دوره و شماره: دوره 6، شماره 2 - شماره پیاپی 20، شهریور 1401 
مهندسی نفت

بررسی آزمایشگاهی اثر نانو ذرات سریم اکسید سنتز شده به روش درجا بر ضریب برداشت نفت درون میکرومدل شیشه‌ای

صفحه 3-14

نفیسه مهروز؛ رضا غریب شاهی؛ آرزو جعفری؛ حمید دلاوری؛ سعید صادق نژاد

چکیده سنتز نانو ذرات به صورت درجا به خاطر اثرگذاری بیشتر بر سازوکارهای تولید (مانند کاهش گرانروی نفت)، توزیع یکنواخت نانو ذرات در سیالات مخزن، عدم کاهش تراوایی سازند به خاطر عدم تزریق نانو سیال به مخزن و همچنین صرفه اقتصادی از اهمیت بیشتری نسبت به دیگر روش‌های سنتز نانو ذرات برای استفاده در فرایندهای ازدیاد برداشت نفت برخوردار است. در این مطالعه اثر نانو ذرات سریم اکسید سنتز شده به‌صورت درجا در دمای پایین بر روی ضریب برداشت نفت مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور سیال پایه آب برای پخش شدن نانو ذرات سنتز شده در نظر گرفته شد. همچنین به منظور بررسی اثر غلظت نانو ذرات در سیال پایه بر روی ضریب برداشت نهایی نفت، نانو سیال‌ها با غلظت­های 01/0، 1/0، 25/0 و 5/0 درصد وزنی تهیه شدند. در نهایت، نانو سیال­های تهیه شده با نرخ تزریق 07/0 میلی‌لیتر در ساعت تا یک حجم منافذ به درون میکرومدل تزریق شد و میزان برداشت نفت و نحوه حرکت سیال درون محیط متخلخل مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان دادند که نانو ذرات سنتز شده در این پژوهش، کارایی مناسبی برای افزایش ضریب برداشت از مخازن نفتی دارند. حضور اندک این نانو ذرات (غلظت 01/0 درصد وزنی)، باعث افزایش چشمگیر ضریب برداشت نفت (حدود 7%) در مقایسه با تزریق آب به تنهایی است. همچنین، با افزایش غلظت نانو ذرات در سیال پایه، ضریب برداشت نفت هم افزایش یافت. به‌طوری‌که برای نانو سیال‌های با غلظت 01/0، 1/0، 25/0 و 5/0 درصد وزنی ضریب برداشت نفت به ترتیب برابر 25%، 38%، 43% و 45% شد. اما با افزایش غلظت نانو ذرات در سیال پایه، از یک مقدار بهینه به بعد احتمال رسوب ذرات درون میکرومدل افزایش یافت، اثر نانو ذرات بر تغییر خواص هیدرودینامیکی سیال تزریقی و مکانیسم‌های بهبود برداشت نفت کاهش یافت و لذا کارایی این نانو ذرات نیز کم شد.

نانوکاتالیزور

بررسی استفاده از زئولیت طبیعی بهبودیافته به عنوان پایه کاتالیست فرایند هیدروژن زدایی اکسایشی پروپان

