Бидний тухай
Багш ажилтан
Цахилгаан, соронзон, оптикийн болон супер дамжуулагч зэрэг өндөр технологийн салбарт газрын ховор элементийн хэрэглээ сүүлийн жилүүдэд өргөжин тэлж байна. Газрын ховор элемент нь шинжлэх ухаан, дэвшилтэт технологийг хөгжүүлэхэд амин чухал нөөцийн нэг юм. МУ, БНХАУ нь дэлхийд газрын ховор элементийн нөөцөөр баялаг улсуудын нэг юм. Тухайлбал, манай улсад Мушгиа худаг, Лугийн гол, Хотгор, Халзан бүргэдэй гэх мэт газрын ховор элементийн нөөц нь тогтоогдсон ордууд, 80 гаруй илэрцүүд байдаг бөгөөд ашигт малтмал, газрын тосны газрын статистик мэдээгээр 3 сая гаруй тонн газрын ховор элементийн нөөцтэй гэж үздэг. Газрын ховор элемент нь силикат, оксид, карбонатит, фосфат, галидын эрдэс агуулсан ордод түгээмэл тохиолддог. Эдгээр газрын ховор элемент агуулсан ордуудаас шүлтлэг карбонатитын чулуулаг бүхий орд нь зонхилдог бөгөөд газрын ховор элементийг гаргаж авахад чухал ач холбогдолтой юм. Газар ховор элементийг шүлтлэг карбонатитын чулуулгаас олборлохдоо биогидрометаллургийн болон химийн уусалтын аргыг хэрэглэдэг. Биогидрометаллургийн аргаар уусгалт явуулах нь экологийн хувьд ээлтэй, үйлдвэрлэлийн өртөг бага зэрэг давуу талтай боловч металл авалт буюу уусалтын үр ашиг бага байдаг нь асуудал болсон хэвээр байна. Иймд биогидрометаллургийн уусалтын механизмыг судалж, урвалын явцыг хянах, термодинамик, кинетикийн үүднээс удирдах зохистой нөхцөлийг тогтоох нь нэн чухал юм. Биогидрометаллургийн уусалтын үед микроорганизмын үйлчлэл, химийн уусалт дэс дараалан явагддаг. Энэхүү 2 процессийн харилцан хамаарлыг тогтоосноор биогидрометаллургийн процессийн механизмыг ойлгоход дөхөм болно. Түүнчлэн биогидрометаллургийн уусалт нь химийн уусалттай хавсран явагдсанаар газрын ховор элементийг өндөр гарцтай гарган авах боломж бүрдэнэ гэж үзэж байна. Энэхүү судалгааны ажлаар бид дараах үндсэн судалгааг хийхээр төлөвлөж байна. Үүнд: 1) Газрын ховор элементийн орших хэлбэрийг тогтоох: Шүлтлэг карбонатитын чулуулгийн ордод газрын ховор элементийн орших үндсэн хэлбэрүүдийг судалж, эрдсийн найрлага, гадаргуугийн морфологи, ион шингээх чадвар зэрэг шинж чанарыг судална. Эрдсийн ордод орших хэлбэрийг химийн болон физикийн адсорбц, ион солилцлын төрлөөр нь тогтооно. 2) Газрын ховор элемент агуулсан хүдрийг биогидрометаллургийн аргаар уусган бактерийн гол метаболитуудын урвалын механизм, өөрөөр хэлбэл, бактериар уусган баяжуулах явцад үүсэх үндсэн болон завсрын бүтээгдэхүүний найрлага, шинж чанарыг судалж, газрын ховор элементийг уусгаж байгаа үндсэн бүтээгдэхүүнийг тогтооно. 3) Бактерийн үйлчлэл болон химийн уусалтын үед явагдах химийн урвалын харилцан хамаарлыг судлах: Биогидрометаллургийн аргаар уусган баяжуулах процесст бактерийн үйлчлэл болон химийн аргаар уусгах үед явагдах химийн урвалын төрөл, урвалын механизмыг судалж, термодинамикийн болон кинетикийн параметрүүдийг тогтоосноор процессийг хянах, удирдах боломжийг судална.
