پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

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 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: آلودگی منابع آبی در سطح جهانی از رشد نگران‌کننده‌ای برخوردار است. در این میان، پساب‌های حاوی آلاینده‌های روغنی به عنوان چالش عمده زیست‌محیطی مطرح هستند. برای مقابله با این مشکل، روش‌های تصفیه متنوعی توسعه یافته‌اند که از جمله مؤثرترین آن‌ها می‌توان به فناوری جداسازی غشایی اشاره کرد. همچنین، تاکنون، بخش عمده‌ای از مطالعات در حوزه جداسازی غشایی بر مخلوط‌های دوفازی ساده روغن-آب متمرکز بوده و تأثیر پارامتر شوری بر عملکرد غشاها به طور جامع مورد بررسی قرار نگرفته است. حضور نمک‌ها می‌تواند به طور اساسی سازوکار‌های گرفتگی و نفوذپذیری غشاها را تغییر دهد. باوجود پیشرفت‌های قابل توجه در طراحی و ساخت غشاهای جداسازی روغن-آب، دستیابی به شار آب بالا، حذف مطلوب روغن و عملکرد ضدگرفتگی همچنان چالشی دشوار به شمار می‌رود.
روش تحقیق: در این پژوهش، غشاهای نانوکامپوزیتی لایه‌ای با بهره‌گیری از نانوصفحات اکسیدگرافن عامل‌دار شده با فسفر (P-GO) و از طریق روش خودآرایی لایه‌به‌لایه تحت فشار طراحی و ساخته شدند. فرایند عامل‌دار کردن GO با استفاده از اسیدفسفریک منجر به تشکیل ساختار P-GO با افزایش قابل توجه در محتوای گروه‌های عاملی حاوی اکسیژن شد. در مرحله بعد، این نانوصفحات مهندسی‌شده بر روی بستری از جنس پلی‌اترسولفون (PES)که پیش‌تیمار آن با پلی‌دوپامین (PDA) به منظور بهبود چسبندگی و سازگاری انجام شده بود، در سه غلظت متفاوت (۲۵، ۵۰ و ۱۰۰ میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) رسوب‌دهی شدند تا تأثیر غلظت نانوصفحات بر عملکرد نهایی غشا مورد ارزیابی قرار گیرد.
نتایج اصلی: بر اساس نتایج آزمایش‌ها، غشای mP-GO50 جذب آب مطلوب (87.61%)، تراوایی آب مطلوب (شار خروجی) 81.66 لیتر بر مترمربع ساعت و حذف99.6% روغن گیاهی را نشان داد. ضمناً، به دلیل بار منفی بالاتر P-GO، خواص ضدگرفتگی بهبودیافته‌ای را ارائه کرد و پس از ده چرخه، مقدار95.5% حذف روغن را حفظ کرد. همچنین، تأثیر افزودن غلظت‌های مختلف NaCl (0، 25، 50 و 100 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) به محلول خوراک بررسی شد. با افزایش غلظت NaCl، توانایی حذف روغن در غشایmP-GO50  1.49% کاهش یافت، اما غشای mP-GO50 همچنان در بالاترین مقدار غلظت نمک (100 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر) با حذف98.12% عملکرد مطلوبی نشان داد.

چکیده موضوع تحقیق: این پژوهش به طراحی و ارزیابی سامانه نوین یکپارچه برای تولید هم‌زمان چندگانه اختصاص دارد. هدف، توسعه فرایندی کارآمد است که قادر به تولید هم‌زمان چهار محصول برق، گرما، سرما و دی‌اکسیدکربن خالص باشد. نوآوری اصلی، استفاده ترکیبی از زیست‌گاز تولیدشده از تخمیر ذرت خوشه‌ای (به‌عنوان منبع سوخت تجدیدپذیر) و یک واحد جذب کربن با قابلیت انتشار خالص منفی است. یکپارچه‌سازی حرارتی، مانند استفاده از حرارت بازیافتی گازهای خروجی توربین گازی برای تأمین انرژی واحد جذب کربن، و بهره‌گیری از سرمایش ناشی از فرایند گاز طبیعی مایع‌شده (LNG)، از دیگر ویژگی‌های متمایز این طرح است.
