پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: امروزه تقاضا برای آلکن‌ها (الفین‌ها)، به ویژه اتیلن و پروپیلن، به سرعت رو به افزایش است و انتظار می‌رود که به طور مداوم رشد کند. آلکان‌ها (پارافین‌ها) به دلیل ارزان بودن و فراوان بودن مواد اولیه شیمیایی محبوبی هستند، به همین دلیل مطالعات زیادی جهت پیدا کردن روش جایگزین مناسب انجام گردیده است. در این کار پژوهشی از چارچوب فلزی آلی CuBTC به عنوان پایه کاتالیست مبتنی بر منگنز در فرآیند هیدروژن­زدایی اکسایشی پروپان جهت تولید پروپیلن استفاده شده است.
روش تحقیق: بارگذاری اکسید فلزی منگنز بر روی پایه CuBTC به روش تلقیح­تر انجام گرفت. به منظور شناسایی و مشخصه­یابی کاتالیست­ های سنتزشده از آنالیزهای XRD، FTIR، EDX، SEM و BET بهره گرفته شد. همچنین از طراحی آزمایش به روش مرکب مرکزی به منظور بررسی فاکتورهای اساسی دما داخل راکتور، میزان بارگذاری اکسید فلزی منگنز و نسبت پروپان به اکسیژن و تاثیر متقابل این پارامترها با یکدیگر جهت تولید پروپیلن در فرآیند هیدروژن­ زدایی اکسایشی پروپان استفاده گردید. بنابراین میزان بارگذاری اکسید منگنز در محدوده 5 -1 درصد وزنی منگنز، دمای داخل راکتور در بازه 280-140 درجه سانتی­گراد و نسبت پروپان به اکسیژن در محدوده 3-1 به عنوان متغیرهای ورودی به طراحی آزمایش وارد شدند.
نتایج اصلی: پس از انجام آزمون­ های راکتوری و تجزیه و تحلیل نتایج به دست­آمده به وسیله نرم ­افزار طراحی آزمایش مشاهده گردید، مدل­ های آماری پیشنهادشده توسط نرم­ افزار برای درصد تبدیل، درصد گزینش ­پذیری و بازده فرآیند هیدروژن­ زدایی اکسایشی با دقت قابل قبول 95% مورد تایید قرار گرفت. بهینه­ سازی بازده فرآیند هیدروژن­زدایی اکسایشی با مقدار بیشینه 9/4 با درصد تبدیل 38/28، درصد گزینش ­پذیری 14/18 در دمای 278 درجه سانتی­گراد، بارگذاری اکسید فلزی 74/3 درصد و نسبت پروپان به اکسیژن 5/1 انجام گرفت که دقت بین داده­ آزمایشگاهی و داده پیش ­بینی شده 93% محاسبه گردید.

چکیده موضوع تحقیق: امروزه و بدلیل شیوع ویروس کرونا و افزایش استفاده از محلولها و ژل‌های ضدعفونی، استفاده از گلیسرین نیز به شدت افزایش یافته است. ترانس‌استریفیکاسیون یکی از فرایندهای مهم در صنعت است که طی آن روغن خوراکی یا غیر خوراکی به بیودیزل و گلیسرین تبدیل می‌شود. تحقیقات زیادی در این زمینه به منظور بهبود این فرایند به منظور تولید بیشتر بیودیزل انجام شده است اما در هیچکدامیک بهینه سازی فرایند به منظور تولید بیشتر گلیسرین انجام نشده است.
روش تحقیق: در این مقاله به بررسی و شبیه سازی و بهینه سازی روش ترانس‌استریفیکاسیون پرداخته می‌شود. بدین منظور یک واحد تولید بیودیزل و گلیسرول با دبی خوراک 5.5 متر مکعب بر دقیقه ابتدا در نرم افزار Hysys شبیه سازی شد و سپس بدلیل اهمیت تجهیز راکتور ترانس‌استریفیکاسیون، با ورود اطلاعات فرایندی لازم، این تجهیز در نرم افزار Comsol MultiPhysics تحلیل عددی شده و پارامترهای موثر بر آن به منظور بهینه سازی درصد تبدیل محصول، با دو دیدگاه یک پارامتر در لحظه و طراحی آزمایش مورد بررسی قرار گرفته است.
نتایج اصلی: در نهایت مشاهده شد که پارامترهایی مثل دمای خوراک ورودی به راکتور استریفیکاسیون و هم چنین زمان ماند خوراک، تاثیر بسزایی بر کمیت و کیفیت محصول تولیدی دارد. بطوریکه در دمای 500 کلوین مقدار درصد تبدیل محصول به 100 درصد میرسد و در دمای 420 کلوین با افزایش دبی خوراک از 0.2 تا 0.4 مترمکعب برساعت مقدار درصد تبدیل محصول از 65 درصد به 25 درصد میرسد. همچنین ضمن ارائه یک مدل برای محاسبه میزان محصول گلیسرین تولیدی در واحد انرژی مصرف شده، پارامترهای تاثیرگذار مذکور نیز با روش سطح پاسخ بهینه سازی شده‌اند. که در شرایط بهینه مقدار تولید محصول به مقدار مصرف انرژی مقدار دما برابر 470.7 کلوین و مقدار دبی خوراک برابر 0.586 مترمکعب بر ثانیه شد همچنین با توجه به نتایج بدست آمده میتوان دریافت با تنظیم دبی در مقدار بهینه، استفاده از یک مبدل یا یک پیش‌گرم کن در فرایندهای تولید بیودیزل و گلیسرین میتواند تاثیر بسزایی در میزان محصولات تولید شده داشته باشد بطوریکه دمای بهینه برای خروجی این پیش گرمکن حداقل 470.7 کلوین درنظر گرفته شود.