Recent years, the application of the rare earth elements in high-tech industries such as electricity, magnetism, optics and superconductors has been expanding. Because the rare earth elements are vital for the development of science and advanced technology, they are one of the most important strategic mineral resources in Mongolia. Mongolia and China are one of the countries with the abundance of rare earth elements. For instance, our country has 4 main deposits such as Mushgia Khudag, Lugiin Gol, Khotgor and Khalzan Burgedei and more than 80 outcrops which have been verified 3 million tons of rare earth elements by the Mineral resources and petroleum authority. Rare earth elements are common in ores containing silicates, oxides, carbonates, phosphates, and halides minerals. Of these, alkaline carbonate rock deposits are the most common for the rare earth element deposits and are important for the extraction of rare earth elements. Simultaneous biological and chemical leaching methods are used to extract rare earth elements from alkaline carbonate rocks. Although bioleaching is environmentally friendly and has low production costs, but metal recovery or leaching efficiency is still problematic and challengeable. Therefore, it is important to study the bioleaching mechanism, to thermodynamically and kinetically control the reaction processes during the leaching, and to determine the appropriate conditions. The biological leaching process includes direct microbial corrosion (direct action) and chemical leaching (indirect action of chemical substances including microbial metabolites). Analyzing the relationship between these two processes is essential for elucidating the mechanism of bioleaching. Combining biological leaching and chemical leaching to achieve complementary advantages, through biological and chemical synergistic leaching is an important way to achieve clean and efficient use of rare earth elements. The objective of this joint project is to investigate the occurrence of key rare earth elements in alkaline rock-carbonatite related deposit and stablish fundamental theory and intensification technology for highly efficient bioleaching of rare earth elements. In the framework of the project the following research will be carried out: (1) The determination of micro-scale occurrence state of rare earth elements. To study the main existence forms of key rare earth elements in alkaline carbonate deposits, and analyze the composition and morphological characteristics of the micro-scale occurrence state of key rare earth elements. The focus includes the composition of individual minerals, ultra-microscopic particles or surface morphology, and adsorption behaviors. The occurrence of the minerals in the deposit will be identified with ion exchange, physical adsorption and chemical adsorption (2) The reaction mechanism of the key metabolites of bioleaching and chemical leaching of the ore containing the rare earth elements. To study the composition, structures and properties of the main metabolic intermediate products during the bioleaching, and to clarify the key metabolites that can effectively leach the rare earth elements. (3) Relation between metabolic interaction of microorganisms and chemical reactions during the leaching. To study the biological metabolic pathways and key influencing factors in the process of direct leaching of minerals by microorganisms To study the complex chemical reactions and intermediate products involved in the direct leaching process of microorganisms and the indirect chemical leaching process in the solution in the bioleaching process To thermodynamically and kinetically control the chemical reactions including direct and indirect interactions during the bioleaching and chemical leaching.
Түлхүүр үгс:Зарим төрлийн химийн бодисыг хадгалах, тээвэрлэх, ашиглах, устгахтай холбоотой зөвлөх үйлчилгээг Монгол Улсад мөрдөгдөж байгаа хууль тогтоомжийн хүрээнд үзүүлнэ. Хаягдлыг хүчтэй исэлдүүлэгч; шатамхай болон дэгдэмхий органик уусгагч; урвалын идэвхтэй, хүнд металл; хатуу хаягдалд ангилан ялгаж хадгалдаг. Эдгээр химийн бодисын хаягдлыг БОЯам болон бусад холбогдох байгууллагаас гаргасан дүрэм журам, зохих заавар, стандартын дагуу (http://www.legalinfo.mn/annex/details/3894?lawid=8229/) хаяна.