صفحه 15-26

فاطمه ابراهیمی راد؛ جعفر توفیقی داریان؛ سعید سلطانعلی

چکیده موضوع تحقیق : در سال‌های اخیر تولید پروپیلن با مقیاس صنعتی مبتنی بر روش اکسایشی هیدروژن‌زدایی پروپان به دلیل عدم محدودیت‌ های ترمودینامیکی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار بوده‌است. دراین راستا، به‌کارگیری زئولیت‌های طبیعی با فراوانی بالا و قیمت پایین از جایگاه ویژه‌ای برخوردار بوده‌است. در این مقاله زئولیت‌ طبیعی پرلیت به عنوان پایه کاتالیستی اصلاح‌شد و سپس عملکرد کاتالیست های سنتزی با فلز فعال وانادیوم در فرآیند هیدروژن‌زدایی اکسایشی پروپان در راستای تولید پروپیلن بررسیشد. در این فرایند خوراک مخلوط از پروپان و هوا با دبیh-1 40000 (GHSV)، تحت فشار اتمسفریک و دمای 500 درجه سانتی‌گراد در یک راکتور کوارتزی بستر ثابت مورد استفاده قرار گرفت.
روش تحقیق: در این پژوهش پایه پرلیت طبیعی به عنوان منبعی از آلومینیوم‌اکسید (Al2O3) و سیلیس (SiO2) توسط محلول یک مولار آمونیوم نیترات (NH4NO3) مورد تعویض یونی قرار گرفت(PERLIT-I). در ادامه به منظور بررسی تاثیر آلومنیوم‌زدایی پایه، غلظت‌های مختلف اسیدی از اسید نیتریک (HNO3) برابر با 0.75، 1.5، و 2.25 مولار، مورد استفاده قرار گرفت (PERLIT-IA). به منظور سنتز کاتالیست های 8% وزنی، چهار پایه سنتزشده توسط وانادیوم به عنوان فلز فعال به روش تلقیح خشک نشانده‌شدند. به منظور تعیین دقیق ساختار و ارزیابی ویژگی‌های کاتالیست، آنالیز‌های پراش اشعه ایکس(XRD)، میکروسکوپ الکترون روبشی (FE-SEM)، و برنامه دمایی واجذب آمونیاک (NH3-TPD) مورد استفاده قرار گرفتند‌.
نتایج اصلی: نتایج نشان داد میزان غلظت اسید مورد استفاده، پارامتری تاثیرگذار بر میزان درصد تبدیل و گزینش‌پذیری کاتالیست‌ها می‌باشد. در مقایسه، فعالیت متفاوت قابل توجهی بین عملکرد نمونه V/PERLIT-I نسبت به نمونه‌های V/PERLIT-IA مشاهده‌شد. مقدار بیشینه گزینش‌پذیری برای V/PERL-IA(2.25) برابر با 74 درصد نشان داده‌شد. با توجه به نتایج، پایه اصلاح‌شده پرلیت با گزینش‌پذیری مناسب می‌توانند در مطالعات بکارگیری به عنوان پایه‌صنعتی مورد توجه قرار گیرند.

غشاء

بررسی روش های مختلف افزایش عملکرد غشاها در فرایند جداسازی اکسیژن از نیتروژن

صفحه 27-54

صبا روشیان؛ جواد کریمی ثابت؛ پریا امیرعابدی

چکیده در سال­های اخیر جداسازی هوا با استفاده از غشا به‌عنوان یک فناوری مقرون‌به‌صرفه برای تولید جریان­های نسبتاً خالص نیتروژن و اکسیژن مورد توجه زیادی قرار گرفته است. نتایج مطالعات نشان می­دهد که طراحی و ساخت پلیمرهای جدید با ساختار مطلوب برای صنعتی شدن فناوری غشاهای پلیمری در زمینه جداسازی اکسیژن از نیتروژن امری بسیار مهم تلقی می­شود. نتایج بدست آمده از کارهای تحقیقاتی مختلف نشان می­دهند که غشاهای پلیمری ساخته شده بر پایه پلی­ایمیدهای آروماتیک و پلیمرهای ذاتاً میکرومتخلخل (PIMs) به­علت گزینش­پذیری بالا، خواص مکانیکی، حرارتی و شیمیایی مناسب و نیز بهره­مندی از ساختارهای متفاوت ناشی از استخلاف­های پلیمری گزینه مناسبی جهت جداسازی اکسیژن و نیتروژن می­باشند. از سوی دیگر، فرایند اصلاح غشا نیز می­تواند مقاومت مکانیکی، شیمیایی و گزینش­پذیری غشاها را تا حد زیادی افزایش داده و روشی مؤثر در جهت بهبود عملکرد جداسازی اکسیژن از نیتروژن ­باشد. نتایج بدست آمده حاکی از این است که ساخت غشاهای آمیزه پلیمری گزینش­پذیری و تراوایی غشاها را افزایش داده، همچنین ایجاد اتصالات عرضی نیز در اغلب موارد موجب افزایش گزینش­پذیری غشاها شده است. در این میان غشاهای غربال مولکولی کربنی که توسط تجزیه حرارتی ماده اولیه پلیمری در شرایط کنترل شده دمایی و فشاری ساخته می­شوند، به­دلیل داشتن خواصی نظیر گزینش­پذیری و تراوایی بالا، پایداری در محیط­های خورنده و قابلیت کاربرد در دماهای بالا مورد گزینه مناسبی برای جداسازی اکسیژن و نیتروژن محسوب می­شوند. همچنین با دقت در نتایج بدست آمده از کارهای تحقیقاتی مختلف می­توان دریافت که استفاده از نیروی محرکه و ذرات مغناطیسی در پلیمر بهبود همزمان تراوایی و گزینش­پذیری غشاها را در پی دارد. بطوریکه پیش­بینی می­شود این روش در بهبود عملکرد غشاهای پلیمری در زمینه جداسازی اکسیژن و نیتروژن یکی از روش­های کارآمد باشد.