چکیده در این پژوهش امکان جداسازی آسفالتین از باقیمانده برج خلاء با استفاده از حلالهای صنعتی ارزان قیمت مانند 202 ،202 ،204 و 210 بررسی شد. برای رسوب آسفالتین از روشهای جداسازی 01/IP143 و 07-3279 D ASTM استفاده شد. جهت یافتن بیشترین میزان رسوب آسفالتین از نرم افزار طراحی آزمایش با سه فاکتور زمان ماند، نسبت حجم حلال به جرم خوراک و درصد حجمی حلال 204 به مجموع حلال 204 و 210 استفاده شد. نتایج نشان داد که بیشترین اثر میان پارامترهای اساسی به ترتیب مربوط به نسبت حلال به خوراک، درصد حجمی حلال 204 به کل حلال و زمان ماند بوده است و بین پارامترهای اساسی برهمکنش شدیدی وجود دارد. بهترین درصد رسوب آسفالتین در زمان ماند 79/34 ساعت، نسبت حلال به خوراک gr/ml 79/39 و درصد حجمی حلال 204 به حلال کل 29/20 %حاصل شد که توانست 04/9 %از 9/9 %را رسوب دهد و درصد رسوب آسفالتین حالت بهینه مخلوط حلالهای صنعتی 9/22 %کمتر از نرمال هپتان شد که با توجه به قیمت ارزانتر این حلالها بیش از 20 %در هزینه صرفه جویی شده است.

چکیده با پیشرفت صنایع مختلف در جهان یکی از مشکلات مهمی که با آن مواجه هستیم آلودگی محیط زیست به فلزات سنگین است.یکی از سمی ترین فلزات سنگین که حتی در غلظت های پایین مشکل ساز است، Cr(IV) می باشد. در این مطالعه حذف این ماده سمی با راندمان بالا به وسیله ی جاذب مغناطیسی UIO-66-MnFe₂O₄-TiO₂ مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور نانو کامپوزیت مغناطیسی(UIO-66-MnFe₂O₄-TiO₂) بر روی بستر چارچوب های آلی فلزی (MOF)، به منظور جذب سطحی Cr(IV) سنتز شد. انتخاب روش هیدروترمال برای سنتز UIO-66 علاوه بر سادگی موجب ساختUIO-66 به صورت خالص و کار آمد گشت که در طول آزمایش ها راندمان بسیار بالایی را ایجاد کرد. به جهت مغناطیسی کردن جاذب از نانو ذرات MnFe₂O₄ کمک گرفته شد. برای افزایش خواص مغناطیسی و افزایش راندمان بارگذاری نانو ذره ی MnFe₂O₄ ، از نانو ذره TiO₂ کمک گرفته شد تا میزان بارگذاری برروی جاذب افزایش یابد. آزمون‌های XRD، SEM، FT-IR،BET، VSM و EDX به‌منظور بررسی سطح و راستی آزمایی ساخت جاذب استفاده شد. تأثیر چهار متغیر مؤثر در طول آزمایش جذب سطحی همچون میزان جاذب (05/0 تا 25/0 گرم)، pH (2 تا 6)، زمان جذب (15 تا 75 دقیقه)، غلظت اولیه یون فلزی (200 تا 1000 میلی‌گرم بر لیتر) در پنج سطح (2- تا 2+) با استفاده از طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ (RSM) و طراحی مرکب مرکزی ( CCD) بررسی شد. بهترین شرایط برای متغیرهای مستقل برای غلظت اولیه فلز میزان 552 mg/l مشخص شد. میزان بهینه ی pH در طول آزمایش برابر با 4 به دست آمد. در نهایت میزان بهینه برای پارامتر های زمان جذب و میزان جاذب به ترتیب 3/42 min و 143/0 gr و همچنین حداکثر میزان جذب 98 درصد به دست آمد. بررسی و مطالعه سینتیک و ایزوترم جذب نشان داد که مدل شبه مرتبه دوم و ایزوترم لانگمویر به‌خوبی داده‌های Cr(IV) را پوشش می‌دهد. پس از پایان فرایند می‌توان جاذب را با یک میدان مغناطیسی از محیط خارج کرد.