Consulting services related to the storage, transportation, use, and disposal of certain types of chemicals will be provided within the framework of the laws in force in Mongolia. Strong oxidizer of waste; flammable and volatile organic solvents; reactive, heavy metals; segregated and stored in solid waste. The waste of these chemicals shall be disposed of in accordance with the regulations, appropriate instructions and standards issued by the Ministry of Finance and other relevant organizations (http://www.legalinfo.mn/annex/details/3894?lawid=8229/).
Түлхүүр үгс:Сүүлийн жилүүдэд стратегийн чухал ач холбогдолтой түүхий эдийн нэг болох газрын ховор элементийн эрэлт нэмэгдэж байгаа хэдий ч тэдгээрийн анхдагч, үл нөхөн сэргээгдэх байгалийн баялгийн нөөц хязгаарлагдмал учраас нэгэнт илрүүлсэн нөөцийг бүрэн ашиглах асуудал чухлаар тавигдаж байна. Ийм учраас газрын ховор элементийг металл авалттай ихтэй, үр ашигтай, энергийн зарцуулалт багатай, байгаль орчинд ээлтэйгээр уусган баяжуулах арга, технологийг оновчтой сонгон хэрэглэх шаардлага судлаачдын өмнө тулгарч байна. Үүний нэг нь сонгомол чанартай, сарнимал агуулгатай ядуу хүдрийг уусган баяжуулахад тохиромжтой, эдийн засгийн хэмнэлттэй арга болох биоуусалтын арга юм. Түүнчлэн судлаачид ГХЭ-ийн уусалтад нөлөөлөх хүчин зүйлүүдийн зохистой нөхцлийг эдийн засаг болон байгаль орчинд ээлтэй байхаар тогтоох мөн механизмын судалгааг зөвхөн кинетик загвараар илэрхийлдэг туршилт судалгааны ажлуудаар хийх нь түгээмэл байдаг. Энэхүү судалгааны ажлаар зэс молибдены хүдрийн баяжуулалтын дараах хаягдал дахь зэс, молибден, газрын ховор элементийг биологийн аргаар уусган баяжуулах боломжийг судлахаар зорьлоо.
Researchers are interested in the treatment of ore bodies with low cost because the industrial cost is high due to the origin of rare earth elements (REE), sparse occurrence, and low content. The amount of raw material needed for advanced technology especially REE will increase due to the rapid development of technology. The REE are 15 elements including lanthanoids, Sc, and Y and they have different applications for technology. The demand for REE oxides will reach 210,000 tons in 2025 when all kind of demand will have a 5-8.6% of increment per year. REE ore can be processed by chemical, biological, and physical-chemical (electrochemical) treatment. The function of breaking down the ore-bearing rock through acidic leaching can replace the need for roasting, especially when the calcite content is high during the acidic leaching process. In this scenario, the dissolution process occurs concurrently for both the target mineral and the ore-bearing rock. Indeed, the extraction process is simplified by removing one step and replacing the consecutive pretreatment and leaching stages with a unified process.
