Reactive flash volatilization
ری ایکٹیو فلیش وولاٹیلائزیشن (آر ایف وی) ایک کیمیائی عمل ہے جو اتپریرک کیمسٹریوں کے ساتھ انضمام کے لیے تھرمل سڑنے کے ذریعے غیر مستحکم ٹھوسوں اور مائعوں کو تیزی سے غیر مستحکم مرکبات میں تبدیل کرتا ہے۔ کیمسٹری ایندھن یا کیمیکلز کے لیے کاربوہائیڈریٹ (C6H10O5) n سے بھرپور بھاری جیواشم ایندھن یا بائیو ماس کے استعمال کے لیے ایک ابتدائی تھرمو کیمیکل عمل کی ضرورت ہوتی ہے جسے پائرولیسس کہا جاتا ہے جو بڑے پولیمرز کو چھوٹے اتار چڑھاؤ والے نامیاتی مرکبات (VOCs) کے مرکب میں توڑ دیتا ہے۔ بائیو ماس کے پائرولیسس کا ایک مخصوص طریقہ، جسے "فاسٹ پائرولیسس" کہا جاتا ہے، بائیو ماس کے ذرات کو تقریبا 10 فیصد کاربن سے بھرپور ٹھوس جسے چار کہا جاتا ہے، تقریبا 15 فیصد گیسیں جیسے کاربن ڈائی آکسائیڈ، اور تقریبا 70 فیصد نامیاتی مرکبات کا مرکب جسے عام طور پر "بائیو آئل" کہا جاتا ہے، میں تبدیل کرتا ہے۔ پائرولیسس: بائیو ماس + ہیٹ → 0.70VOCs + 0.10Char + 0.15Gases اتار چڑھاؤ والے نامیاتی مادوں کو بھورے، انتہائی تیزابی مائع کے طور پر جمع کیا جا سکتا ہے تاکہ روایتی عمل جیسے بھاپ کی اصلاح، گیسیفیکیشن، اتپریرک جزوی آکسیکرن، اتپریرک کریکنگ، دہن، یا ہائیڈرو ٹریٹنگ کے ذریعے مزید تھرمو کیمیکل تبدیلی کی جا سکے۔ اتپریرک بھاپ اصلاحات: VOCs + H2O + حرارت + اتپریرک → H2 + CO + اتپریرک اتپریرک جزوی آکسیکرن: VOCs + O2 + اتپریرک → H2 + CO + حرارت + اتپریرک دہن: VOCs + O2 + اتپریرک → CO2 + H2O + حرارت + اتپریرک کیمسٹری کے یہ دو سیٹ، پائرولیسس اور اتپریرک پروسیسنگ، مل کر رد عمل فلیش اتار چڑھاؤ کا عمل تشکیل دیتے ہیں۔ ٹھوس ہائیڈرو کاربن یا بائیو ماس کو گیسوں اور غیر مستحکم نامیاتی مرکبات پیدا کرنے کے لیے اعلی درجہ حرارت (500-900 °C) اتپریرک کے ساتھ رابطہ کیا جاتا ہے۔ غیر مستحکم انواع مطلوبہ مصنوعات (H2، CO، H2O، CO2، یا VOCs) میں تبدیل کرنے کے لیے ایک رد عمل (H2، O2، یا H2O) کے ساتھ اتپریرک میں بہتی ہیں۔ آر ایف وی: بائیو ماس + حرارت + رد عمل + اتپریرک → گیسیں + وی او سیز + رد عمل + اتپریرک → مصنوعات + اتپریرک دریافت رد عمل فلیش اتار چڑھاؤ کا مظاہرہ 2006 میں سائنس جریدے میں سویابین کے تیل (ٹرائگلیسرائڈز) اور چینی (ڈی-(+)-گلوکوز) کو ترکیبی گیس (ایچ 2 + سی او) اور اولیفنس (ایتھلین اور پروپیلین) میں اعلی درجہ حرارت (700-800 ° سی) کے تبادلے کے ذریعے کیا گیا تھا۔ بھاری ایندھن کی مکمل، مسلسل اتپریرک تبدیلی حیرت انگیز تھی، کیونکہ ابتدائی پائرولیٹک کیمسٹری کو "چار" نامی ٹھوس باقیات کی نمایاں مقدار پیدا کرنے کے لیے دکھایا گیا ہے جس سے توقع کی جاتی تھی کہ وہ ری ایکٹینٹ مرکبات اور ٹھوس دھاتی اتپریرک کے درمیان ضروری تعامل کو روک دے گا۔ اس عمل کو بیان کیا گیا ہے، "ان بائیو فیول فیڈ اسٹاک کی کم اتار چڑھاؤ نہ صرف صابن کی پیداوار کا باعث بنتی ہے جب انہیں براہ راست اندرونی دہن انجنوں میں استعمال کیا جاتا ہے بلکہ وہ صنعتی اتپریرک کو کاربن کی غیر فعال پرت سے کوٹ کرنے کا سبب بھی بنتا ہے، اس طرح ان کی ہلکی مصنوعات میں تبدیلی میں رکاوٹ پیدا ہوتی ہے۔ جیمز رچرڈ سالج اور ان کے ساتھیوں سے پتہ چلتا ہے کہ اگر سویابین کے تیل یا بائیو ڈیزل جیسے بھاری ایندھن کو آکسیجن کی موجودگی میں باریک بوندوں کے طور پر گرم روڈیم سیریم اتپریرک پر چھڑکایا جائے تو ایندھن خود گرم ہو سکتے ہیں اور کاربن کی تشکیل اور اتپریرک کو غیر فعال کیے بغیر ہائیڈروجن بنانے کے لیے مکمل طور پر رد عمل ظاہر کر سکتے ہیں۔ آر ایف وی: ٹرائگلیسرائڈ + او 2 + اتپریرک → ایتھلین + پروپیلین + سی او 2 + ایچ 2 او + اتپریرک اس عمل نے سویا کے تیل کے ٹرائگلیسرائڈز میں 70 فیصد جوہری ہائیڈروجن کو سالماتی ایچ 2 میں، اور 60 فیصد جوہری کاربن کو کاربن مونو آکسائیڈ میں تبدیل کر دیا۔ مختلف آپریٹنگ حالات کے تحت، یہ عمل کافی مقدار میں ایتھلین اور پروپیلین پیدا کر سکتا ہے۔ ری ایکٹیو فلیش وولاٹیلائزیشن کا پہلا مظاہرہ تجرباتی مراحل کے ایک سلسلے کے ذریعے ہوا: محققین یا تو خالص سویابین کے تیل یا چینی کے موٹے شربت سے شروع کرتے ہیں۔ ری ایکٹر ایک آٹوموٹو فیول انجیکٹر پر مشتمل ہوتا ہے، جو ٹیوب کے ذریعے باریک بوندوں کے طور پر تیل یا شربت کو چھڑکنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ ٹیوب میں پلگ کی طرح بیٹھنا ایک سوراخ دار سیرامک ڈسک ہے جو روڈیم سیریم اتپریرک مواد سے بنی ہوتی ہے۔ جیسے ہی بوندیں ڈسک سے ٹکراتے ہیں-جس کی سطح کا درجہ حرارت 1,000 ڈگری سیلسیس ہوتا ہے-گرمی اور آکسیجن تیل یا چینی کے مالیکیولز کو توڑ دیتے ہیں۔ اتپریرک پانی کے بخارات اور کاربن کی بجائے سنگیس کی پیداوار کی طرف خرابی کی رہنمائی کرتا ہے۔ سنگاس سوراخ دار ڈسک سے گزرتا ہے اور ٹیوب میں نیچے کی طرف جمع ہوتا ہے۔ کسی بیرونی حرارت کی ضرورت نہیں ہے کیونکہ کیمیائی تعاملات تیل یا چینی کے مالیکیولز کو توڑنے کے لیے کافی گرمی جاری کرتے ہیں۔ 300 ڈگری سیلسیس درجہ حرارت حاصل کرنے کے لیے حرارت کی ابتدائی فراہمی ضروری ہے، جس کے بعد رد عمل شروع ہوتا ہے، یا "روشنی بند" ہو جاتی ہے، اور تیزی سے 700-800 ڈگری سیلسیس درجہ حرارت تک بڑھ جاتا ہے۔ مستحکم حالات میں، تعامل اعلی درجہ حرارت، انتہائی تیز کیمسٹری کو برقرار رکھنے کے لیے کافی حرارت پیدا کرتا ہے۔ بھاری، غیر مستحکم مرکبات کو غیر مستحکم یا گیس پرجاتیوں میں تبدیل کرنے کا کل وقت ملی سیکنڈ (یا ایک سیکنڈ کا ہزار واں حصہ) میں ہوتا ہے۔ سالڈ بائیو ماس پر اطلاق سیلولوز، نشاستہ، لگنن، کوکنگ ایسپین (پاپولس ٹریمولوائڈز) لکڑی کے چپس، اور پولی تھیلین پر مشتمل ٹھوس ذرات کی ری ایکٹیو فلیش وولاٹیلائزیشن کا مظاہرہ 2007 میں سائنسی جریدے انجیوانڈے کیمی میں کیا گیا تھا۔ سیلولوز کے ذرات کو 30 ملی سیکنڈ میں مکمل طور پر سنگیس (H2 اور CO) اور دہن کی مصنوعات (H2O اور CO2) میں تبدیل کر دیا گیا۔ تمام مواد کی اتپریرک اصلاح 500-900 °C پر کام کرتے ہوئے بیرونی حرارت کے منبع کی ضرورت کے بغیر ہوئی۔ بہترین حالات میں، تمام جوہری ہائیڈروجن کا 50 فیصد اور تمام جوہری کاربن کا 50 فیصد 30 ملی سیکنڈ کے کم وقت میں سالماتی H2 اور کاربن مونو آکسائیڈ میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ رد عمل کی کیمسٹری کا مظاہرہ Rh-CE/الومینا اتپریرک اور Ni-CE/الومینا اتپریرک دونوں پر کیا گیا۔ سائنسی جریدے گرین کیمسٹری میں شائع ہونے والی ایک اشاعت نے یہ ظاہر کیا کہ رد عمل والے فلیش وولاٹیلائزیشن کے عمل کو تھرمل اور کیمیائی انضمام کے ذریعے ہونے والی کئی دیگر عالمی کیمسٹریوں کا مجموعہ سمجھا جا سکتا ہے۔ جیسا کہ دائیں طرف کے خاکہ میں دکھایا گیا ہے، ابتدائی پائرولیسس کیمسٹری اس وقت ہوتی ہے جب بائیو ماس کا ذرہ (سبز) جسمانی طور پر گرم اتپریرک (نارنجی) سے رابطہ کرتا ہے۔ اتار چڑھاؤ والے نامیاتی مرکبات (VOCs) آکسیجن کے ساتھ اتپریرک میں بہتے ہیں، Rh ایٹموں پر جذب ہوتے ہیں، اور دہن کی مصنوعات (H2O اور CO2) اور سنگیس (H2 اور CO) بنانے کے لیے رد عمل ظاہر کرتے ہیں۔ اس ابتدائی کیمسٹری کے بعد، تین اہم عالمی رد عمل واقع ہوتے ہیں۔ دہن کی مصنوعات پانی-گیس شفٹ رد عمل کے ذریعے سنگیس کے ساتھ اتپریرک طور پر رد عمل ظاہر کرتی ہیں۔ نیز، اتار چڑھاؤ والے نامیاتی مادے بھاپ (H2O) کے ساتھ اتپریرک طور پر رد عمل ظاہر کرتے ہوئے نئی دہن کی مصنوعات اور سنگیس بناتے ہیں۔ آخر میں، اتار چڑھاؤ والے نامیاتی مادے گیس کے مرحلے میں یکساں طور پر ٹوٹ کر چھوٹے اتار چڑھاؤ والے نامیاتی مادے تشکیل دے سکتے ہیں۔ آپریٹنگ درجہ حرارت کو اتپریرک کی لمبائی کے اندر مختلف دکھایا گیا ہے جبکہ یہ بائیو ماس سے آکسیجن کے تناسب کا ایک مضبوط کام بھی ہے۔ ایک تجرباتی معائنے سے پتہ چلا ہے کہ بائیو ماس کو تھرمل طور پر توڑنے کے لیے درکار حرارت سطح کے آکسیکرن رد عمل کے ذریعے اتپریرک بیڈ کے اندر پیدا ہوئی تھی۔ توازن میں کاربن کی تشکیل کو روکنے کے لیے درجہ حرارت کا خاکہ (اور رد عمل کا درجہ حرارت) انتہائی اہم دکھایا گیا۔ بہت تیز تبدیلی کو اعلی آپریٹنگ درجہ حرارت سے منسوب کیا گیا ہے، لیکن سیلولوز پروسیسنگ کی زیادہ سے زیادہ شرح کا تعین نہیں کیا گیا ہے۔ تاہم، اتار چڑھاؤ والے نامیاتی مرکبات کی اتپریرک جزوی آکسیکرن سے پتہ چلتا ہے کہ مکمل تبدیلی 10 ملی سیکنڈ سے بھی کم وقت میں ہو سکتی ہے۔ مینیسوٹا یونیورسٹی میں لینی ڈی شمٹ کا تحقیقی گروپ بنیادی تحقیق کی ضروریات: مینیسوٹا یونیورسٹی میں توانائی کیمیائی انجینئرنگ اور میٹریل سائنس کے لیے اتپریرک مینیسوٹا یونیورسٹی میں پال جے ڈوین ہاور کا تحقیقی گروپ کیمیائی عمل یونیورسٹی میں