پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

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: 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: فلر به‌عنوان بخشی جدایی‌ناپذیر از واحدهای پتروشیمی علاوه بر تضمین ایمنی و سلامت کارکنان، یکی از منابع اصلی انتشار آلاینده‌ها و ترکیبات آلی فرار است. گازهای ارسالی به فلر غالباً دارای ترکیبات ارزشمندی هستند که بازیابی آن‌ها می‌تواند به افزایش تولید، ارتقای درآمد و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای منجر شود. بررسی امکان بازیابی این گازها و استفاده مجدد آن‌ها در فرایندهای پتروشیمی از اهمیت بالایی برخوردار است.
روش تحقیق: در این مطالعه، با هدف بازیابی گازهای فلر در مجتمع پتروشیمی زاگرس، شبیه‌سازی فرایند و تحلیل انرژی و اکسرژی انجام شده است. فرایند پیشنهادی شامل یک تبدیل‌گر بخار مخلوط متان در دمای 1000 کلوین و فشار 101.3 کیلوپاسکال، سامانه تبادلگر گرمایی، جداساز میعانات آب و فشرده‌ساز گاز بازیابی‌شده تا فشار 7600 کیلوپاسکال متناسب با شرایط راکتور سنتز متانول است. همچنین، آزمون حساسیت برای بررسی اثر تغییر نسبت بخار به کربن و دمای خوراک تبدیل‌گر بر عملکرد کلی انرژی و اکسرژی سامانه نیز صورت گرفته است.
 نتایج اصلی: نتایج نشان داد که نسبت بهینه بخار به کربن در تبدیل‌گر 13 بود که در آن تمامی متان به گاز سنتز تبدیل می‌شد. افزایش دمای خوراک موجب کاهش مصرف انرژی تبدیل‌گر، بهبود بازده انرژی و کاهش تخریب اکسرژی شد. بر اساس تحلیل اکسرژی، تبدیل‌گر با سهم 49.43 درصد بیشترین و جداکننده آب با سهم صفر درصد کمترین تخریب را داشتند. بازده کلی انرژی فرایند 56.43 درصد و بهره‌برداری از انرژی ورودی 17 گیگاژول محاسبه شد. شدت تلفات انرژی و تخریب اکسرژی برای هر تن گاز بازیابی‌شده به‌ترتیب 13.13 و 2.62 گیگاژول بود. شبیه‌سازی واحد سنتز متانول نیز نشان داد تزریق گاز سنتز بازیابی‌شده موجب افزایش 9.16 درصدی تولید متانول، معادل 462/39 تن در روز شد. در نهایت، استفاده از سامانه بازیابی گاز فلر باعث حذف کامل انتشار دی‌اکسیدکربن ناشی از فلرینگ و کاهش ردپای دی‌اکسید کربن به صفر شد.

 

چکیده موضوع تحقیق: این تحقیق از رویکرد جدیدی برای سنتز پلی‌سولفید مایع استفاده می‌کند. استفاده از 1و2و 3 تری‌کلروپروپان (TCP) به‌عنوان عامل شبکه‌کننده پلی‌سولفید مایع، به‌دلیل سمیّت زیاد و خطر سرطان‌زایی یکی از محدودیت‌های سنتز پلی‌سولفید مایع است. در این پژوهش از گلوتارآلدئید (GLH) به‌دلیل ایمن‌تر بودن نسبت به TCP به‌عنوان عامل شبکه‌کننده استفاده شده است.
روش تحقیق: پلی‌سولفید مایع از طریق واکنش تعلیقی سطحی بیس (2-‌کلرواتیل‌) فرمال با تترا سولفید سدیم (Na2S4) در حضور گلوتارآلدئید (GLH) به‌عنوان عامل شبکه‌کننده تهیه شد. همچنین مونومر آلی، بیس (2- ‌کلرواتیل‌) فرمال از طریق واکنش اتیلنکلروهیدرین با پارافرمالدئید تهیه شده است. سنتز و خلوص مونومر آلی با آزمون‌های طیف‌سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) و سوانگاری گازی-طیف‌سنجی جرمی (GC-MS) مشخصه‌یابی شده است. در ادامه پلی‌سولفید مایع سنتز شده با استفاده از آزمون‌های FTIR، گرانروی‌سنجی، آزمون لایه‌برداری (T-peel)، آزمون کشش و سختی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. در این مطالعه از GLH در ترکیب درصد‌های متفاوت در پلی‌سولفید مایع استفاده شده و تأثیر ترکیب درصد GLH بر خواص جریان‌پذیری، مکانیکی و چسبندگی پلی‌سولفید مایع بررسی شده است.
 نتایج اصلی: گرانروی پلی‌سولفید مایع حاوی 1.5 تا 2 درصد وزنی GLH (LP-3 و LP-4)، به‌ترتیب مقادیر 6800 و 11000 میلی پاسکال ثانیه بوده است که نسبت به نمونه‌های حاوی 0.5 تا 1 درصد وزنی GLH (LP-1 و LP-2) با گرانروی‌های به‌ترتیب برابر با 3900 و 4100 میلی‌پاسکال ثانیه، مقادیر بیشتری داشته‌‌است. همچنین نمونه‌های LP-3 و LP-4 استحکام کششی بیشتری نسبت به نمونه‌های LP-1 و LP-2 داشته‌اند. همچنین چسبندگی به فلز در نمونه‌های LP-1 و LP-2 بیشتر از نمونه‌های LP-3 و  LP-4 بوده است. ترکیب درصد بهینه استفاده از GLH با توجه به نتایج خواص کششی و سختی، 1.5 تا 2 درصد وزنی است؛ اما با توجه به گرانروی بالای پلی‌سولفید مایع حاوی 2 درصد وزنی GLH (LP-4) و سیالیت ناکافی این نمونه در دمای اتاق در زمان استفاده به‌عنوان درزگیر و همچنین چسبندگی ضعیف نمونه LP-4، در نهایت نمونه‌های LP-2 و LP-3 مناسب‌ترین ترکیب درصد از نظر مقادیر گرانروی، سختی، استحکام کششی و استحکام لایه‌برداری، برای تهیه پلی‌سولفید مایع ایمن برای کاربرد درزگیر هستند.