Түлхүүр үгс:Фотоволтаик бүтээмж их байх хүчин чадалтай перовскит нарны зай бүтээх нь эрдэм шинжилгээ, судалгааны салбарт судлаачдын анхаарлын төвд байхаас гадна бизнес, арилжааны түвшинд хэдийнээ сонирхол татсан асуудал болжээ. Энэхүү шинээр гарч ирж буй фотоволтаик технологийг лабораторийн ширээнээс зах зээлд арилжааны зорилгоор хэрэглэх, нутагшуулахад перовскит PV модуль нь дивайс (device)-ын талбай ихтэй, чийглэг, температур их, эсвэл бага зэрэг хатуу нөхцөлд тогтвортой, удаан хугацаанд тасралтгүй ажилладаг байх ёстой. Хэдийгээр перовскит нарны зайн бүтээмжийн хувьд маш их ахиц дэвшил гарч байгаа хэдий ч ийм өндөр бүтээмжтэй перовскит нарны зайг гол төлөв инертийн орчинд глоббокс (glovebox) дотор гарган авдаг. Түүнчлэн ердийн нөхцөлд удаан хугацаанд тогтворт чанараа хадгалан бүтээмжтэй ажиллах нь перовскит нарны зайн судалгааны том сорилтуудын нэг байсаар байна. Чийг, хүчилтөрөгч, хэт ягаан туяа, температур зэрэг олон хүчин зүйл перовскит нарны зайн задралыг үүсгэж, бүтээмжийг бууруулдаг. Инертийн орчин шаардахгүй перовскит нарны зайг үйлдвэрлэхийн тулд перовскит нимгэн үеийн өсөлтийг ердийн нөхцөлд сайтар хянаж байж талст бүтэцтэй, нэгэн жигд морфологтой материал гарган авах ёстой байдаг. Мөн талст бүтэцтэй перовскит нимгэн үеийг гарган авсны дараа идэвхгүйжүүлэх буюу хамгаалах нь төхөөрөмжийн бүтээмж, тогтвортой чанарт чухал ач холбогдолтой юм. Ердийн нөхцөлд перовскит нимгэн гарган авах чиглэлээр нэлээд судалгааны ажил хийгдэж, сайн үр дүнгүүд гарган авсан боловч дивайсын бүтээмж нь ихэвчлэн инертийн орчинд үйлдвэрлэсэн перовскит нарны зайнаас бага байдаг нь шийдэх ёстой асуудлын нэг юм. Ийм хязгаарлагдмал бүтээмжээс гадна ердийн нөхцөлд үйлдвэрлэсэн 20%-аас дээш бүтээмжтэй перовскит нарны зайн бүтээмжийг өөрчлөлгүйгээр тогтворт чанарыг сайжруулах шаардлага тулгарч байна. Эдгээрээс гадна ердийн нөхцөлд гадаргуугийн талбай ихтэй өндөр бүтээмжтэй перовскит нарны зайг бүтээх нь судлаачдын нэг сорилт болохоос гадна энэхүү дэвшилтэт технологийг томсгон үйлдвэрлэл, улмаар арилжаанд нэвтрүүлэх нь шийдвэрлэх асуудлын нэг мөн. Ийм учраас энэхүү төслийн хүрээнд ердийн нөхцөлд ажиллах хүчин чадалтай перовскит нарны зайд хэрэглэгдэх боломжтой MXene (Ti3C2Tx), нүүрстөрөгчийн нано хоолой (CNTs) болон графен дээр суурилсан функциональ нүүрстөрөгчийн электродыг шинээр гарган авах, хөгжүүлэх зорилго дэвшүүлж байна. Монгол улсад буй нүүрстөрөгчийн баялаг түүхий эдээс графен зэрэг өндөр чанартай нүүрстөрөгчийн материалуудыг гарган авч, худалдаанд зарагдаж буй адил төсөөтэй нүүрстөрөгч суурьтай материалуудтай шинж чанарыг нь жишиж, перовскит нарны зайд хэрэглэн бүтээмжийг нь харьцуулан судлах болно. Энэхүү төслийн хүрээнд бүсийн өргөний, гетероуулзварын (hetero junction), химийн инженерчлэл хийх, гадаргууг идэвхгүйжүүлэх арга техникийг ашиглах замаар цахилгаан дамжуулах чанар их, цэнэгийн сонгомол чанар сайтай электродын материалыг шинээр гарган авна. Мөн рентген туяаны дифракц (XRD), хэт ягаан туяаны спектроскопи, Раман спектроскопи, циклийн вольтметр (CV)-ийн зэрэг олон арга техникийг ашиглан перовскит нимгэн үеийн задралын механизмыг судална.
