پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: نمک‌زدایی خورشیدی مبتنی بر تبخیر سطحی به‌دلیل بازده بالای تبدیل انرژی خورشیدی به بخار، اثرات زیست‌محیطی کم و قابلیت استفاده در مناطق دورافتاده، به‌عنوان راهکاری مؤثر برای مقابله با بحران جهانی کمبود آب مطرح است. بااین‌حال، تجمع نمک‌های محلول در سطح تبخیر، به‌ویژه نمک‌های با حلالیت بالا، موجب کاهش نرخ تبخیر و مختل‌شدن عملکرد پایدار سامانه‌های موجود می‌شود. بنابراین توسعه سامانه‌هایی با قابلیت خودتمیزشوندگی و انتقال مؤثر آب برای جلوگیری از رسوب نمک امری ضروری است.
روش تحقیق: در این پژوهش، سامانه تبخیر خورشیدی خودتمیزشونده مبتنی بر چوب چنار مهندسی‌شده توسعه داده شده، عملکرد آن در فرایند نمک‌زدایی به‌طور منظم ارزیابی می‌شود. برای این منظور، چهار سامانه شامل یک نمونه مرجع بدون مجاری مصنوعی و سه سامانه با مجاری عمودی به قطر 1، 1.5 و 2 میلی‌متر طراحی، ساخته و تحت تابش کنترل‌شده یک خورشید مورد آزمایش قرار گرفتند. آزمون‌ها با محلول‌های نمکی نماینده آب دریا ( wt.% 3.5) و آب بسیار شور (wt.% 20) انجام می‌گیرد. رفتار انتقال آب، سازوکار مهاجرت نمک و کیفیت آب تقطیرشده با استفاده از سنجش یون‌های Na+، Mg2+، K+ و Ca2+ ارزیابی می‌شود. علاوه‌بر‌این، پایداری عملیاتی سامانه طراحی‌شده از طریق آزمایش‌های تکرارپذیری چندچرخه‌ای بررسی می‌شود.
نتایج اصلی: نتایج نشان داد سامانه WSE-1.5 بالاترین نرخ تبخیر پایدار را ارائه داده، به‌طوری که در محلول‌های wt.% NaCl 3.5 و wt.% 20 به‌ترتیب به نرخ تبخیر 2.48 و kg.m-2.h-1 2.04 دست یافته است. این عملکرد خوب به تبادل یونی بین ریز مجاری طبیعی چوب، حاوی غلظت‌های بالاتر یون نمک و مجاری حفرشده در مقیاس میلی‌متری با غلظت‌های پایین‌تر نسبت داده می‌شود؛ به‌طوری که تفاوت در رسانایی هیدرولیکی بین این مسیرها، مهاجرت نمک را از مجاری میلی‌متری به میکرومتری و سپس به توده آب هدایت می‌کند. همچنین ساختار مهندسی‌شده، انتقال پیوسته آب به سطح را تضمین کرده، تولید بخار را حتی در آزمون‌های طولانی‌مدت حفظ می‌کند. آب جمع‌آوری‌شده دارای غلظت یون‌هایی کمتر از حدود مجاز سازمان بهداشت جهانی (WHO) و آژانس حفاظت از محیط زیست (EPA) است. بررسی چرخه‌ای نیز نشان داده که عملکرد سامانه WSE-1.5 پس از 15 چرخه بدون افت محسوس پایدار باقی مانده است. در مجموع، سامانه پیشنهادی راهکاری کارآمد، پایدار و کم‌هزینه برای نمک‌زدایی از آب‌های شور در شرایط محیطی سخت ارائه می‌دهد.

چکیده موضوع تحقیق: انرژی خورشیدی یک منبع تجدید پذیر بوده که به میزان فراوان موجود است و می‌تواند بسیاری از معضلات کمبود انرژی را برطرف کند. به‌منظور استفاده از انرژی خورشید برای نمک‌زدایی آب و تولید بخار باکیفیت بالا یکی از ساختارهای پیشنهادی ارزان‌قیمت که قابلیت تجاری شدن را دارد، سامانه‌های تولید بخار خورشیدی شناور بر روی آب است. در این سامانه، آب به‌صورت کنترل‌شده به سطح سامانه منتقل‌شده و با استفاده از گرمای تولیدشده در لایه جاذب نور به بخار تبدیل می‌گردد. مطالعات نشان می‌دهد چهار چالش اصلی در سامانه‌های تولید بخار خورشیدی وجود دارد که باید در تحقیقات برطرف گردد. این چالش‌ها شامل مدیریت و جلوگیری از اتلاف‌های حرارتی، استحکام و پایداری ساختار، مدیریت و انتقال آب درون ساختار، جذب نور و تبدیل نور به گرما است.

