پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده یکی از مسائلی که در ارتباط با تولید نفت دچار مشکل شده است، تولید آب است که سبب کاهش عمر تولید از مخازن و چاه‌های نفت می‌شود. امروزه برای عملیات کنترل تولید آب در مخزن از روش تزریق ژل پلیمر استفاده می‌شود. از این‌رو، در این مطالعه سعی شده است که با توجه به مخازن ایران و همچنین به علت وجود مشکلات زیست محیطی در زمینه‌ی پلیمرهای سنتزی، ویژگی رئولوژیکی هیدروژل‌های بر پایه‌ی زانتان بررسی شود. استحکام و پایداری هیدروژل‌ها با تغییر شرایط محیطی به صورت تابعی از زمان و نرخ برش قابل بررسی است. بدین منظور، خواص ویسکوالاستیک هیدروژل‌ها شامل مدول الاستیک و ویسکوز نسبت به دما، زمان و نرخ تغییر شکل برای محلول ژلانت مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین تاثیر ترکیبات هیدروژل‌ها شامل غلظت پلیمر، نسبت وزنی عامل شبکه‌کننده به پلیمر و درصد وزنی نانوذرات سیلیکا در بررسی خواص رئولوژیکی مد نظر قرار گرفته است. علاوه‌براین، زمان ژل شدن به عنوان یکی از مهم‌ترین پارامتر تعیین‌کننده هیدروژل در طول تزریق در محیط متخلخل، بررسی شده است.

چکیده موضوع تحقیق: یکی از ساده­ترین و ارزان­ترین روش­های بهبود تولید، سیلاب­زنی است. از جمله چالش­های مهم در این فرایند ناهمگونی در ساختار مخزن است که موجب افزایش تولید آب و کاهش بازیافت نفت می­شود. علاوه بر این، سیلاب زنی یا تزریق مواد شیمیایی در بلند مدت ممکن است به ناهمگونی­های بیشتری در مخزن منجر شود. برای افزایش بازده در فرایندهای ازدیاد برداشت، مسدودسازی انتخابی مناطق با نفوذپذیری بالا و در نتیجه بهبود بهره­وری جاروب در مناطق با نفوذپذیری پایین، اهمیت دارد. استفاده از هیدروژل­ در کنترل جریان تزریقی به ویژه در سال­های اخیر، با موفقیت­های میدانی مختلفی همراه بوده است که نشان دهنده کارایی بالای این روش می باشد. هیدروژل­ بعد از تزریق آب یا پلیمر مورد استفاده قرار می­گیرد و موجب هدایت سیال تزریقی به سمت مناطق کم­تراوا می­شوند.
روش تحقیق: در این مقاله فرایند آزمایشگاهی تزریق هیدروژل در میکرومدل شیشه ای با استفاده از نرم افزار کامسول و معادلات فازی-میدانی شبیه­سازی شده و عملکرد هیدروژل در بهبود ضریب بازیافت نواحی کم­تراوا مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین سیلابزنی قبل از تزریق هیدروژل که معمولا با آب یا پلیمر انجام می­گیرد، بررسی شده و با تعیین پارامترهای موثر بر ضریب بازیافت سعی شده است شرایط بهینه این فرایند بررسی شود. به این منظور پس از صحت­سنجی مدل تهیه شده، حساسیت سنجی پارامترهای موثر بر این فرایند روی ضریب بازیافت انجام شده و یک مدل ریاضی جهت تعیین آن ارائه شده است.
نتایج اصلی: فاکتور بازیافت نفت حاصل از مطالعات، به ترتیب با مقادیر خطای مطلق 29/2 و 06/4 درصد در فرایند تزریق آب و هیدروژل بدست آمد. چهار پارامتر نرخ تزریق، زاویه تماس، گرانروی نفت و گرانروی سیال تزریقی به عنوان پارامترهای موثر بر ضریب بازیافت در فرایند سیلابزنی درنظر گرفته شدند. از این میان، بیشترین تاثیر را زاویه تماس داشت. در مدل مربوط به پیش­بینی ضریب بازیافت در سیلابزنی، بیشترین اثر متقابل مربوط به گرانروی و زاویه تماس می باشد. در شبیه سازی سیلابزنی ضخامت سطح تماس معادل h_max/5بدست آمد که مقدار ، 230 میکرومتر است. در شبیه سازی تزریق هیدروژل، اندازه ضخامت سطح تماس terpf.ep_default/5.65 حاصل شد. terpf.ep_default ضخامت سطح تماس و معادل 631 میکرومتر است.