روش تحقیق: سامانه طراحی‌شده متشکل از اجزای اصلی شامل توربین گازی، واحد جذب شیمیایی دی‌اکسیدکربن، چرخه ارگانیک رانکین (ORC) برای بازیابی حرارت تلف‌شده و تولید برق اضافی و دیگ بخار آب گرم برای تأمین گرمایش است. این سامانه توسط نرم‌افزار اسپن هایسیس شبیه‌سازی شد. برای ارزیابی جامع عملکرد، چهار نوع تحلیل موازی روی سامانه انجام گرفت: تحلیل انرژی، تحلیل اکسرژی، تحلیل اقتصادی و در نهایت تحلیل عاملی حسّاسیت. تحلیل عاملی مذکور به‌منظور بررسی تأثیر تغییرات کلیدی عملیاتی (مانند دمای هوای احتراق) بر شاخص‌های عملکرد و ارائه راهکارهای بهبود انجام شد.
نتایج اصلی: بر اساس نتایج شبیه‌سازی، بازده انرژی کلی فرایند معادل 52/19%، بازده اکسرژی 40/59% و بازده الکتریکی 41/96% محاسبه شد. مزیت بزرگ سامانه، صرفه‌جویی حدود 34/1% در مصرف سوخت در مقایسه با تولید جداگانه همان محصولات بود. از جنبه اقتصادی، نرخ هزینه کل سامانه ۴۹۶ دلار بر ساعت و هزینه هر واحد محصول 25/74 دلار بر گیگاژول برآورد شد. تحلیل اکسرژی نیز نشان داد که کل تخریب اکسرژی در سامانه برابر با ۸۶۹۴ کیلووات است. نتایج کلیدی تحلیل عاملی حاکی از آن بود که افزایش دمای هوای احتراق، به‌دلیل کاهش تخریب اکسرژی در برنر و مبدل حرارتی E-100، منجر به بهبود قابل‌توجه همه شاخص‌های عملکرد می‌شود. به‌طوری که با این افزایش، بازده انرژی، کارایی اکسرژی، بازده الکتریکی و نرخ ذخیره سوخت به‌ترتیب به مقادیر 0/6269، 0/4587، 0/4720 و 0/4288  ارتقا یافتند.

چکیده موضوع تحقیق: کلر و مشتقات آن به ‌دلیل برخورداری از خواص ویژه، برای تولید طیف وسیعی از مواد در صنایع شیمیایی، پلیمری، کشاورزی، دارویی و بهداشتی استفاده می‌شوند؛ طوری که بیش از نیمی از محصولات بازاریابی‌شده در جهان به ‌طور مستقیم یا غیرمستقیم با صنعت کلر در ارتباط هستند. با توجه به اهمیت این مواد، این پژوهش با هدف تحلیل وضعیت زنجیره کلر در صنعت پتروشیمی ایران و شناسایی نقاط قوت، ضعف و فرصت‌های قابل‌سرمایه‌گذاری در این زمینه انجام شده است.
روش تحقیق: برای بررسی وضعیت تولید داخلی مواد کلردار، میزان ظرفیت‌های اسمی و واقعی تولید شرکت‌های پتروشیمی با استناد به آمار رسمی شرکت ملی صنایع پتروشیمی جمع‌آوری و تحلیل شد. با استفاده از آمار و اطلاعات جمع‌آوری‌شده، کاهش نرخ عملیاتی شرکت‌های پتروشیمی تحلیل شد. همچنین، با استفاده از موازنه جرم بلوکی واحدهای فرایندی، سهم کاربردهای نهایی از میزان مصرف کلر در ایران تعیین و تحلیل شد. برای شناسایی فرصت‌های سرمایه‌گذاری موجود در زنجیره کلر، داده‌های تجاری مواد کلردار بر اساس مستندات گمرک جمع‌آوری و تحلیل شد تا موادی که حجم یا ارزش وارداتی قابل‌توجهی نسبت به سایر مواد دارند، شناسایی و معرفی شوند.
