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: 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: پلی‌پروپیلن (PP) پلیمری با قیمت مناسب و فرایندپذیری بالا است، اما اشتعال‌پذیری ذاتی، استفاده آن را در برخی کاربردهای صنعتی محدود می‌کند. در میان راهکارهای تأخیرانداز شعله، سامانه‌های گرماتورمی اهمیت زیادی دارند، اما نیاز به مقادیر بالای بارگذاری برای دستیابی به این خاصیت را دارند که به جریان‌پذیری و خواص مکانیکی لطمه می‌زند. این پژوهش با تکیه بر آمونیومپلی‌فسفات (APP) به‌عنوان بازدارنده اصلی و زینکبورات (ZnB) به‌عنوان هم‌افزا، به‌دنبال تعیین فرمول‌بندی بهینه و بررسی اثر آن بر شعله‌پذیری، جریان مذاب و خواص مکانیکی PP  است.
روش تحقیق: آمیزه‌های پلیپروپیلنی با استفاده از اکسترودر دومارپیچه حاوی 30-20 درصد وزنی APP، و 3% وزنی ZnB تهیه شدند. نمونه‌ها به روش تزریق قالب‌گیری شدند. آزمون شعله عمودی UL-94، شاخص جریان مذاب (MFI)، آزمون کشش و مقاومت به ضربه برای تحلیل برهم‌کنش‌های فرایندی و عملکردی انجام شد.
 نتایج اصلی: APP به‌تنهایی مقاومت در برابر شعله را بهبود داد، اما حتی با 30% وزنی به V-1 محدود شد. افزودن 3% ZnB هم‌افزایی مناسبی ایجاد کرد. نمونه‌های حاوی %25 آمونیومپلیفسفات و %3 زینکبورات به رتبه‌بندی UL-94 V-0 با خاموشی سریع و کاهش چکه‌کردن دست یافتند که بهدلیل تشکیل لایه زغالی متراکم بوده است. MFI نمونه‌ها بعد از بارگذاری‌ بیش از %25 افزودنی، کاهش یافت. حضور APP مقاومت به ضربه پلیپروپیلن را کاهش داد، اما افزودن ZnB در نمونه حاوی %25 وزنی APP استحکام ضربه را %12 بهبود داد و ازدیاد طول در نقطه شکست را بیش از دو برابر افزایش داد، درحالی‌که استحکام کششی در همان بازه باقی ماند. بهطورکلی، نتایج نشان داد سامانه آمونیوم‌پلی‌فسفات/زینکبورات می‌تواند در بستر پلی‌پروپیلن، تعادل مناسبی بین بازدارندگی شعله و خواص مکانیکی فراهم آورد و گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای صنعتی و دوستدار محیطزیست باشد.

چکیده موضوع تحقیق: در این مطالعه، نانوساختار اتصال ناهمگون بسپار/اکسید فلزی کربن‌نیترید گرافیتی (g-C₃N₄) و اکسیدمس (CuO) با هدف ارزیابی کارایی فوتوکاتالیزوری آن در تجزیه رنگ‌های آلی (مانند رودامین‌بی) و پتاسیم‌ آمیل‌ زنتات (PAX) زیر تابش نور مرئی سنتز و مطالعه شد. هدف اصلی، بهبود عملکرد فوتوکاتالیزوری از طریق ترکیب این دو نیمه‌رسانا و مطالعه عوامل مختلف مانند دمای عملیات حرارتی بود.
روش تحقیق: برای سنتز نانوساختار اتصال ناهمگون g-C₃N₄/CuO، از روش عملیات حرارتی استفاده شد. g-C₃N₄ از طریق بسپارش اوره در دمای 550 درجه سلسیوس سنتز شد و برای سنتز اتصال ناهمگون کربن‌نیترید گرافیتی/اکسیدمس مقادیر مختلفی از نانوذرات اکسیدمس با اوره ترکیب شدند و در دماهای مختلف به‌مدت 4 ساعت درون کوره حرارت داده شدند تا نانوکامپوزیت مورد نظر سنتز شود. واکاوی پراش پرتو ایکس برای شناسایی فازهای کریستالی، طیف‌سنجی مرئی-فرابنفش برای اندازه‌گیری طیف عبور نوری و FE-SEM برای تحلیل ریخت سطحی استفاده شدند. برای مطالعه آهنگ بازترکیب الکترون-حفره، از واکاوی نوررخشایی (PL) استفاده شد. در نهایت، عملکرد فوتوکاتالیزوری کامپوزیت‌ها با آزمون تجزیه رودامین‌بی و پتاسیم ‌آمیل‌ زنتات در حضور نور مرئی ارزیابی شد و با آزمون‌های مهارکننده، گونه‌های فعال در واکنش تخریب شناسایی شدند.
 نتایج اصلی: نتایج حاصل از واکاوی پراش پرتو ایکس نشان داد که اتصال ناهمگون g-C₃N₄/CuO  به‌صورت موفقیت‌آمیز تشکیل شده است. طیف مرئی-فرابنفش نشان داد که ترکیب CuO  با g-C₃N₄ باعث کاهش عبور نور مرئی نسبت به g-C₃N₄ شده است. تصاویر FE-SEM نشان‌دهنده تغییر در ریخت و کاهش ضخامت لایه‌های g-C₃N₄  در اثر تشکیل اتصال ناهمگون بودند که این ویژگی به بهبود انتقال بارهای نوری کمک می‌کند. g-C₃N₄/CuO توانست %88 از آلاینده پتاسیم‌آمیل‌زنتات را در مدت 180 دقیقه و %96 از آلاینده رودامین‌بی را در 80 دقیقه تجزیه کند، در حالی که g-C₃N₄ خالص تنها %68 برای پتاسیم‌آمیل‌زنتات و %90 برای رودامین‌بی کارایی داشت. نتایج آزمون‌های مهارکننده نیز مشخص کرد که رادیکال‌های سوپراکسید(·O₂⁻)، مهم‌ترین گونه‌ فعال در فرایند تجزیه فوتوکاتالیزوری است. این نتایج عملکرد بهبودیافته نانوکامپوزیت g-C₃N₄/CuO  در جذب نور، جدایش بارهای الکتریکی و تخریب مؤثر آلاینده‌ها را نشان می‌دهد. این کامپوزیت می‌تواند به‌عنوان فوتوکاتالیزوری کارآمد برای تصفیه پساب‌های صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.