Doktorsvörn í efnaverkfræði - Fatemeh Hanifpour

Vörninni verður streymt

Doktorsefni: Fatemeh Hanifpour

Heiti ritgerðar: Málmnítríð og -oxýnítríð sem hvatar fyrir N2 rafafoxun í NH3 – frá reikningum til tilrauna

Andmælendur: 

Douglas Robert MacFarlane, prófessor við Efnafræðideild Monash háskólans í Ástralíu.

Plamen Atanassov, prófessor við Efna- og lífsameindaverkfræðideild við Kaloforníuháskóla Irvine í Bandaríkjunum.

Leiðbeinandi: Egill Skúlason, prófessor við Iðnaðarverkfræði- vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild Háskóla Íslands

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Helga Dögg Flosadóttir, rannsóknarstjóri hjá Atmonia, Ísland. Dr. Kristján Leósson, yfirmaður vísinda hjá Dynamic Technology Equipment (DTE), Ísland

Doktorsvörn stýrir:  Rúnar Unnþórsson, prófessor og forseti Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði-, og tölvunarfræðideildar Háskóla Íslands.

Ágrip

Á heimsvísu berst mannkynið við neikvæð áhrif gróðurhúsalofttegunda, þá aðallega CO2 sem fyllir um þrjá fjórðunga af heildar gróðurhúsalofttegundunum losuðum af
mannavöldum. Framleiðsla ammóníaks með Haber-Bosch aðferðinni er lífsnauðsynleg fyrir heimsbyggðina þar sem hún tryggir fæðuöryggi. Hins vegar veldur það ferli losun 1% af allri
losun CO2 af mannavöldum og er því miður eina þekkta ferlið til framleiðslu ammóníaks. Þess vegna hefur samfélag vísindamanna hafið þróun á sjálfbæru ferli til framleiðslu ammóníaks undanfarinn áratuginn. Þessi ritgerð færir okkur eitt skref áfram í þessari þróun. Hér birti ég niðurstöður tilrauna í rafefnafræðilegum smíðum ammóníaks með afoxun niturs við herbergis hita og þrýsting í raflausn úr vatni. Í þessum rannsóknum er allra mikilvægast að hanna tilraunir á þann hátt að þær tryggja áreiðanlegar niðurstöður. Þetta er sérstaklega flókið í ljósi þess að ammóníak er til staðar í andrúmsloftinu, andardrætti, búnaði á tilraunastofu og einnig sem snefill í gastegunum sem eru notaðar í tilraunum o.s.frv. Það er því mjög auðvelt að fá falskar jákvæðar niðurstöður í tilraunum ef ekki er vel gætt að. Vegna þessa er stór hluti af vinnunni sem er birt hér einsett á að tryggja áreiðanleg gögn. Rafefnafræði sellan, ammóníaks magngreiningar og allir tilraunaferlar eru hannaðir og bestaðir nákvæmlega í þessum tilgangi. Rannsóknarhópur prófessors Egils Skúlasonar hafði áður þrengt leitina að góðum hvata til afoxunar köfnunarefnis úr hópi hliðarmálm oxíða og hliðarmálm nítríða. Mest lofandi hvatarnir eru prófaðir hér í tilraunum, ZrN, CrN, NbN, NbO2 og NbON, sem þunnar húðir á fjölkristölluðum yfirborðum. Í rafefnafræði tilraununum eru ýmsar nálganir nýttar til þess að rannsaka hegðun yfirborðanna með og án hvarfefnisins, niturs. Framleiðsla ammóníaks er í öllum tilfellum magngreind við mismunandi spennugildi og borin saman á milli hvarfaðstæðna (N2) og bakgrunns (Ar). Magngreiningar ammóníaks, greiningar á yfirborðum fyrir og eftir tilraunir og samsætumerking hvarfefnisins (15N2) eru svo nýtt til þess að gera grein fyrir hvort hvötun afoxunar niturs eigi sér stað eða ekki. Niðurstöðurnar eru settar fram sem ein birt grein í ritrýndu tímariti og tvær innsendar greinar, sem eru festar við enda ritgerðarinnar.

Um doktorsefnið:

Fatemeh lauk B.Sc. gráðu í efnaverkfræði við Tehran-háskóla í Íran árið 2009. Í framhaldi af því kláraði hún M.Sc. gráðu í orkuverkfræði frá Sharif tækniháskólanum í Íran árið 2011. Hún tók þátt í útgáfu bókarinnar „Design of Experiments for Engineers“ sem kom út árið 2012. Á milli 2013-2016 starfaði Fatemeh við Material Reseach School of Isfahan í Íran þar sem hún vann fyrst að nýtingu á framandi efnum til að hreinsa þungmálma úr iðnaðarúrgangi og síðar, í samstarfi við Science and Technology Park of Shahrekord, að hreinsun nítrats úr vatni. Árið 2016 hóf hún doktorsnám í efnaverkfræði í rannsóknarhópi Egils Skúlasonar. Í doktorsnáminu hefur hún framkvæmt tilraunir á þunnum húðum af rafefnahvötum til að rannsaka virkni þeirra til rafefnafræðilegrar afoxunar á nitri við mildar aðstæður. Eftir útskrift mun Fatemeh hefja störf sem nýdoktor við Háskóla Íslands í samstarfi við Atmonia.