پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: در این پژوهش، در گام نخست نانوذرات Fe₃O₄ با بهره‌گیری از روش هم‌رسوبی کنترل‌شده سنتز شد. سپس با استفاده از روش اشتوبر و حضور تترااتیل‌ارتوسیلیکات (TEOS) به‌عنوان منبع سیلیکا، پوششی یکنواخت بر سطح نانوذرات اکسیدآهن ایجاد و بدین‌ترتیب، نانوذرات هسته–پوسته Fe₃O₄@SiO₂ با ساختاری پایدار و منظم تهیه شد. پس از آن، سطح نانوذرات حاصل با پلیمر نقش‌گذاری مولکولی (MIP) عامل‌دار شد تا جاذبی هدفمند و انتخاب‌پذیر برای حذف یون‌های روی (Zn²⁺) از محلول‌های آبی حاصل شود. غلظت یون‌های باقی‌مانده در محلول با استفاده از دستگاه پلاسمای جفت‌شده القایی (ICP) تعیین شد.
روش تحقیق: به‌منظور بررسی دقیق ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و ساختاری نانوجاذب سنتزی، آزمون‌های مختلفی شامل میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM)، توزیع اندازه ذرات (DLS)، مغناطیس‌سنج نمونه ارتعاشی (VSM)، آزمون گرماوزنی (TGA)، پراش انرژی پرتو ایکس (EDX)، پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR) مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج اصلی: نتایج این آزمون‌ها بیانگر ساختار منسجم، اندازه یکنواخت ذرات، پایداری حرارتی مناسب و حضور موفق گروه‌های عاملی فعال بر سطح نانوذرات است. عملکرد جذب نانوجاذب در حذف یون‌های Zn²⁺ با بررسی تأثیر عوامل مختلفی از جمله مقدار جاذب، زمان تماس، pH محلول و غلظت اولیه یون فلزی مورد ارزیابی قرار گرفت. براساس نتایج بهینه‌ شده، در شرایط مقدار جاذب 16 میلی‌گرم، 7=pH، غلظت اولیه mmol/L 0.45، حجم محلول 50 میلی‌لیتر و زمان تماس 21 دقیقه، میزان حذف یون‌های روی به 96% رسید که نشان‌دهنده کارایی بالای جاذب است (mg/g107.55). مطالعات هم‌دمایی نشان داد که فرایند جذب از مدل لانگمویر پیروی می‌کند و ماهیت آن تک‌لایه‌ای است. همچنین، بررسی سینتیکی فرایند جذب نشان داد داده‌های تجربی با مدل شبه ‌مرتبه دوم انطباق بالایی دارند که این موضوع بیانگر غالب‌بودن سازوکار جذب شیمیایی در مرحله تعیین‌کننده سرعت واکنش است. علاوه بر این، نانوجاذب سنتزی قابلیت جداسازی مغناطیسی آسان و استفاده مجدد در چندین چرخه متوالی جذب–واجذب را بدون کاهش محسوس در عملکرد جذبی حفظ می‌کند. بدین‌ترتیب، جاذب طراحی‌شده به‌عنوان سامانه‌ای پایدار، کارآمد و دوستدار محیط‌زیست، گزینه‌ای امیدبخش برای تصفیه مؤثر پساب‌های صنعتی حاوی یون‌های فلزات سنگین به‌شمار می‌رود.

چکیده موضوع تحقیق: کمبود منابع آب شیرین و رشد شتابان جمعیت، توسعه و به‌کارگیری فناوری‌های نمک‌زدایی کارآمد را به ضرورتی انکارناپذیر برای تأمین پایدار آب شرب و صنعتی تبدیل کرده است. در این راستا، پژوهش حاضر به مدل‌سازی، اعتبارسنجی و ارزیابی فنی–اقتصادی دو فناوری پرکاربرد اسمز معکوس (RO) و تقطیر چندمرحله‌ای (MED) و همچنین ترکیب آن‌ها در قالب گزینه‌های منفرد و ترکیبی می‌پردازد.
روش تحقیق: در بخش مدل‌سازی، اجزای کلیدی هر فرایند شامل پمپ‌ها، مبدل‌های فشاری، واحدهای پیش‌تصفیه و بخش‌های اصلی نمک‌زدایی با دقت بالا و بر اساس روابط ریاضی معتبر شبیه‌سازی شده‌اند. داده‌های نرم‌افزار WAVE و اطلاعات میدانی واحدهای صنعتی موجود برای کالیبره کردن و اعتبارسنجی مدل‌ها به کار رفته تا نتایج حاصل از شبیه‌سازی به شرایط واقعی نزدیک شود. چهار پیکربندی مختلف شامل RO، MED، RO-MED و MED-RO تحت شرایط خوراک یکسان (۵۰,۰۰۰ مترمکعب در روز، شوری ۳۰,۰۰۰ بخش در میلیون) و محدودیت‌های عملیاتی مشخص مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. شاخص‌های ارزیابی شامل کیفیت محصول نهایی، میزان بازیابی آب، مصرف انرژی الکتریکی و حرارتی و هزینه ویژه تولید آب بودند.