With the potential of producing remarkably high photovoltaic (PV) efficiency, perovskite solar cells (PSCs) have become commercially attractive, in addition to their success in research sector. In order to commercially translate this emerging PV technology from laboratory to market, the perovskite PV modules must be constructed with large device area and operationally stable for long-term in harsh environment (e.g. under moisture and thermal (85 °C) conditions). Despite great progress, high efficiency PSCs are mainly fabricated in a glovebox under inert conditions. Notably, the long-term stability under ambient operating conditions remains to be one of the significant challenges in PSCs. This is because of the numerous factors affecting the degradation of PSCs including moisture, oxygen, ultra-violet light, and temperature. To fabricate PSCs without an inert environment, the growth of perovskite films must be well controlled in an ambient atmosphere allowing for good crystallinity and well-defined morphology. In addition, passivating or protecting the highly crystalline perovskite film (after growing) is of great importance to the final performance and stability of the devices. While there has been some excellent progress in the fabrication of perovskite films in an ambient atmosphere, their efficiencies are usually lower than PSCs fabricated in an inert environment. In addition to the limited efficiencies, the stability of the PSCs fabricated under ambient conditions should be further improved while achieving a PCE of over 20%. More importantly, constructing high efficiency PSCs with large device area under ambient conditions is very challenging, while scaling up PSCs in large quantities is important to the commercialization of this cutting-edge technology. This project will focus on developing functional carbon electrodes, based mainly on MXene (Ti3C2Tx), carbon nanotubes (CNTs) and graphene, for the fabrication of PSCs under ambient conditions. Significantly, naturally abundant carbon sources (from Mongolia) will be used to prepare high quality carbon nanomaterials such as graphene. For comparison, carbon sources from commercial providers (e.g. Sigma) will also be used for device fabrication. Newly designed electrode materials developed in this project will have high conductivity and excellent charge selectivity, which will be achieved via band-gap engineering, heterojunction engineering, compositional engineering and surface passivation strategies. In particular, this project will aim to investigate the underlying mechanism of perovskite film degradation using a range of characterization techniques such as X-ray diffraction (XRD), UV-vis spectroscopy, Raman spectroscopy and cyclic voltammetry (CV).
Түлхүүр үгс:Ачит Ихт ХХК-ийн үүсмэл ордын үйлдвэрлэлийн нөөц багасаж, бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэлийн хэмжээ жил ирэх тусам буурч байна. Ийид үйлдвэрлэлийн нөөцийг нэмэгдүүлэх, үйл ажиллагааг тогтвортой явуулах зорилгоор үүсмэл ордод биоуусалтын аргыг нэвтрүүлэх боломжийг судлах зорилгоор энэхүү гэрээт төслийг эхлүүлж байна. Төслийн хүрээнд \Ачит Ихт ХХК-иас ирүүлсэн хүдэр, ялгасан эрдэст бактерийг ашиглан лабораторийн нөхцөлд биоуусалтыг явуулах, Технологийн дамжлагаас гарах ажлын уусмалд тионы бактерийг нэмж хүдрийн биоуусалтыг явуулах, Ачит Ихт ХХК-иас ирүүлсэн уусмалд ашигтай бактер байгаа эсэх, ашигтай бактерийг ялгаж таних, тэжээлийн орчны найрлагыг тогтоох зэрэг судалгааны ажлыг хийж гүйцэтгэнэ.
Ачит Ихт ХХК-ийн үүсмэл ордын үйлдвэрлэлийн нөөц багасаж, бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэлийн хэмжээ жил ирэх тусам буурч байна. Ийид үйлдвэрлэлийн нөөцийг нэмэгдүүлэх, үйл ажиллагааг тогтвортой явуулах зорилгоор үүсмэл ордод биоуусалтын аргыг нэвтрүүлэх боломжийг судлах зорилгоор энэхүү гэрээт төслийг эхлүүлж байна. Төслийн хүрээнд \Ачит Ихт ХХК-иас ирүүлсэн хүдэр, ялгасан эрдэст бактерийг ашиглан лабораторийн нөхцөлд биоуусалтыг явуулах, Технологийн дамжлагаас гарах ажлын уусмалд тионы бактерийг нэмж хүдрийн биоуусалтыг явуулах, Ачит Ихт ХХК-иас ирүүлсэн уусмалд ашигтай бактер байгаа эсэх, ашигтай бактерийг ялгаж таних, тэжээлийн орчны найрлагыг тогтоох зэрэг судалгааны ажлыг хийж гүйцэтгэнэ.