روش تحقیق: در این مقاله سامانه‌های تولید بخار خورشیدی چندلایه شناور ساخته‌شده است که در آن‌ها از فوم پلی­یورتان تخلخل بسته به‌عنوان لایه عایق حرارتی و زیرلایه اصلی، نمد به‌عنوان لایه انتقال‌دهنده آب و مواد فوتوترمال مختلف شامل گرافیت، طلا و مخلوط گرافیت و طلا به‌عنوان لایه جاذب نور برای تولید بخار باکیفیت بالا استفاده‌شده است. همچنین به منظور تعیین نرخ تبخیر آب و راندمان سامانه ها، میزان تغییرات جرم آب و دمای سامانه اندازه گیری شده است.
نتایج اصلی: نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد در بین سامانه‌های تولید بخار خورشیدی موردمطالعه، در بهینه‌ترین حالت سامانه ساخته‌شده از جاذب مخلوط گرافیت و طلا قادر به تولید بخار با نرخ kg.m^-2.h^-1 1/257 است. این نرخ معادل باراندمان حدوداً 82 % است. همچنین نتایج آزمایش پایداری نشان داد که تغییرات نرخ تبخیر بعد از 30 مرتبه تکرار ناچیز بوده و سامانه ساخته‌شده از پایداری خوبی برخوردار است. درنهایت عملکرد بهینه‌ترین سامانه‌ در شرایط واقعی­ آب‌شور دریا بررسی شد. نتایج نشان داد که نرخ تبخیر آب‌شور دریا به کمک سامانه تولید بخار خورشیدی با جاذب مخلوط گرافیت و طلا، kg.m^-2.h^-1 1/201 و راندمان آن 78/4 % است.

چکیده هدف تحقیق: پلی(‌دی‌متیل‌سیلوکسان) (PDMS) پلیمری سیلیکونی است که علی‌رغم خواص منحصر به فرد و پتانسیل کاربردی بالای میکروذرات آن، تهیه میکروذرات با روش‌های امولسیون‌سازی توده‌ای به عنوان چالش اساسی مطرح است که به دلیل محدودیت‌های موجود در فرایند آمیزه‌سازی و نیز گرانروی بالا و انرژی سطحی پایین، کنترل دقیق خواص نهایی ذرات تهیه شده غیر ممکن است. در کار پژوهشی حاضر میکروذرات PDMS با اندازه‌ قابل کنترل، از ماده اولیه با گرانروی بالا تهیه گردید.
روش‌ تحقیق: با استفاده از میکروسیالی شیشه موئین هم-جریان میکروذرات PDMS حاصل شد. میکروسیالی طراحی شده در این پژوهش، ساده، کم‌هزینه و قابل استفاده مجدد بوده و تهیه میکروقطرات با گرانروی بالا را امکان‌پذیر ساخته است. پایدارسازی میکروقطرات PDMS در امولسیون روغن-در-آب با بهینه‌سازی اجزاء حمام و فرایند پخت انجام و به تهیه میکروذرات PDMS کروی و یکنواخت منجر شد. تأثیر پارامترهای مهم و قابل تنظیم از جمله قطر میکروکانال و دبی جریان بر رژیم‌های جریان و درنتیجه توزیع اندازه میکروذرات، با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی پویشی بررسی شد.
نتایج اصلی: نتایج نشان داد رژیم جریان برای مقادیر پایین دبی‌های فاز پیوسته از نوع چکه‌ای و میکروذرات حاصل از آن تک‌پراکنشی است، در مقابل میکروذرات حاصل از رژیم تشکیل جت نسبت به رژیم چکه‌ای، دارای اندازه قطر کوچکتر و توزیع پهن بود. با کاهش قطر میکروکانال میکروذرات با قطر حدود µm 83/1 حاصل شد. با استفاده از تکنولوژی طراحی شده، میکروذرات نانوکامپوزیتی یکنواخت PDMS/ZnO حاوی 15% اکسید روی با گرانروی محلول فاز آلی mPa.s 7550، با اندازه قطر ذرات µm 318 تهیه شد. بنابراین با روشی بهینه و ساده می‌توان میکروذرات یکنواخت با اندازه قابل کنترل را تهیه کرد که در کاربردهای متنوعی از جمله دارورسانی، زیست‌مهندسی و صنایع الکترونیکی مطرح هستند.