مهندسی پلیمریزاسیون

شبکه ای کردن پلیمر کاپرولاکتون با بنزوئیل پراکساید به روش حرارتی برای ساخت ماسک های پرتودرمانی

صفحه 55-68

علی الماس گنج؛ سید عباس موسوی

چکیده موضوع تحقیق: پرتو­درمانی خارجی یک روش اصلی برای درمان سرطان است. برای این­که پرتو­های ساطع ­شده تنها به سلول­های سرطانی تابیده شوند، از ماسک­هایی جهت تثبیت بدن بیمار در موقعیت مناسب استفاده می­ شود تا در هنگام پرتودرمانی پرتو­های تابیده شده به بافت­ های سالم بدن بیمار نرسد. با توجه به ویژگی های منحصربه ­فرد این ماسک ­ها، برای تولید آن­ها باید از مواد مناسب پلیمری استفاده شود که در ابتدا استفاده از انواع پلیمرهای گرمانرم مورد بررسی قرار گرفته­است.
روش تحقیق: در ادامه پلیمر­کاپرولاکتون به عنوان ماده اصلی مورد استفاده برای ساخت ماسک پیشنهاد شده است. این­ ماده به علت استحکام کششی پایینی که دارد به تنهایی برای کاربرد مورد نظر مناسب نیست، به­ همین علت ماده مورد نظر با درصد­های مختلف از ماده بنزوئیل پراکساید (BPO) پخته شد تا در اثر ایجاد اتصالات عرضی در پلیمر مورد نظر، استحکام کششی آن افزایش یابد. خواص نمونه­ های پخت­ شده با کمک آزمون­ های درصد ژل شدگی، حافظه شکلی، استحکام کششی تک جهته و نمودار­های DSC مورد بررسی قرار گرفت.

نتایج اصلی: با افزایش ماده BPO، درصد ژل­ شدن و حافظه شکلی نمونه­ های پخت شده افزایش یافت. تمامی نمونه ­های پخت­ شده درصد بازگشت شکلی بالایی داشتند که بالاترین آن­ها متعلق به نمونه­ های شامل 2 و 3 درصد وزنی از BPO بود. با بررسی نمودارهای آزمون استحکام کششی، مشاهده ­شد که با افزایش مقدار BPO از 0.5 تا 2 درصد وزنی در نمونه­ های پخت­ شده، استحکام کششی در نقطه شکست تا 10 مگاپاسکال افزایش یافت. نمونه پخت­ شده پلی ­کاپرولاکتون با 2 درصد وزنی از BPO و نمونه ماسک ارفیت هر­دو دارای بازگشت شکلی %94 و استحکام کششی در نقطه شکست 10 مگاپاسکال بودند که از این لحاظ شباهت بالایی به یکدیگر داشتند. در نهایت آمیزه پلی­ کاپرولاکتون با 2 درصد وزنی از BPO برای ساخت ماسک پرتودرمانی پیشنهاد شده است.

انتقال جرم

ارزیابی عملکرد نانو سیال هیبریدی نانو اکسید آهن و نانو ورق گرافن جهت حذف دی اکسید کربن از هوا بوسیله شوینده ونتوری