نتایج اصلی: نتایج نشان دادند که عمده کلر ایران در راستای تولید اتیلن‌دی‌کلرید/پلی‌وینیل‌کلرید مصرف شده و سهم این کاربرد از میزان مصرف کلر در صنعت پتروشیمی بالغ بر 91 درصد است. از طرفی، هزینه‌بربودن تعویض واحدهای کلرآلکالی جیوه‌ای با فناوری غشایی که محیط‌زیستی‌تر است و ناتوانی در تأمین خوراک، به‌ ترتیب به ‌عنوان دلایل اصلی کاهش ظرفیت عملیاتی تولید کلر و پلی‌وینیل‌کلرید در کشور شناسایی شدند. با استفاده از آمار تجاری، مواد متیلن‌کلرید، کولین‌کلرید پودری، پلی‌وینیل‌کلرید تعلیقی و امولسیونی، نئوپرن و اپی‌کلروهیدرین به ‌عنوان مواد با حجم و ارزش وارداتی بالا شناسایی شدند که بررسی طرح تولید آن‌ها حائز اهمیت است.

چکیده موضوع تحقیق: فناوری ریزکپسوله‏سازی، رویکردی مؤثر برای حل مشکلات درمان کمبود آهن با استفاده از مکمل‏های خوراکی است که هم از بروز اثرات منفی حضور آهن در دستگاه گوارش جلوگیری می‏کند و هم فراهمی زیستی نمک آهن را تا حد قابل‌توجهی بهبود می‏بخشد. هدف از این پژوهش، تهیه فرمول‌بندی آهن ساکروزومی به روش حرارتی و بهینه‌سازی فرمول‌بندی نهایی هم از نظر ترکیب (اجزای تشکیل‌دهنده و میزان بازده بارگذاری آهن) و هم از نظر عملکرد (افزایش پایداری و جذب آهن در محیط دستگاه گوارش) است.
روش تحقیق: به‌منظور دست‏یابی به بالاترین درصد بارگذاری آهن، غلظت لسیتین، ساکروزمونواستئارات و آهن پیروفسفات با درنظرگرفتن میزان افزایش پایداری و نفوذ از مخاط روده‏ای در شرایط برون‎‏تنی، بهینه‌سازی شد. فرمول‌بندی ساکروزومی نهایی متشکل از لسیتین سویا، آهن پیروفسفات، ساکروزمونواستئارات و نشاسته پیش‏ژلاتینه به ترتیب با غلظت‏های اولیه 0/5، 0/1،  1 و 2 درصد وزنی-حجمی تهیه و مشخصات آن تعیین شد.
نتایج اصلی: بازده بارگذاری آهن0/34± 10/87% محاسبه شد. آهن لیپوزومی و آهن ساکروزومی به‌ترتیب دارای اندازه متوسط mm 1/3 و mm 9/1 و پتانسیل زتا mV 43- و mV 10- بودند. نتایج TEM تشکیل دو لایه فسفولیپیدی در آهن لیپوزومی را تأیید کرد. در محیط اسیدی معده و در شرایط آزمایشگاهی، بیش از 80 درصد آهن پیروفسفات به‌‏صورت ریزکپسوله در فرمول‌بندی ساکروزومی تهیه ‌شده باقی ماند. همچنین درصد نفوذ آهن از مخاط روده در شرایط برون‌تنی در مدت 4 ساعت 2/21±46/1% محاسبه شد. نتایج نشان داد که فرمول‌بندی به‌دست‌آمده از نظر میزان بارگذاری آهن پیروفسفات در آن، همچنین، پایداری و جذب  در دستگاه گوارش عملکرد مناسبی داشته است.