چکیده  موضوع تحقیق: در این پژوهش با استفاده از تکنیک الکتروریسی الیاف پلیمری لایه حساس رسانای برپایه پلی­ بنزی ­ایمیدازول/ نانولوله ­کربنی به منظور شناسایی ترکیبات آلی فرار (متانول، اتانول، ایزوپزوپیل الکل (IPA)، استون) و بخار آب طراحی و ساخته شده است.
روش تحقیق: روش انجام پژوهش به صورت تجربی می ­باشد. در ابتدا شرایط فرایندی مختلف مانند دبی، ولتاژ و فاصله سوزن تا جمع کننده مورد بررسی قرارگرفت تاامکان تولید لیف یکنواخت و با قطر نانومتری بدست بیاید. سپس با لایه نشانی الیاف بر روی الکترود شانه ­ای لایه حساس حسگر ساخته شد و پاسخ دینامیک آن توسط یه دستگاه ساخته ­شده توسط گروه مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج اصلی: نتایج نشان داده است که با تنظیم میزان دبی cc.hr-1 0/5 و ولتاژ24 کیلو ولت و فاصله نازل تا جمع ­کننده 15 سانتی­متر می ­توان الیاف یکنواخت با قطر چند نانومتر تولید کرد که این ساختار با استفاده از آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تائید شده­ است. میزان تخلخل موجود در الیاف با استفاده از آزمون اندازه ­گیری سطح ویژه سه نقطه ­ای (BET) اندازه ­گیری شد که برابر 18/23 m2.gr-1 بدست آمد. نتایج آزمون پویای حسگری نشان­ دهنده پاسخ بسیار خوب حسگر ساخته شده در مقابل الکل­ها و استون می ­باشد، به ­گونه­ای که شدت پاسخ با کاهش میزان قطبیت الکل­ها از متانول به ایزوپزوپیل الکل افزایش می ­یابد. زمان پاسخ حسگرها بسیار کوتاه (کمتر از10 ثانیه ) می ­باشد که این مساله به­ دلیل ساختار نانوالیاف لایه حساس است که سبب می­شود تا نفوذ مولکول­های بخار و دسترسی آن­ها به سایت­های فعال به­ شدت افزایش یابد. در نهایت نیز روند پاسخ و انتخاب­ پذیری حسگر به­ دست آمده در مقابل بخارات هدف بر اساس پارامترهای ترمودینامیکی مانند پارامتر برهم­کنش فلوری- هاگینز مورد مطالعه قرار گرفته است.

