پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده این مقاله مروری به بررسی پیشرفت‌های اخیر در زمینه بهبود خواص مکانیکی، حرارتی، الکتریکی و ضدخوردگی رزین اپوکسی از طریق افزودن نانوذرات اکسیدروی اصلاح‌شده می‌پردازد. هدف از این مرور، تبیین نقش نوع عامل اصلاح سطحی و درصد وزنی نانوذرات در عملکرد نانوکامپوزیت‌های اپوکسی و ارائه دیدی جامع از یافته‌های پژوهش‌های انجام‌شده در این حوزه است. در این مطالعه مروری، منابع علمی و پژوهش‌های تجربی منتشرشده در زمینه نانوکامپوزیت‌های اپوکسی حاوی نانوذرات اکسیدروی مورد بررسی و تحلیل تطبیقی قرار گرفته‌اند. مقالات منتخب بر اساس معیارهایی همچون نوع اصلاح سطح نانوذرات، روش اختلاط و پراکنش، درصد وزنی نانوذرات و اثر آن‌ها بر خواص مکانیکی و حرارتی رزین اپوکسی تحلیل شده‌اند. همچنین، یافته‌های گزارش‌شده در زمینه استفاده از ساختارهای هیبریدی و اثرات هم‌افزایی آن‌ها جمع‌بندی شده‌است. مرور مطالعات نشان داد که توزیع یکنواخت نانوذرات در ماتریس اپوکسی موجب افزایش چسبندگی بین فازها، جلوگیری از تمرکز تنش و رشد ترک‌ها و در نتیجه بهبود استحکام و دوام ساختار می‌شود. نتایج اغلب پژوهش‌ها حاکی از آن است که بارگذاری‌های پایین نانوذرات (در محدوده ۰٫۲۵ تا ۱ درصد وزنی) به پراکندگی بهتر و بهبود خواص مکانیکی منجر می‌شود، درحالی‌که مقادیر بالاتر باعث تجمع ذرات و افت عملکرد مکانیکی می‌شود. همچنین اصلاح سطح نانوذرات با گروه‌های سیلانی یا آمینی موجب افزایش سازگاری با ماتریس پلیمری، بهبود انتقال تنش و پایداری حرارتی بیشتر شده است. علاوه بر این، مطالعات اخیر نشان داده‌اند که ساختارهای هیبریدی نانوکامپوزیت‌ها با ایجاد اثر هم‌افزایی، موجب ارتقای هم‌زمان چندین ویژگی عملکردی می‌شوند. جمع‌بندی نتایج نشان می‌دهد که استفاده از نانوذرات اصلاح‌شده در رزین اپوکسی چشم‌انداز روشنی برای توسعه مواد پیشرفته در صنایع الکترونیک، نوری، دریایی، پزشکی و هوافضا فراهم کرده است.

