پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

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 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.

چکیده موضوع تحقیق: در پژوهش حاضر نانوذرات Fe₃O₄@SiO₂ عامل­دارشده با مولکول­های دندریمر پلیمر به روش اشتوبر سنتز شدند. نانوساختار سنتزشده به‌عنوان ترکیب شناساگر در ساختار الکترود خمیر کربن برای پایش یون­های مس از محلول­های ­آبی و نمونه حقیقی آب  برج خنک‌کن نیروگاه حرارتی مورد استفاده قرار گرفت. از کاربردهای اصلی این حسگر می‌توان به‌عنوان روش پایش وضعیت کلیدی برای سنجش یون­های مس در برج‌های خنک‌کن صنایع اشاره کرد.
روش تحقیق: شیمی سطح، اندازه ذرات و مورفولوژی نانوذرات سنتزی با به‌کارگیری آزمون­های میکروسکوپ الکترونی عبوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش اشعه ایکس، طیف­سنجی فروسرخ تبدیل فوریه، مغناطیس­سنج نمونه مرتعش، آزمون توزین حرارتی و پراش انرژی اشعه ایکس مورد ارزیابی قرار گرفتند. به‌منظور بهینه‌سازی عملکرد حسگر پایش یون­های مس پارامترهایی از قبیل درصد گرافیت، پارافین، و ترکیب شناساگر مورد ارزیابی قرار گرفت.
 نتایج اصلی: بالاترین پاسخ حسگر در  75% گرافیت، 20% پارافین و 5% درصد نانوساختار حاصل شد. رفتار یون مس با استفاده روش ولتامتری چرخه‌ای مورد بررسی قرار گرفت و قله اکسایش در ناحیه V 0/2 برای اکسایش مس به‌دست آمد. حسگر به‌دست‌آمده دارای حد تشخیص M 10^-5 و دامنه خطیmM 0/1-1 در روش ولتامتری پالس تفاضلی است. حسگر پیشنهادی قابلیت کاربرد در نمونه‌های پیچیده حقیقی نظیر آب برج خنک‌کن نیروگاه‌ها را دارد که نتایج این روش در تطابق با روش مرجع جذب اتمی است. روش پیشنهادی قادر است یون­های مس را در نمونه آب برج خنک‌کن با دقت و صحت بسیار بالا سنجش کند..

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.