چکیده ابرجاذب­ها، هیدروژل­های آبدوستی هستند که می‌توانند مقادیر زیادی آب را در ساختارهای سه‌بعدی خود جای دهند و کاربردهای گسترده­ای در علوم مختلف مانند دارو رسانی، پزشکی و کشاورزی دارند. این مواد پلیمرهای آبدوستی هستند که به صورت فیزیکی و یا شیمیایی شبکه‌ای شده­اند. میزان شبکه­ای شدن هیدروژل­ها و مقدار تورم آن­ها در محیط­های آبی دو ویژگی متقابل هم هستند. در صورت افزایش اتصالات عرضی در یک هیدروژل، هرچند میزان تبدیل (conversion) و خواص فیزیکی و مکانیکی هیدروژل افزایش می­یابد، اما از سوی دیگر میزان تورم آن دچار کاهش می­شود. بنابراین تعیین شرایط مناسب پلیمریزاسیون به منظور دستیابی به خواص و تورم بهینه، چالش پیش روی پژوهشگران است. در این پژوهش به منظور بهینه­سازی شرایط سنتز نیمه­شبکه­های درهم خلیده پلی ­(آکریلیک اسید)/زانتان از روش سطح پاسخ (Response surface method) با استفاده از طرح باکس بنکن (Box-Behnken design) استفاده شد. متغیرهای این روش، نسبت مولی عامل اتصال عرضی دهنده (X₁)، درصد وزنی صمغ زانتان (X₂) به عنوان محیط واکنش و مقدار آغازگر (X₃) بوده است که تغییرات هر یک در سه سطح در نظر گرفته شد. پاسخ‌های مورد ارزیابی در روش سطح پاسخ، میزان تبدیل (Y₁) و میزان تورم (Y₂) هیدروژل­ها در آب بوده است. بر اساس 17 آزمایش پیشنهاد شده توسط این طراحی آزمایش، مواد با یکدیگر ترکیب شدند و پلیمریزاسیون رادیکالی درون قالب­های سیلیکونی در دمای °C 65 انجام شد. نتایج آنالیز ANOVA نشان داد خطای داده­های این پژوهش اندک بوده است و ضریب تعیین (R²) هر دو مدل پیشنهادی برای پاسخ‌ها بالاتر از 0.9 بوده است. 46 آزمایشی که برای نقطه بهینه توسط این نرم‌افزار با درصد مطلوبیت (Desirability) بالای 50 درصد پیشنهاد شد، مبین سنتز هیدروژل­هایی است که هم از میزان تبدیل مناسبی برخوردار باشند و هم مقدار تورم آنها مطلوب باشد. به عنوان مثال با 8/12 درصد مولی عامل اتصال عرضی، 03/0 گرم آغازگر و محلول 1 درصد وزنی زانتان، هیدروژل­هایی با میزان تبدیل 93 درصد و مقدار جذب آب 107 درصد تهیه شد. این هیدروژل­ها می‌توانند در زمینه­های مختلفی از جمله تصفیه پساب­های رنگی کارخانجات، کشاورزی، سامانه­های دارو رسانی، جاذب­های پزشکی و غیره مورد استفاده قرار بگیرند.

چکیده در این مطالعه، به منظور بهبود خواص فیزیکی-شیمیایی و کاربرد زیستی هیدروژل کیتوزان، از نانوکامپوزیت ZnO@HAP پوشش یافته با ترکیبات فنولی (Ph.ZnO@HAP) استفاده شد. نخست، ترکیبات فنولی از غلاف سبز گردو استخراج شده، سپس سنتز نانوکامپوزیت Ph.ZnO@HAP با کمک عصاره فنولی، با استفاده از روش هیدروترمال انجام شد. همچنین هیدروژل کیتوزان با استفاده از NaHCO₃ در دمای 37 درجه سانتی­گراد تهیه شد. هیدروژل­های هیبریدی مبتنی بر کیتوزان و نانوکامپوزیت Ph.ZnO@HAP به روش مشابه تهیه شده و با استفاده از آنالیز طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) مشخصه­یابی شدند. خواص آنتی­اکسیدانی، سمیت سلولی و قدرت القاء تمایز استخوانی هیدروژل­های هیبریدی به ترتیب با استفاده از آزمون­های DPPH، MTT و سنجش آنزیم آلکالین فسفاتاز سنجیده شد. بر اساس نتایج طیف­های FTIR، تصاویر FESEM، طیف­سنجی انرژی پرتوایکس (EDX) و پتانسیل زتا، نانوکامپوزیت­های Ph.ZnO@HAP دارای مورفولوژی میله­ای با پوششی از ترکیبات فنولی بر سطح و بار سطحی منفی می­باشند. علاوه براین، نتایج آزمون DPPH نشان داد که خواص آنتی­اکسیدانی نانوکامپوزیت در یک روند وابسته به غلظت افزایش می­یابد. در تصاویر FESEM از هیدروژل­های هیبریدی کیتوزان با غلظت­های مختلف Ph.ZnO@HAP مشاهده شد که هیدروژل­های هیبریدی دارای ساختار شبکه­ای منظم­تری نسبت به هیدروژل کیتوزان می­باشند. همچنین هیدروژل­های هیبریدی دارای خاصیت آنتی اکسیدانی بوده و با افزایش غلظت نانوکامپوزیت در ساختار هیدروژل، خاصیت آنتی­اکسیدانی افزایش می­یابد. مطالعات زیستی نشان داد که سمیت سلولی هیدروژل­های هیبریدی بر سلول­های شبه-استئوبلاست (Saos-2) کمتر از هیدروژل کیتوزان می­باشد و پتانسیل بالاتری در القاء استئوژنز (استخوان­سازی) نسبت به هیدروژل کیتوزان خالص دارند.