چکیده استفاده از ابزارهای مهندسی ژنتیک برای تولید سویه صنعتی خصوصا از میکروارگانیسم‌های کمتر شناخته شده همچون سیانوباکترها همواره با محدودیت‌هایی مواجه است. در این تحقیق، از یک روش سیستمی به کمک دانش بین رشته‌ای زیست‌شناسی سامانه‌ها برای طراحی محیط کشت بجای طراحی سویه استفاده شد و توانمندی آن در افزایش تولید اتانول توسط سیانوباکتر سینکوسیستیس sp. PCC 6803 مورد ارزیابی آزمایشگاهی قرار گرفت. در این روش، مواد با هدف تنظیم فعالیت آنزیم‌های هدف نه با هدف مصرف توسط سلول به محیط کشت افزوده می‌شوند و بنابراین محیط کشت طراحی شده، محدودیت‌های درون سلولی برای تولید محصول زیستی را برطرف می‌کند. یک مدل متابولیکی برای تعیین حداقل میزان ترشح اتانول و شناسایی ژن‌هایی که کاهش یا افزایش بیان آنها این حداقل میزان را افزایش می‌دهند، بکار رفت. سپس، تنظیم کننده‌های آنزیم‌های بیان شده توسط ژن‌های هدف از پایگاه داده Brenda استخراج شد و اثر آنها بر تولید به طور تجربی ارزیابی شد و طراحی آزمایش برای بهینه‌سازی غلظت ترکیبات انتخاب شده انجام شد. در میان ترکیبات شناسایی شده، دو مهار کننده (اسید سالیسیک و کلرید جیوه) و یک فعال کننده (پیروات) برای افزودن به محیط انتخاب شدند و غلظت آنها با استفاده از روش طرح مرکب مرکزی بهینه‌سازی شد. محیط کشت تنظیمی پیشنهادی تولید اتانول توسط سینکوسیستیس را از 352 به 1116 میلی‌گرم بر لیتر افزایش داد که نشان دهنده اثربخشی ترکیبات تنظیمی اضافه شده بر متابولیسم است. روش سیستمی پیشنهاد شده می‌تواند در طراحی محیط کشت دیگر محصولات مهم صنعت زیست‌فناوری کشور همچون پروتئین‌های نوترکیب کاربرد داشته باشد.

چکیده رشد شدید تقاضای جهانی برای پروپیلن، موجب مطالعات و تحقیقات گسترده‌ای جهت یافتن روش­های جایگزین به‌صرفه‌تر و با مصرف کمتر انرژی و بازده مناسب گردیده است. در این پژوهش از گاما آلومینا به‌عنوان پایه­ی کاتالیست­های مولیبدن در فرآیند هیدروژن‌زدایی اکسایشی پروپان، جهت تولید پروپیلن استفاده شده ‌است. کاتالیست­ها به روش تلقیح مرطوب تهیه شده است. به منظور ارزیابی و تعیین دقیق مشخصات کاتالیست­های ساخته‌شده، آنالیزهای FTIR، XRD، BET، SEM و XRF انجام گرفته است. از طراحی آزمایش به روش مرکب مرکزی برای بررسی تأثیر پارامترهای دمای واکنش، درصد بارگذاری مولیبدن، نسبت پروپان به اکسیژن و همچنین بررسی تأثیر برهمکنش بین آن‌ها در تولید پروپیلن طی فرآیند هیدروژن‌زدایی اکسایشی پروپان استفاده شد. برای این منظور از بارگذاری مولیبدن در محدوده 16-4 درصد وزنی، نسبت پروپان به اکسیژن در محدوده 3-1 و دما در محدوده‌ی 540-380 درجه سلسیوس به‌عنوان متغیرهای ورودی روش مرکب مرکزی استفاده شد. پس از انجام آزمون راکتوری و تحلیل نتایج توسط نرم­افزار طراحی آزمایش مشاهده شد، مدل­های پیش‌بینی‌شده برای درصد تبدیل پروپان، درصد گزینش­پذیری پروپیلن و درصد بازده هیدروژن­زدایی اکسایشی با دقت 95% موردقبول است. حالت بیشینه درصد بازده هیدروژن­زدایی اکسایشی با مقدار 02/14 درصد در دمای 487 درجه سلسیوس، 22/11 درصد بارگذاری مولیبدن و نسبت پروپان به اکسیژن 5/1 به دست آمد که در حالت آزمایشگاهی توانست با دقت 94% نسبت به حالت پیشنهادی بهینه مدل طراحی آزمایش حاصل شود.