Газар тариалангийн үйлдвэрлэлд тухайн газар орны хөрс, уур амьсгал, биологийн онцлогт тохирсон технологийг хэрэглэсэн тохиолдолд тогтвортой ургац авах нөхцөл бүрддэг. Ямар ч технологи хэрэглэсэн тогтвортой, арвин ургац авах нөхцлийг бүрдүүлэх шаардлагатай. Үүний тулд хөрсний үржил шимийг хангах, хөрсний онцлогт тохирсон нэмэлт бордоог үр ашигтай байдлаар хэрэглэж ургацын чанар, гарцыг нэмэгдүүлэх бүрэн боломжтой. Бордоо нь амархан задардаг, хөрснөөс амархан угаагдахгүй, олдоц сайтай, хөрсний физик, хими, биологийн шинж чанарт сайнаар нөлөөлдөг, хөрсний үржил шим, бүтцийг сайжруулдаг, ургамал болон хөрсний амьд организмд шаардлагатай макро микроэлементийг агуулсан, бэлтгэх, тээвэрлэхэд зардал бага ордог байх шаардлагатай. Ийм төрлийн бордоонд тахианы сангаснаас гаргах авдаг компост төрлийн бордоо ордог. Компост бордоо нь органик гаралтай, микро элементийн агуулга өндөртэй, хөрсөнд ялзмагийг бодисыг хамгийн ихээр өгөх чадвартай сайн талтай боловч, бордооны шинж чанарыг илэрхийлэгч хүчин зүйл болох азот, фосфор, калийн харьцаа буюу NPK харьцаа бага, овор хэмжээ ихтэй учир 1 га талбайд хэрэглээ хэмжээ их, тээвэрлэхэд хүндрэлтэй байдаг сөрөг талтай. Иймд тахианы сангаснаас гаргасан компост бордоог химийн аргаар боловсруулан сайжруулсан компост бордоо гаргах нөхцлийг тогтоох, нэмэлтээр хэрэглэх түүхий эдийг судлах, бордоог үрэлжүүлэх, үйлдвэрлэх технологийн горимыг харьцуулах, зах зээлийн судалгааг хийх зорилгоор энэхүү захиалгат ажлыг гүйцэтгэнэ.
Усны электролизоор энергийн нягт ихтэй, нөхөн сэргээгдэх эрчим хүчний үүсгүүр болох устөрөгчийг гарган авснаар энерги болон усыг хадгалах зорилгоор түлшний элементэд хэрэглэгдэх бүрэн боломжтой юм. Сүүлийн үед авто машины үйлдвэрлэлд усны электролизоор устөрөгч гарган авч түлшний үүсгүүр болгон хэрэглэх, устөрөгчийн хөдөлгүүрт авто машинд устөрөгчийг түлш болгон хэрэглэх боломжийн талаарх судалгаа эрчимтэй хийгдэж байна. Үйлдвэрт ихэнхдээ устөрөгчийг байгалийн хийнээс гарган авдаг боловч усны электролиз нь зөвхөн устөрөгч, хүчилтөрөгч ялгаруулдагаараа давуу талтай, судлаачдын анхаарлын төвд зүй ёсоор ордог юм. Үйлдвэрлэлийн өртөг өндөр, ердийн даралт, температурт гарган авах боломжгүй, катализатор болох Pt үнэтэй учраас дэлхийд үйлдвэрлэгдэж буй устөрөгчийн ердөө 5%-ийг электролизийн аргаар гарган авдаг. Усны электролизыг 100% бүтээмжтэй явуулахад 39.4 кВ/кг эрчим хүч шаардагдах боловч өнөөдрийн байдлаар Pt катализатортой 70% бүтээмжтэй ажиллуулж байна. Ийнхүү үнэтэй, металл суурьтай катализатор хэрэглэдэг учраас электролиз нь байгалийн хийнээс устөрөгч гарган авах зардлаас 2 дахин үнэтэй байдаг сул талтай. Хямд, үнэт металлын агууламж багатай, энергийн бүтээмж ихтэй катализаторыг гарган авснаар электролизоор устөрөгчийг ердийн даралт, температурт гарган авч, хэрэглээнд ашиглах, байгаль орчинд хор нөлөөтэй түлшнээс татгалзах боломжийг бидэнд олгоно. Иймд дэвшүүлж буй энэ төслийн хүрээнд нүүрстөрөгчийн наноматериал зэрэг 2D материалд суурилсан молбидений сульфид / оксид, эсвэл рени атомыг шигтгэсэн гадаргуугийн талбай ихтэй, идэвхтэй электрокатализаторыг синтезлэн хүчиллэг болон суурилаг орчинд устөрөгч хийг гарган авч түлшний элементэд болон цахилгаан гарган авахад хэрэглэн ногоон технологийг бий болгохоор зорьж байгаа юм.