چکیده موضوع تحقیق: سنتز و تعیین خصوصیات نانوجاذب مغناطیسی عامل‌دار (کبالت- تری‌آمینوپروپیل‌تری‌اتوکسی سیلان- کیتوزان) ، بهینه‌سازی و مدل‌سازی شرایط جذب و تعیین سینتیک حذف مونواتیلن‌گلیکول از نمونه پساب 
روش تحقیق: در این تحقیق به‌منظور حذف ماده آلاینده منو‌اتیلن‌گلیکول (Mono Ethylen Glycol, MEG) از پساب، از نانوجاذب مغناطیسی عامل‌دار استفاده شده است. این جاذب از طریق اتصال کیتوزان بر روی سطح نانو ذره مغناطیسی فریت کبالت CoFe2O4 و از طریق حد واسط تری آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان (Aminopropyl Triethoxysilane, APTES) سنتز شد. کیتوزان به‌دلیل داشتن گروه‌های عاملی آمینو و هیدروکسیل، توانایی بالایی در جذب آلاینده‌های آلی مانند منواتیلن‌گلیکول دارد. همچنین استفاده از کیتوزان باعث افزایش سطح تماس و درنتیجه افزایش ظرفیت جاذب می‌شود. خاصیت مغناطیسی فریت‌کبالت نیز منجر به جداسازی آسان جاذب از نمونه پساب با ایجاد میدان مغناطیسی خارجی می‌شود. خصوصیات جاذب سنتز شده، با روش‌های طیف‌سنج فروسرخ تبدیل فوریه (Fourier Transform Infrared ,FTIR) آزمون مغناطیس‌سنج نمونه ارتعاشی ((Vibrating Sample Magnetometer, VSM، تحلیل وزن‌سنجی حرارتی (Thermogravimetric Analysis, TGA) و میکروسکوپ الکترونی روبشی(Scanning Electron Microscope, SEM)  بررسی شد. همچنین شرایط بهینه جذب از جمله میزان pH، زمان اشباع شدن جاذب و بازیابی جاذب ازطریق چرخه‌ی جذب و دفع تعیین گردید. 
نتایج اصلی: مقدار pH بهینه جذب گلیکول از نمونه پساب توسط نانوجاذب مغناطیسی عامل‌دار برابر 6 و مدت‌زمان تماس برای تعادل ظاهری جاذب برابر 5  دقیقه تعیین شد که این زمان کوتاه جذب بیانگر در دسترس بودن مکان‌های جاذب برای گلیکول است. همچنین تغییر ظرفیت جذب پس از 10 مرحله چرخه جذب و دفع، کمتر از 21 درصد به ‌دست آمد که نشان‌دهنده قابلیت بازیابی بالای جاذب و صرفه اقتصادی آن است. داده‌های سینتیک جذب توسط سه مدل سینتیکی شبه مرتبه اول(Pseudo-first-order)، شبه مرتبه دوم(Pseudo-second-order) و نفوذ بین‌مولکولی (Intra-particle Diffusion) بررسی شد. باتوجه ‌به بالاتر بودن ضریب تصحیح (Correlation Coefficient) در مدل شبه مرتبه دوم (0.9951 =R2) می‌توان پی برد که جذب گلیکول بر روی جاذب سنتزشده با این مدل بیشترین انطباق را دارد.

چکیده چکیده

موضوع تحقیق: فروشویی زیستی لیتیوم به‌عنوان رویکردی نوآورانه و پایدار برای استخراج این فلز ارزشمند از منابع جامد، شامل کانی‌های معدنی، باتری‌های مستعمل یون‌لیتیومی و سایر پسماندهای الکترونیکی، مورد توجه قرار گرفته است. افزایش تقاضای جهانی برای باتری‌های یون‌لیتیومی، به‌ویژه در تجهیزات الکترونیکی و خودروهای الکتریکی، نیاز به بازیابی منابع لیتیوم را دوچندان کرده است. با توجه به چالش‌های زیست‌محیطی و اقتصادی روش‌های سنتی استخراج، فروشویی زیستی به‌عنوان گزینه‌ای سازگار با محیط‌زیست و مقرون‌به‌صرفه مطرح شده است.

روش تحقیق: این پژوهش بر پایه بررسی جامع منابع علمی و پژوهش‌های انجام‌شده درباره استفاده از ریزاندامگان‌ها در فروشویی زیستی لیتیوم استوار است. در این راستا، ابتدا به بررسی منابع و کاربردهای لیتیوم پرداخته شد. سپس مطالعات انجام‌شده بر فروشویی زیستی باتری‌های یون‌لیتیومی و منابع جامد دیگر و سازوکار ریزاندامگان‌های مرسوم مورد ارزیابی قرار گرفت. در انتها عوامل مختلفی نظیر شرایط محیطی، pH، دما، ترکیب محیط کشت، غلظت دوغاب و زمان فروشویی بر کارایی بازیابی فلز لیتیوم بررسی و اشاره‌ای به روش‌های نوین استفاده از هوش مصنوعی و زیست‌شناسی سامانه‌ای و سنتزی شد.

نتایج اصلی: نتایج نشان دادند فروشویی زیستی نه‌تنها منجر به بازیابی موفق لیتیوم از منابع جامد با کارایی بالا می‌شود، بلکه به‌طور قابل‌توجهی اثرات زیست‌محیطی را کاهش می‌دهد. باتری‌های یون‌لیتیومی می‌توانند به‌عنوان منبعی بسیار غنی و ارزشمند برای استخراج لیتیوم به کار گرفته شوند. استفاده از گونه‌های قارچی نظیر Aspergillus niger و باکتری‌هایی نظیر Acidithiobacillus ferrooxidans می تواند نرخ بازیابی لیتیوم را تا 100% افزایش دهد. مطالعات نشان دادند استفاده از روش‌های مختلف بهینه‌سازی سویه همچون زیست‌شناسی سنتزی و سامانه‌ای و بهینه‌سازی شرایط کشت همچون استفاده از روش‌های نوین هوش مصنوعی می‌تواند محدودیت‌های استفاده از فروشویی زیستی در صنعت را برطرف کند. همین‌طور این مطالعه بر اهمیت فروشویی زیستی در ایجاد اقتصاد چرخشی تأکید داشته و چشم‌اندازی روشن برای کاربرد صنعتی آن در بازیافت پایدار منابع لیتیوم ارائه می‌دهد.

چکیده موضوع تحقیق: این پژوهش به بررسی اثر نرم‌کننده‌های پلیمری بر پایه پلی(بوتیل‌آکریلات) (PBA) بر عملکرد فیلم‌های پلی(وینیل‌کلرید) (PVC) پرداخته است. هدف اصلی، سنتز و ارزیابی نرم‌کننده‌های کوپلیمر شانه‌ای PVC-g-PBA با زنجیره‌های PBA با طول‌های مختلف و بررسی تأثیر آن‌ها بر ریزساختار، خواص مکانیکی و پایداری فیلم‌های PVC بوده است.
روش تحقیق: زنجیره‌های PBA با درصدهای مولی مختلف (۴۰ تا ۸۰ درصد) از طریق پلیمری‌شدن رادیکالی کنترل‌شده به روش انتقال اتم (ATRP) به زنجیره‌های PVC پیوند زده شدند. ریزساختار کوپلیمرهای سنتزشده با استفاده از طیف‌سنجی فروسرخ (FT-IR) و رزونانس مغناطیسی هسته پروتون (1H-NMR) تأیید شد. سپس، این کوپلیمرها به‌عنوان نرم‌کننده (با درصد وزنی 22%) در ساخت فیلم‌های PVC استفاده شدند. خواص مکانیکی (تنش تسلیم و کرنش شکست)، مورفولوژی (به‌کمک آزمون پراش پرتو ایکس (WAXD)) ، پایداری نرم‌کننده در ماتریس PVC (آزمون استخراج) و رفتار حرارتی-دینامیکی (به کمک آزمون دینامیکی-مکانیکی حرارتی (DMTA)) مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج اصلی: افزایش درصد مولی PBA در کوپلیمرها منجر به کاهش تنش تسلیم از 53 به ۱۰ مگاپاسکال و افزایش چشمگیر کرنش شکست از 9 به %162 شد، که نشان‌دهنده بهبود انعطاف‌پذیری فیلم‌های PVC است. نتایج WAXD نشان داد که با افزایش درصد مولی PBA (تا %۶۳)، نظم زنجیره‌ها افزایش یافته، اما در درصدهای بالاتر (%۷۳)، بلورینگی کاهش می‌یابد که ناشی از ماهیت آمورف PBA است. آزمون استخراج، پایداری بالای نرم‌کننده‌های سنتز شده در ماتریس PVC را پس از ۲۴ ساعت تأیید کرد. تحلیل DMTA نشان‌دهنده تغییر دمای انتقال شیشه‌ای بین فازها با افزایش ترکیب درصد PBA بود. نرم‌کننده‌های سنتزشده در مقایسه با نرم‌کننده متداول DOP، عملکرد مکانیکی بهتری داشته و به‌عنوان جایگزینی مناسب با پایداری بالا در ماتریس PVC پیشنهاد شدند.

چکیده موضوع تحقیق: در این تحقیق، نانو ذرات هسته-پوسته عامل­دارشده با گلوکزآمین سنتز شد. در ادامه با به‌کارگیری روش­های مشخصه‌یابی، اطمینان از سنتز این نانو ذرات صورت پذیرفت و در نهایت نانو ذرات سنتزی برای اهداف جداسازی فلزات سنگین مورد استفاده قرار گرفت. بدین منظور، نانو ذرات هسته-پوسته مغناطیسی Fe₃O₄@SiO₂ با به‌کارگیری روش­های هم­رسوبی و اشتوبر سنتز شدند. در ادامه نانو ذرات هسته-پوسته با مولکول­های سیانوریک‌کلرید و گلوکزآمین عامل­دار شدند. نانو ذرات عامل­دارشده با مولکول­های گلوکزآمین به‌عنوان جاذبی مؤثر در حذف یون­های فلزی کادمیوم به روش استخراج فاز جامد از محلول­های آبی مورد استفاده قرار گرفتند.

روش تحقیق: ویژگی­های مورفولوژی، اندازه ذرات، خصوصیات ساختاری و رفتار مغناطیسی نانو ذرات در طول مراحل سنتز، با استفاده از روش­های تصویربرداری شامل میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM)، توزیع اندازه ذرات (DLS)، پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف­سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR)، آزمون توزین حرارتی (TGA)، پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) و مغناطیس­سنج نمونه مرتعش (VSM) مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. سپس تأثیر پارامترهای مختلف از قبیل دوز جاذب، زمان تماس بر عملکرد جذبی و pH محلول بر میزان جذب مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت.
نتایج اصلی: نتایج نشان می­دهد که بیشینه ظرفیت جذب کادمیوم توسط جاذب (mg/g145) زمانی اتفاق می­افتد که از 15 میلی­گرم جاذب در 50 میلی­لیتر محلول (غلظت اولیه mmol/L4/0) در مدت زمان 18 دقیقه و در 7=pH استفاده شود. علاوه بر این نانوجاذب سنتزی قابلیت بازیافت و استفاده مجدد در فرایندهای جذب-واجذب متوالی برای 6 مرتبه با استفاده از مگنت مغناطیسی بدون کاهش جدی در فعالیت را دارد. نانو ذرات هسته-پوسته عامل­دارشده با گلوکزآمین با توجه به ظرفیت بالای جذب و همچنین قابلیت کاربرد در چرخه­های جذب-واجذب متوالی به‌عنوان روشی ایده­ال برای اهداف تصفیه آب و پساب پیشنهاد می­شود

چکیده موضوع تحقیق: امروزه در تولید الیاف مصنوعی برای ایجاد کاربردها و خواص متنوع، از شکل سطح مقطع‌های عرضی مختلف رشته‌ساز استفاده می‌شود. در این پژوهش تأثیر شکل سطح مقطع عرضی نخ چندرشته­ای بر خواص فیزیکی و موجی نخ ذوب­ریسی و تکسچره شده به روش تاب‌مجازی اصطکاکی با شکل سطح ‌مقطع عرضی دایروی و مستطیلی بررسی شده است.
روش تحقیق: نخ‌های چندرشته‌ای نیمه‌آرایش‌یافته (POY)(Partially Oriented Yarns)  توسط دستگاه ذوب‌ریسی صنعتی و نخ‌های کشیده-تکسچره شده(Drawn Textured Yarns) (DTY)  به‌روش تاب‌مجازی اصطکاکی توسط دستگاه تکسچرایزینگ صنعتی در شرایط یکسان تولید شدند. برای نخ‌های POY با دو سطح ‌مقطع عرضی دایروی و مستطیلی، شکل مقطع عرضی نخ‌ها، چگالی ‌خطی، جمع‌شدگی حرارتی، میزان بلورینگی و خواص کششی (استحکام، ازدیاد طول تا پارگی و مدول) مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای نخ‌های DTY علاوه بر آزمون‌های مذکور، خواص موجی (جمع‌شدگی موج، مدول موج و پایداری موج)، مقدار جهندگی نخ‌ها و نسبت تنش بعد از تاب‌دهند‌ه به تنش قبل از تاب‌دهند‌ه‌ی اصطکاکی (T2/T1) نیز بررسی شد. به‌علاوه، برای آگاهی از شرایط ساختاری الیاف آزمون پراش پرتو‌ی ایکس برای نمونه‌های DTY انجام شد.
نتایج اصلی: طبق نتایج مشخص شد اختلاف خواص کششی و جمع‌شدگی گرمایی نخ‌های POY برای هر دو سطح مقطع، با وجود معناداری آماری، کم است. درصورتی‌که این اختلاف برای هر دو سطح ‌مقطع دایروی و مستطیلی در نخ‌های DTY بیشتر است. در مقایسه‌ی مقدار جهندگی نخ‌های DTY، نخ با سطح مقطع عرضی مستطیلی مقدار جهندگی بیشتری نسبت به سطح مقطع دایروی نشان داد. به‌علاوه، خواص موجی نخ DTY با سطح مقطع دایروی به‌صورت مشهودی بهتر از سطح ‌مقطع مستطیلی بود که می‌توان علت آن را میزان بلورینگی کمتر نخ DTY با سطح‌ مقطع دایروی نسبت به مستطیلی دانست.

چکیده موضوع تحقیق: تصفیه پساب‌های نفتی برای جلوگیری از آسیب‌های زیست‌محیطی و رعایت مقررات ضروری است. فرایندهای غشایی به‌دلیل کارایی، مصرف کم انرژی و توانایی مدیریت موثر امولسیون‌های پیچیده برای این کار ایده‌آل هستند.
روش تحقیق: در این تحقیق، هدف اصلی استفاده از فرایند جداسازی غشایی اولترافیلتراسیون برای تصفیه پساب‌های حاوی ترکیبات نفتی (مانند گازوئیل) است. بدین منظور غشاهای آمیزه‌ای پلی‌اترسولفون/پلی‌اترسولفون سولفونه (PES/SPES) با ترکیب درصدهای مختلف از SPES با روش جدایش فازی با استفاده از غیرحلال ساخته شد. تأثیر بارگذاری SPES بر مورفولوژی غشا، زبری سطح غشا، آب‌دوستی سطح، مقاومت مکانیکی، تخلخل و شار آب و پساب غشا با استفاده از آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، اندازه‌گیری زاویه‌ی تماس آب، آزمون مقاومت مکانیکی و آزمون‌های عملکردی فیلتراسیون بررسی شد.
نتایج اصلی: مشاهده شد که افزودن SPES به PES و افزایش بارگذاری آن منجر به تشکیل درشت‌حفره‌ها در مقطع غشا، افزایش زبری سطحی، افزایش آب‌دوستی سطح، افزایش تخلخل، بهبود شار آب و پساب غشاها و افزایش نسبت بازیابی شار آب خالص شده است. با این حال، این مزایا با کاهش مقاومت مکانیکی و افزایش فشردگی غشا همراه بود. در میان غشاهای آماده‌شده، غشای آمیزه‌ای PES/SPES با نسبت وزنی 40/60 بهترین عملکرد را با دستیابی به شار پساب نهایی L/m2·h 78/34 در مقایسه غشای PES خالص با شار پساب نهایی L/m2·h 35/11 داشت. غشای آمیزه‌ای PES/SPES با نسبت وزنی 60/40 بیشترین زبری سطحی، آب‌دوستی سطح و نسبت بازیابی شار را داشت. به‌طورقابل‌توجهی تمامی غشاهای ساخته‌شده در این تحقیق کارایی پس‌زنی بالای 99 درصد را برای امولسیون آب-گازوئیل داشتند که برای کاربردهای عملی و صنعتی قابل توجه است.


 

چکیده موضوع تحقیق: در این پژوهش، نانو ذرات Fe₃O₄ با به کارگیری روش هم رسوبی سنتز شدند. سپس نانو ذرات هسته-پوسته Fe₃O₄@SiO₂ با استفاده از روش اشتوبر و معرف تتراتوکسی‌سیلان به‌ عنوان منبع سیلیکا سنتز شد. سپس نانو ذرات هسته-پوسته با مولکول­های تئوفیلین عامل دار شد. در نهایت، از این نانو ذرات به ‌عنوان جاذب برای حذف یون­های نیکل از محلول­های آبی به روش استخراج فاز جامد استفاده شد.

روش تحقیق: بررسی و مطالعه ساختاری، بلوری، پایداری حرارتی، مغناطیسی، مورفولوژی و اندازه نانو ذرات با استفاده از آزمون‌های پراش پرتو ایکس، طیف­سنجی فروسرخ تبدیل فوریه، توزین حرارتی، مغناطیس­سنج نمونه ارتعاشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت. در ادامه با اطمینان از سنتز نانو ساختار پیشنهادی، پارامترهای کلیدی موثر بر استخراج فاز جامد بهینه سازی شد. بدین منظور، مقادیر مختلف جاذب، زمان تماس جاذب، pH و غلظت اولیه یون نیکل بر میزان جذب از محلول­های آبی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت.

نتایج اصلی: نتایج بررسی­ها نشان می­دهد که استفاده از mg 27 جاذب در mL 75 محلول یون نیکل با غلظت اولیه mmol/L 45/0 منجر به بیشینه ظرفیت جذب %94 و حذف یون نیکل در pH 7 در مدت زمان min 28 و در دمای محیط می­شود. نهایتاً توانایی بازیافت و قابلیت استفاده مجدد نانو جاذب در فرایند جذب-واجذب متوالی با استفاده از مگنت خارجی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت که نتایج حاکی از عملکرد عالی و مؤثر این نانو جاذب در حذف یون نیکل دوظرفیتی از محلول­های آبی است. همچنین نانو جاذب سنتزی قابلیت بازیابی و استفاده مجدد در چرخه­های متوالی جذب-واجذب را بدون کاهش در فعالیت عملکردی دارد.

چکیده موضوع تحقیق: تحلیل به‌هنگام به کمک ابزارهای دیجیتال، نیازمند دریافت در لحظه داده‌ها از نقاط مختلف فرایندهای شیمیایی صنعتی است. تأخیرهای زمانی در اندازه‌گیری متغیرهای فرایندی ممکن است عملکرد مؤثر راهبرد‌های کنترلی مختلف، پایداری فرایند و کارایی عملیاتی را تحت تأثیر قرار دهد و در نتیجه تحلیل، استخراج اطلاعات و تبدیل آن به تصمیم‌های قابل اجرا در لحظه را غیرممکن ‌کند. فرایند تولید مونومر وینیل‌استات (VAM) به‌عنوان فرایند پیچیده و غیرخطی در صنایع شیمیایی شناخته می‌شود. در این فرایند ترکیب درصد آب در پایین برج تقطیر آزئوتروپیک، یکی از متغیرهای مهم است که توسط دستگاه کروماتوگرافی گازی (GC) با تأخیر زمانی و هزینه زیاد اندازه‌گیری می‌شود.

روش تحقیق: حسگرهای نرم به‌طور عمده تخمین به‌هنگام متغیرهایی که اندازه‌گیری آن‌ها دشوار یا غیرممکن است را بهبود می‌بخشند. شبکه‌های عصبی به واسطه قابلیت یادگیری الگوهای غیرخطی و سرعت پیش‌بینی مناسب در توسعه حسگرهای نرم نقش مهمی را ایفا می‌کنند. این پژوهش بر روی توسعه حسگر نرم تطبیقی بر اساس مدل شبکه عصبی پیش‌خور برای تخمین به‌هنگام ترکیب درصد آب در پایین برج تقطیر آزئوتروپیک در فرایند VAM متمرکز است.

نتایج اصلی: حسگر نرم ایجاد شده به‌صورت تطبیقی در حضور عیب‌های عملیاتی مختلف به کار گرفته شده است و با خطای MSE=1.1x10^-5، رفتار GC را به صورت لحظه‌ای تخمین می‌زند. می‌توان با حفظ دقت پیش‌بینی در پیاده‌سازی تطبیقی حسگر نرم در حضور تغییرات مختلف فرایندی، سازگاری مؤثر این حسگرها را اثبات کرد. این پژوهش قابلیت حسگرهای نرم را به‌عنوان جایگزینی کارآمد و مقرون‌به‌صرفه برای نظارت به‌هنگام در فرایندهای شیمیایی پیچیده را نشان می‌دهد.