نتایج اصلی: نتایج نشان داد که در مقایسه چهار گزینه منفرد و ترکیبی RO و MED، سامانه RO منفرد با هزینه ویژه آب 0.386 دلار بر مترمکعب اقتصادی‌ترین گزینه بود و نسبت به MED، RO-MED و MED-RO به‌ترتیب ۳۸ درصد، ۱۹ درصد و ۵۸ درصد هزینه کمتری داشت. در مقابل، کیفیت آب تولیدی آن به‌ترتیب ۹۳ درصد، ۴۲ درصد و ۴۷ درصد پایین‌تر بود. تحلیل حساسیت نیز نشان داد که افزایش قیمت برق هزینه RO منفرد را تا ۷۸ درصد افزایش می‌دهد، درحالی‌که افزایش هزینه سوخت در MED رشد هزینه‌ای تا ۸۵ درصد ایجاد می‌کند. همچنین، تغییر نرخ بهره بیشترین اثر را بر MED-RO داشت و هزینه آن را تا ۴۰ درصد افزایش داد. علاوه بر موارد فوق سامانه‌ ترکیبی RO-MED گزینه‌ای اقتصادی در برابر گزینه‌های موجود و درعین‌حال تضمین‌کننده آب باکیفیت است. این نتایج تأکید می‌کند که انتخاب فناوری بهینه وابسته به شرایط محلی از جمله قیمت انرژی، دسترسی به گرمای اتلافی و الزامات کیفی محصول است.

چکیده موضوع تحقیق: سامانه‌های دارورسانی بر پایه‌ی لنزهای تماسی به‌دلیل رهایش کنترل‌شده دارو و افزایش مدت زمان ماندگاری دارو در اشک چشم، از اهمیت بالایی برخوردار هستند. هیدروژل‌های رایج به‌دلیل عملکرد مؤثر مانند زیست‌سازگاری، آب‌دوستی، میزان جذب آب بالا و شفافیت نوری در ساخت لنزهای تماسی به کار گرفته شده‌اند. بااین‌وجود، لنزهای هیدروژلی مرسوم از نفوذپذیری کم نسبت به اکسیژن رنج می‌برند. برای کاهش کمبود اکسیژن، از پلیمرهای بر پایه‌ی سیلیکون برای بهبود نفوذپذیری اکسیژن استفاده می‌شود. ویتامین E به‌عنوان مانع نفوذ می‌تواند به بستر لنزهای تماسی هیدروژلی اضافه شود تا زمان آزادسازی دارو را افزایش داده و میزان داروی آزادشده را کنترل کند.
روش تحقیق: در این تحقیق، کوپلیمرهای پلی(3-(متاکریلویلوکسی)پروپیل‌تریس(تری‌متیل-سیلوکسی) سیلان-2-هیدروکسی اتیل متاکریلات) (Poly(TRIS-HEMA)) در نسبت‌های مختلف از مونومرهای آب‌دوست به آب‌گریز سنتز شده است. ساختار کوپلیمرهای تهیه‌شده بااستفاده از طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه شناسایی شده است. برای ارزیابی عملکرد کوپلیمرهای تهیه‌شده برای استفاده در ساخت لنزهای تماسی، میزان جذب آب، آب‌دوستی سطح و خواص نوری اندازه‌گیری شده است. ویتامین E در بستر پوشش‌های پلیمری گنجانده شده و تأثیر آن در رهایش کنترل‌شده داروی دیکلوفناک سدیم مورد بررسی قرار گرفته است.
نتایج اصلی: میزان جذب آب تعادلی (EWC) کوپلیمرهای Poly(TRIS-HEMA) سنتزشده، با مقدار بخش آب‌دوست PHEMA موجود در ساختار کوپلیمر متناسب است. حداکثر مقدار آب‌دوستی سطح °56.4 است که مربوط به پوشش کوپلیمری با میزان جذب آب تعادلی برابر با 39٪ است. کوپلیمرهای سنتزشده میزان عبوردهی نور مناسب برای کاربرد در تهیه بستر لنزهای تماسی را دارا هستند. گنجاندن ویتامین E در پوشش پلیمری، تأثیر قابل‌توجهی بر خواص پوشش‌های پلیمری مانند میزان آب‌دوستی، جذب آب تعادلی و شفافیت نوری نداشته است. نتایج نشان داد که با گنجاندن ویتامین E در پوشش کوپلیمری، زمان آزادسازی دیکلوفناک سدیم می‌تواند تا 90 ساعت افزایش یابد که در مقایسه با مدت زمان آزادسازی دیکلوفناک سدیم توسط فیلم کوپلیمر بدون ویتامین E، 3 برابر افزایش یافته است. بنابراین، فیلم‌های کوپلیمری Poly(TRIS-HEMA) حاوی ویتامین E می‌توانند به‌عنوان زیست‌مواد مناسب برای کاربرد در ساخت لنزهای تماسی با هدف رهایش کنترل‌شده داروی دیکلوفناک سدیم به‌کار گرفته شوند.