Producing hydrogen as a high-density and renewable energy resource enables it to be used in fuel cells to store energy and water. Nowadays, water electrolysis research aims to advance hydrogen for fuel cells used in the automotive industry. However, hydrogen is mainly processed from natural gas for an industrial amount; the water electrolysis benefits by only producing hydrogen and oxygen. Therefore, water splitting has been a focal subject to worldwide researchers. The electrolysis has manufactured only 5% of total hydrogen due to the high cost of Pt, high pressure and temperature demands, and lower energy efficiency. Even though the electrolysis needs electricity of 39.4 kW/kg at the efficiency of 100%, the current production used Pt as electrocatalyst exhibits an efficiency of 70%. For that reason, the electrolysis of water costs two times as much production from natural gas. Consequently, synthesizing an electrocatalyst, which consists of less expensive metals and cheap reagents and performs high energy efficiency, helps us manufacture hydrogen at room temperature and pressure, use it daily, and reject the polluting fuels. The proposed project will create green technology by synthesizing the efficient and high surface area electrocatalyst from 2D nanomaterials such as molybdenum disulfide/oxide and rhenium in both acidic and basic conditions.
Түлхүүр үгс:Аммиак нь бордоо, эм тариа, тэсрэх бодис, резин зэрэг хүн төрөлхтөний салшгүй хэрэглээ болсон олон бүтээгдэхүүнийг үйлдвэрлэхэд түүхий эд болгон хэрэглэгддэг, үйлдвэрлэлээрээ дэлхийд хоёрдугаарт ордог химийн бодис юм. Дэлхий дахинаа жил бүр 60 тэрбум долларын өртөгтэй, 150 сая тонн аммиак үйлдвэрлэгддэг гэсэн статистик мэдээ байдаг. Манай оронд ч гэсэн хөдөө аж ахуй, уул уурхайн салбар аммионийн нитрат, сульфат зэрэг аммиак агуулсан химийн нэгдлийг ихээр импортолж, хэрэглэдэг билээ. Сүүлийн үед аммиакийг цэвэр энергийн үүсгүүр болгох буюу аммиакийн түлшний элемент, дам хэлбэрээр устөрөгчийн түлшний элементэд хэрэглэх судалгаа түгээмэл хийгдэж байна. Өнөөдрийн байдлаар үйлдвэрт аммиакийг Габер-Бошийн аргаар өндөр даралт, температурт азот, устөрөгчийн хийнээс гарган авч байна. Энэ аргаар нэг тонн аммиак гарган авахад 34 ГЖ энерги зарцууулдаг бөгөөд энэ нь дэлхийн нийт энергийн ~2%-тай тэнцэх хэмжээний энерги юм. Түүнчлэн 1 тонн аммиак гаргахад 1.5 тонн нүүрсхүчлийн хий ялгардаг нь хүлэмжийн хий үүсгэхэд ихээхэн хувь нэмэр оруулдаг байна. Ийм учраас азотын ангижрах урвал (N2 + 6H+ + 6e− → 2NH3)-д үндэслэн аммиакийг цахилгаан химийн аргаар синтезлэх арга нь нөхөн сэргээгдэх энергийн эх үүсвэрийг ашиглан цахилгаан гарган авах боломжтой, нүүрсхүчлийн хий ялгаруулдаггүй зэрэг давуу талтай учраас эрдэмтдийн анхаарлыг ихээр татаж байна. Нөгөө талаас өндөр бүтээмжтэй электрокатализатор (идэвхжлийн энерги багатай, завсрын шатны бүтээгдэхүүний холбоосын энерги сул) хэрэглэснээр ердийн даралт, температурт аммиак синтезлэх боломж бүрдэнэ. Энэ зорилгоор Au, Ru, Rh зэрэг үнэт металлыг хэрэглэдэг боловч олдоц багатай, өндөр үнэтэй зэрэг