صفحه 69-79

شاداب شهسواری؛ علی اکبر جمشیدی؛ عباس کاظمی؛ فریبرز عزیزی نژاد؛ فرهنگ فرهمند قوی

چکیده چکیده
موضوع تحقیق: احتراق سوختهای فسیلی جهت تامین انرژی، مقدار زیادی دی اکسید کربن تولید می نماید. انتشار گاز دی اکسید کربن منجر به افزایش دمای زمین و بروز بلایای طبیعی زیادی از جمله سیل، طوفان، افزایش سطح آب دریاها و خشکسالی گسترده شده که سیستم های اکولوژیکی و حیات انسان را تهدید می کند. بنابراین جذب و حذف دی اکسید کربن از منابع یا محیط، نقش کلیدی در مقابله با تهدید گرمایش جهانی دارد.
روش تحقیق: در این مطالعه جهت حذف گاز کربن دی اکسید از جریان هوا از یک دستگاه شوینده ونتوری در مقیاس نیمه صنعتی استفاده شده است. نتایج حاصل از تاثیر پارامتر های متفاوت از جمله دبی هوای ورودی بر شوینده ونتوری، دبی حلال، میزان هدر رفت حلال در فرآیند شستشو، جذب کربن دی اکسید به کمک حلال نانوسیال آب/ اکسید آهن- نانو ورقه­های گرافن در حضور ماده فعال سطحی تترا متیل آمونیوم هیدروکسید( TMAH) مورد بررسی قرار گرفته است.
نتایج اصلی: ماده فعال سطحی TMAH مانع از بهم چسبیدن نانو ذرات در سیال پایه و موجب پایداری آنها می­گردد. مقدار بیشینه بازده جذب و شار مولی انتقال جرم گاز دی اکسید کربن توسط نانو ذرات اکسید آهن و نیز نانو ورقه های گرافن برای مخلوط نانو ذرات اکسید آهن (25%) و نانوگرافن (75%) در حضور ماده فعال سطحی TMAH نسبت به حالت های دیگر به دلیل ماهیت آنها بیشتر است زیرا نانو ذرات اکسید آهن سبب همزدگی بهتر و در نتیجه افزایش جابه جایی نانو ورقه های گرافن می شوند. حرکت های کاتوره ای براونی نانو ذرات موجب گردابه های میکرونی شده که باعث افزایش انتقال جرم در سطح گاز - مایع می­شود. همچنین مقدار شار مولی و بازده جذب گاز دی اکسید کربن با افزایش غلظت نانوذرات به دلیل به افزایش قابل توجه ویسکوزیته نانوسیال کاهش می یابد.
کلمات کلیدی: نانوسیال هیبریدی؛ شوینده ونتوری؛ جذب گاز؛ نانوذرات اکسید آهن؛ نانو ورقه های گرافن

نانوکاتالیزور

حذف فتوکاتالیستی متری‌بوزین با استفاده از نانوکامپویت دی‌اکسید تیتانیوم/نقره

صفحه 81-95

شهین حیدری اوروجلو؛ سعادت رستگارزاده؛ بهروز زرگر

چکیده موضوع تحقیق: در مطالعه حاضر، نانوکامپوزیت‌های دی‌اکسید تیتانیوم/نقره (TiO2/Ag) به روش سل-ژل سنتز و عملکرد آنها برای حذف فوتوکاتالیستی متری‌بوزین با کاتالیزورهای TiO2 تجاری P25 Degussa مقایسه شده‌است.
روش تحقیق: نانوکامپوزیت‌های سنتز شده با استفاده از طیف سنجی پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM)، و تجزیه و تحلیل پرتو ایکس پراکنده انرژی (EDX) آنالیز شده‌اند. تأثیر پارامترهای عملیاتی شامل زمان واکنش (0-240 دقیقه)، pH (4-9)، دوز کاتالیزور (015/0 005/0 گرم)، دما (60-10 درجه سانتی‌گراد)، نور مرئی و تابش نور UV، غلظت اولیه متری‌بوزین (25-10 میلی گرم بر لیتر)، اثر کاتالیزور در تاریکی، و میزان نقره موجود در نانوکامپوزیت‌های TiO2/Ag (7-10/0 درصد وزنی) بر روی حذف فتوکاتالیستی متریبوزین از محلول‌های آبی مصنوعی و واقعی مورد بررسی قرار گرفته‌است.
نتایج اصلی: بررسی‌های آزمایشگاهی نشان داد که نانوکامپوزیت TiO2/Ag حاوی 10 درصد وزنی نقره، زمان واکنش 120 دقیقه، pH برابر 6، جرم کاتالیست 013/0 گرم، و غلظت اولیه 10 میلی‌گرم بر لیتر متری‌بوزین بهترین ویژگی‌ها برای حداکثر‌کردن حذف متری‌بوزین در حضور نور UV است. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که عملکرد این نانوکامپوزیت در تخریب علف‌کش‌ها بهتر از نانوکاتالیست TiO2 تجاری است. علاوه بر این، روش پیشنهادی برای حذف متری‌بوزین تزریق شده به آب رودخانه‌های کارون و زهره و پساب کارخانه نیشکر در شرایط بهینه به کار گرفته شد و نتایج موفقیت آمیزی بدست آمد. همچنین نتایج حاصل از سه بار استفاده و احیای نانوکامپوزیت دی‌اکسید تیتانیوم/نقره، کارآمدی زیاد این فتوکاتالیست در حذف متری‌بوزین از نمونه‌های آبی را نشان داد. مقایسه روش‌های موجود در مقالات برای حذف متری‌بوزین با تحقیق حاضر نشان داد که روش پیشنهادی بهتر از این روش‌ها بوده و یا تفاوت چندانی با آنها ندارد.