چکیده موضوع تحقیق: فرمول‌بندی جوهرهای جوهرافشان تصعیدی مبتنی بر رنگزاهای پراکنده، نیازمند کنترل دقیق پایداری پراکنه و رفتار رئولوژیکی برای دستیابی به کیفیت چاپ پایدار و سازگاری با سامانه چاپگر است. یکی از چالش‌های اساسی در این زمینه، ایجاد تعادل مناسب میان پراکنشیارهای پلیمری و سطح‌فعال‌ها با وزن مولکولی پایین است تا از ته‌نشینی ذرات، نوسانات گرانروی و تغییرات کشش سطحی جلوگیری شود. این پژوهش با هدف بررسی نقش غلظت سطح‌فعال غیریونی بر ویژگی‌های فیزیکی، پایداری پراکنه و رفتار رئولوژیکی رنگزای پراکنده آبی ۳۵۹ در فرمول‌بندی‌های جوهرهای جوهرافشان تصعیدی آب­پایه انجام شد.
روش تحقیق: افشرده‌های رنگزا با استفاده از دستگاه آسیاب خمره‌ای در حضور پراکنشیار پلیمری، گلیسیرین و آب یون‌زدوده تهیه شدند. غلظت سطح‌فعال غیریونی در محدوده‌ی ۰ تا 7/1 درصد وزنی تنظیم شد. نمونه‌های حاصل‌شده با استفاده از طیف‌سنجی UV-vis برای تعیین قدرت رنگی، روش پراکندگی نور پویا برای اندازه ذرات، روش Wilhelmy برای کشش سطحی، و رئومتر چرخشی برای بررسی رفتار رئولوژیکی مورد ارزیابی قرار گرفتند. همچنین پایداری پراکنه با آزمون کدورت در بازه‌های زمانی مختلف بررسی شد.
نتایج اصلی: نتایج نشان داد حضور هم‌زمان سطح‌فعال غیریونی و پراکنشیار پلیمری موجب بهبود قابل‌توجه در پایداری و جریان‌پذیری سامانه می‌شود به شکلی که نمونه‌ی با غلظت بهینه‌ی سطح‌فعال، نوسان کدورت کمتر از NTU30 و گرانروی کمتر از cp8/5 دارد و نمونه‌ی عاری از سطح‌فعال بیش از NTU500 کاهش کدورت را طی زمان آزمون تجربه کرد و گرانروی بیش از cp17 نیز دارد. در غلظت بهینه‌ی حدود 3/6 درصد وزنی از سطح فعال، اندازه ذرات به کمینه‌ مقدار و قدرت رنگی به بیشینه مقدار خود رسید و پایداری پراکنه نیز بیشینه شد. در مقابل، مقادیر بسیار بالا یا پایین‌تر از این مقدار، سبب رشد تجمعی ذرات، افزایش کدورت و کاهش کیفیت چاپ شد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که تنظیم دقیق نسبت سطح‌فعال به پراکنشیار، برای طراحی جوهرهای جوهرافشان تصعیدی با خواص نوری و رئولوژیکی مطلوب، اهمیت اساسی دارد.

چکیده موضوع تحقیق: در دهه‌های اخیر، تزریق آب و گاز در بهبود بازیافت نفت مورد توجه زیادی بوده است، اما برخی از مهندسان معتقدند که روش‌های جایگزین بهتری می‌توانند نقش محوری در این زمینه ایفا کنند. استفاده از موادی مانند سورفکتانت‌ها به‌عنوان روشی نوآورانه در نظر گرفته می‌شود که تأثیر قابل‌توجهی بر بخش نفتی گذاشته است؛ با این حال، تولید در مقیاس بزرگ چنین موادی از نظر مالی بسیار گران است. علاوه بر این ساخت این مواد منجر به تولید پسماند‌های سمی و خطرناکی می‌شود که می‌توانند تهدید‌های مختلفی را برای سلامت انسان و محیط زیست ایجاد کنند و در نهایت منجر به آلودگی گسترده و غیرقابل‌جبران می­شوند. استفاده از سورفکتانت‌های طبیعی به‌عنوان راه‌حلی مناسب با کارایی نسبتاً بالایی ظاهر می­شوند. این سورفکتانت‌های طبیعی از برگ گیاهان بومی استخراج می­شوند که می‌توانند به‌عنوان روشی مقرون‌به‌صرفه استفاده شوند. همچنین، این مواد زیست‌تخریب‌پذیر هستند و تهدیدی برای سلامت انسان و محیط زیست ایجاد نمی­کنند.

روش تحقیق: ترکیب این سورفکتانت‌های طبیعی در آزمایش‌های مرتبط با نفت، نتایج رضایت‌بخشی را به همراه داشته است که اثربخشی آن‌ها را در کاهش کشش سطحی بین آب – نفت و اصلاح گرانروی نفت خام نشان می‌دهد. در این پژوهش برهم­کنش میان سورفکتانت‌ها با پایین‌ترین غلظت یون‌های دوظرفیتی مورد بررسی قرار گرفت. یکی از فرایند‌های آزمایش، تزریق این محلول‌ها در یک میکرومدل بود که در ادامه مورد بررسی قرار گرفت.

نتایج اصلی: ترکیب این نوع سورفکتانت‌ها در کنار یون‌های دوظرفیتی با نفت خام، کشش بین‌سطحی را  به‌طور قابل‌توجهی کاهش داد. نکته قابل توجه این است که ترکیب عصاره برگ توت با یون کلسیم کشش بین‌سطحی نفت خام را به عدد 6/15 میلی‌نیوتن بر متر کاهش داد، در‌حالی‌که برگ نارنج با یون سولفات آن را به عدد 6/13 میلی‌نیوتن بر متر رساند. همچنین در بسیاری از موارد آزمون‌های گرانروی، کاهش گرانروی نفت خام مشاهده شد. ترکیب یون کلسیم با عصاره برگ توت منجر به بازیابی حدود %41 نفت شد، در‌حالی‌که یون سولفات با برگ نارنج منجر به %50 بازیابی نهایی شد.