шалтгаанаар үйлдвэрт хэрэглэх боломжоор хомс юм. Иймд судлаачдад Фарадейн бүтээмж багатай шинэ, хямд үнэтэй, үнэт металл агуулаагүй электрокатализаторыг нээн илрүүлэх явдал туйлын сонирхолтой судалгааны нэг юм. Энэхүү судалгааны ажлын зорилго нь нүүрстөрөгчийн наноматериал (эх орны түүхий эд графитаас гарган авсан болон худалдааны графин) болон фосфорин зэрэг 2D материалд суурилсан өндөр идэвхтэй электрокатализаторыг азотыг ангижруулах цахилгаан химийн аргаар аммиак синтезлэх юм. Нөгөө талаас бид перовскайт нарны зайг азотыг ангижруулах урвалын цахилгааны үүсгүүр болгох, цахилгаан гарган авахад хэрэглэн аммиакийг синтезлэх ногоон технологийг бий болгохоор зорьж байгаа юм.
Ammonia (NH3) is the second most produced chemical in the world, and is an essential chemical material for a wide range of applications including fertilizers, medicaments, explosives, and resins. Companies around the world already produce $60 billion USD worth of ammonia every year. In particular, NH3 based chemicals such as ammonium nitrate (NH4NO3) are heavily used in agriculture and mining sectors in Mongolia. Ammonia can also play a major role in the development of a clean transportation sector and can be utilized directly in ammonia fuel cells or indirectly in hydrogen fuel cells. The global production of NH3 already approached 150 million metric tons. Currently, industrial-scale NH3 production mainly relies on the Haber–Bosch process at high temperature and pressure using nitrogen (N2) and hydrogen (H2) as feed gases (see Figure 1). However, this process accounts for ~2% of the worldwide energy use (34 GJ per ton of NH3 made). More importantly, this process is also responsible for a large amount of CO2 emission (1.5 tons per ton of NH3 made). Recently, electrochemical synthesis of NH3 from N2 through nitrogen reduction reaction (NRR, N2 + 6H+ + 6e− → 2NH3) has attracted a great deal of research interest due to the utilization of electricity produced from intermittent renewable energy resources like solar energy. This process relies significantly on the use of efficient electrocatalyst. Ideal NRR electrocatalyst requires a strong activation energy (small activation energy, Ea) to N2, and a relatively weak binding energy (small adsorption energy, ΔE) for the intermediate species. Noble metals (e.g., Au, Ru and Rh) based catalysts are excellent candidates, but widespread use is hindered by their high cost and scarcity. Designing novel, non-noble-metal electrocatalysts with low Faradaic efficiency (FE) is of great interest. In this project, we will focus on designing a series of efficient electrocatalyst materials based on carbon nanomaterials (graphene extracted from Mongolian graphite and commercially available graphene will be compared) and 2D materials (e.g. phosphorene) for nitrogen reduction reaction to electrochemically synthesize NH3. Future works include employing state-of-the-art perovskite solar cells to simultaneously produce electricity and supply voltage (power) for the NRR.
Түлхүүр үгс:
