchi , "Synergetic effect of Ni and Nb2O5 on dehydrogenation properties of nanostructured MgH2 synthesized by high-energy mechanical alloying", 2009, International Journal of Hydrogen Energy ,34,7724..
6. R.A.Varin, T.Czujko, S.Wronski, ''Nanomaterial for Solid State Hydrogen Storage,'' 2009, Springer.
7. S.H.Hong, Y.S.Na, S.N.Kwon, I.S.Bae, M.Y.Song, ''Preparation and hydrogen-storage properties of 90(Mg–23.5Ni)–10Ta2O5 alloy by melt spinning and oxide addition'', 2008, Journal of Alloys and Compounds, 465, 512.
8. J.K.Young, H.L. Seong, R.M. Daniel, Y.S. Myoung, ''Development of a Mg-based hydrogen-storage material by addition of Ni and NbF5 via milling under hydrogen'', 2015 International Journal of Hydrogen Energy, 40, 11908.
9. M.W. Rahman, S. Livraghi, F. Dolci, M. Baricco, E.Giamello, ''Hydrogen sorption properties of Ternary Mge-Nb-O phases synthesized by solidestate reaction'', 2011, International Journal of Hydrogen Energy, 36, 7932.
10. M.Nete, W.Purcell, J.T.Nel, ''Non-fluoride dissolution of tantalum and niobium oxides and their separation using ion exchange'', 2017, Department of Chemistry, 173,192.
11. Y.Zhu, F.Yu, Y.Man, Q.Tian, U.He, N.Wu, ''Preparation and performances of nanosized Ta2O5 powder photocatalyst'', 2005, Department of Chemistry, 178,224.
12. Z.P.Li, B.H.Liu, K.H.Arai, N.Morigasaki, S.Suda, ''Protide compounds in hydrogen storage systems'', 2003, Journal of Alloys and Compounds, 356, 469-474.
13. H.Gasan, O.Celik, N.Aydinbeyli, Y.Yaman, ''Effect of V, Nb, Ti and graphite additions on the hydrogen desorption temperature of magnesium hydride, “2012, Journal of hydrogen energy, 37, 1912.
14. R.A.Varin, Czujko T.Czujko, Z.Wronski, “Particle size, grain size and ɣ-MgH2 effects of the desorption properties of nanocrystalline commercial magnesium hydride procedded by controlled mechanical milling,” 2006, Nanotechnology, 17, 38.
15. G.K.Williamson, W.H.Hall, "X-ray line broadening from filed aluminum and wolfram", 1953, Acta Metall, 1, 21.
16. A.Motavalli, M.Rajabi, "Catalytic effect of melt-spun Ni3FeMn alloy on hydrogen desorption properties of nanocrystalline MgH2 synthesized by mechanical alloying", 2014, international journal of hydrogen energy, 39, 17047.
17. N.Mahmoudi, A.Kaflou, A.Simchi, ''Hydrogen desorption properties of MgH2–TiCr1.2Fe0.6 nanocomposite prepared by high-energy mechanical alloying'', 2011, Journal of Power Sources, 196, 4604.
18. V.Khodaparast, M.Rajabi, ''Hydrogen Desorption Properties of MgH2-5 Wt% Ti-Mn-Cr Composite via Combined Melt Spinning and Mechanical Alloying'', 2015, Procedia Materials Science, 11, 611–615.
19. A.Simchi, ''Desorption properties of nanoctructured MgH2'', 2008, Euro PM2008, Mannhein.
20. N.Hanada, T.Ichikawa, H.Fujji, “Catalytic effect of Nanoparticle 3d-transition metals on hydrogen storage properties in magnesium hydride MgH2 prepared by mechanical milling,” 2005, Journal of Physical chemistry, 109, 7188.
21. E.Callini, et al. ''Nanostructured materials for solid-state hydrogen storage: A review,'' 2016, International Journal of hydrogen energ, 41, 14404.
22. S.R. Ovshinsky, ''Materials and Technology for Hydrogen Economy'', 2003, Symposium Proceedings -are published as part of Materials Research Society's, 801.
23. M.Jangir, A.Jain, S.Yamaguch, T.Ichikawa, Ch.Lal, I.P.Jain, '' Catalytic effect of TiF4 in improving hydrogen storage properties of MgH2'', 2016 International Journal of Hydrogen Energy, xxx, 1-6.
24. M.Polanski, J.Bystrzycki, T.Polcinski, "The effect of milling conditions on microstructure and hydrogen absorption/desorption properties of magnesium hydride (MgH2) without and with Cr2O3 nanoparticles", 2008, International Journal of Hydrogen Energy, 33, 1859.
25. L.ChitsazKhoyi, Sh.Raygan, M.Pourabdoli, "Mechanical milling of Mg, Ni and Y powder mixture and investigating the effects of produced nanostructured MgNi4Y on hydrogen desorption properties of MgH2", 2013, international journal of hydrogen energy ,38, 6687.
26. G.Liang, ''Synthesis and hydrogen storage properties of Mg-based alloys'', 2004, Journal of Alloys and Compounds, 370, 123.
27. K.Daisuke, S.Tetsuo, K.Naoyuki, U.Atsushi, T.Shigeo, ''Synthesis of FCC Mg–Ta hydrides using GPa hydrogen pressure method and their hydrogen-desorption properties'', 2008, Journal of Alloys and Compounds, 463, 306.