پژوهش های کاربردی در شیمی
سال:1394 | دوره:9 | شماره:2 |تعداد مقالات:9

سلول های خورشیدی رنگینه ای با استفاده از خاصیت رنگینه ها برای جذب انرژی فوتون و آزاد کردن الکترون و نفوذ و انتقال آن بین دو الکترود آند و کاتد برای تولید انرژی الکتریکی به کار گرفته می شوند. از آن جایی که رنگینه های طبیعی به دلیل ارزانی قیمت و قابلیت دسترسی بالا و کارایی مناسب، جایگزین مناسبی برای رنگینه های سنتزی گران قیمت است، در پژوهش حاضر از رنگینه های طبیعی مانند آنتوسیانین به عنوان ماده حساس کننده برای ساخت سلول خورشیدی رنگینه ای استفاده شد. برای ساخت الکترود آند و کاتد به ترتیب از نانو ذرات تیتانیم دی اکسید و نانو ذرات پلاتین بر روی بستری از شیشه های شفاف و رسانای اکسید قلع آلاییده شده با فلوئور و هم چنین از زوج ردوکس ید- یداید به عنوان الکترولیت استفاده شد. منبع طبیعی چای ترش به منظور تهیه رنگینه طبیعی برای ساخت سلول خورشیدی انتخاب و مورد استفاده قرار گرفت. استخراج و خالص سازی رنگینه طبیعی با استفاده از حلال و ستون استخراج با فاز جامد انجام شد. با بررسی الکتروشیمیایی سل ساخته شده، نحوه عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفت و مقدار جریان مدار کوتاه ((JSC، ولتاژ مدار باز ((VOC، بازدهی سل (m) و فاکتور پرکنندگی ((FF به ترتیب 0.25 mA/cm2، 0.41 mV، 0.10 و 0.72 محاسبه شد.

اکسیدهای مختلط (x= 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1) CoxZn1-xAl2O4 با ساختار اسپینلی به روش احتراق هیبریدی با استفاده از ریزموج و کوره تهیه شد. ترکیب کیتوزان به عنوان یک سوخت جدید و دوستدار محیط زیست در این فرایند مورد استفاده قرار گرفت. روش پراش پرتو ایکس (XRD) برای بررسی فازهای بلوری فراورده ها و ویژگی های ساختاری آن ها، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) برای ریخت شناسی، طیف سنجی فروسرخ (FT-IR) برای مطالعات ارتعاش مولکولی و شناسایی گروه های شیمیایی، مورد استفاده قرار گرفتند. امکان سنجی و بررسی تهیه نانو ذرات اسپینلی با نسبت های متغیر کبالت و روی با استفاده از سوخت جدید کیتوزان و بررسی اثر دمای تکلیس هدف اصلی این پژوهش بود.

در این پژوهش گرافن نانومتخلخل با روش ته نشینی بخارشیمیایی روی نانوکاتالیست روی اکسید متخلخل سنتز شد و فرایند به دست آمده به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، پراش پرتو X و جذب سطحی هم دمای برونر- امت- تلر مورد شناسایی قرار گرفت. جذب دو نمونه نفت خام روی این گرافن نانومتخلخل مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به بالا بودن حجم حفره ها 1.17 cm3/g و مساحت سطح ویژه بالا 410 m2/g و کوچک بودن ابعاد حفره ها، ظرفیت جذب بالاست. حداکثر ظرفیت جذب گرافن نانومتخلخل برای دو نمونه نفت خام (الف) و (ب) به ترتیب g جاذبg / نفت 105.39 و 102.17 بوده است.نفت خام جذب شده روی این نانوجاذب می تواند با سه روش گرمادهی، استخراج با حلال و صاف کردن با خلاء بازیابی شود. ظرفیت بازیابی با سه روش گفته شده به ترتیب 99.01، 98.50 و 98.05 درصد است. با این سه روش می توان نفت خام را از نانوجاذب جدا کرد و جاذب را دوباره مورد استفاده قرار داد. با توجه به کارایی بالا و قابلیت شکل پذیری این نانوجاذب می توان از آن به عنوان جاذبی مناسب برای حذف لکه های نفتی استفاده کرد.

در این پژوهش با آمین دار کردن نانو ذرات سیلیکون کاربید (SiC)، ویژگی های مکانیکی کامپوزیت پلیمری بر پایه رزین اپوکسی اصلاح بررسی شده است. نخست سه مولفه زاویه چیدمان الیاف کربن، درصد وزنی SiC و مقدار عامل پخت در نظر گرفته شد و با انجام محاسبات و شبیه سازی نرم افزاری و رسم نمودار اورلید، مقادیر هر یک از مولفه ها محاسبه شد. سپس سطح نانو ذرات SiC با غوطه وری در هیدروفلوئوریک اسید تبدیل به Si-OH شد و در ادامه نانو ذرات SiC در مایع عامل دارکننده (3-آمینوپروپیل) تری اتوکسی سیلان (APTES) در زمان های 30، 45، 60 و 75 دقیقه غوطه ور شد. نتیجه های آزمون های مکانیکی حاکی از ارتقاء %20.6 مقاومت کششی و %21.3 مقاومت ضربه ای با زمان غوطه وری 60 دقیقه نسبت به مقدارهای به دست آمده از نمونه های قبل از عامل دار کردن است. طیف های IR انجام فرایند تشکیل گروه های سیلانول و هم چنین پخت رزین اپوکسی را تایید کرده است.

هدف از این پژوهش، دستیابی به یک نانو کاتالیست بر پایه نانولوله های کربنی با میزان فعالیت و گزینش پذیری بالا به منظور تبدیل آلاینده نیتروژن اکسید به مواد بی خطر نیتروژن و بخار آب است. نخست نانولوله ها با استفاده از روش اسیدی، عامل دار شده و با آزمون های XRD،ASAP ، FTIR، TEMو TGA بررسی شدند. سپس کاتالیست های 12 درصد وزنی منگنز اکسید بر پایه نانولوله های کربنی چند دیواره عامل دار شده/ نشده تحت روش تلقیح خشک ساخته شدند. نتیجه های به دست آمده از آزمون های راکتوری کاتالیست منگنز اکسید بر پایه نانولوله های کربنی با گروه های اکسیژنیC=O ، C-O، O-H با کاتالیست بر پایه نانولوله های فاقد گروه های عاملی، نشان داد که با ایجاد گروه های اکسیژن دار، میزان فعالیت و گزینش پذیری کاتالیست منگنز اکسید در دمای 200 °C به ترتیب از 60 به 97% و از 87 به 100% افزایش یافته است. نتیجه های به دست آمده از آزمون های ASAP و TEM نشان می دهد که ایجاد گروه های عامل دار اکسیژنی بر سطح پایه منجر به افزایش میزان پراکندگی منگنز اکسید بر روی پایه از طریق افزایش مساحت سطح پایه شده است. هم چنین نتیجه های آزمون H2-TPR افزایش احیاپذیری کاتالیست بر پایه نانولوله های کربنی عامل دار شده در اثر افزایش دسترسی به فاز فعال منگنز اکسید بر روی سطح پایه عامل دار شده را تایید می کند.

در این پژوهش نانو جاذب مزوپور کربنی (CMK-3) و نیز نانو کامپوزیت مزوپور کربنی دوپه شده با نقره (Ag/CMK-3) با روش قالب گیری سخت از پیشماده سیلیکاتی SBA-15 تهیه شده و با استفاده از دستگاه جذب- واجذب نیتروژن و هم چنین تصویرهای میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و تجزیه عنصری (EDX) بررسی و شناسایی شد. ترکیب های سنتزشده به عنوان جاذب برای جذب سطحی رنگ آلاینده اورانژ G و حذف آن از محلول های آبی مورد استفاده قرار گرفته و از نظر قدرت جذب با یکدیگر مقایسه شدند. عوامل موثر در انجام فرایند جذب سطحی از جمله اثر زمان تماس جاذب با محلول رنگ، pH، غلظت ابتدایی رنگ، غلظت الکترولیت و دما مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه های به دست آمده از آزمایش ها نشان داد که ظرفیت جذب جاذب Ag/CMK-3 نسبت به CMK-3 در 5 دقیقه ابتدای مخلوط شدن رنگ و جاذب، حدود 22 درصد افزایش نشان می دهد. اما پس از گذشت 40 دقیقه مقدار جذب سطحی هر دو جاذب یکسان می شود. هم چنین هر دو نانو جاذب در مدت زمان 1 ساعت با رنگ به تعادل می رسند. افزون بر این فرایند جذب با افزایش غلظت ابتدایی رنگ تا 800 g/l و غلظت نمک سدیم کلرید تا 12 g/l در مورد جاذب CMK-3 و  40 g/lدر خصوص جاذب Ag/CMK-3 افزایش پیدا کرده است. اما فرایند جذب با افزایش دما از 30 به 60 درجه سانتی گراد و نیز pH محیط از 3 تا 11 کاهش می یابد.

در این پژوهش، نظر به اهمیت حذف مواد رنگزای سرطانزا از پساب های رنگی قبل از ورود به محیط زیست، به بررسی عامل های کلیدی موثر بر بازده این فرایند با استفاده از راکتورهای ناپیوسته زیست توده که از نظر اقتصادی قابلیت توجیه و ارتقا به سامانه های نیم صنعتی و صنعتی را داراست مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. به همین منظور رنگزای آزو که از پرکاربردترین مواد رنگزای صنعتی است به عنوان ماده آلاینده آلی انتخاب شده و اثر مقدارهای متفاوت pH، مقدار زیست توده، غلظت محلول رنگزا، زمان تماس، مقدار جاذب، دما و سرعت اختلاط بر فرایند جذب مورد بررسی قرار گرفته است. شرایط بهینه فرایند، برای رنگبری محلول رنگزا به غلظت20 ppm ، شامل استفاده از میزان 1 گرم از زیست توده، در دمای محیط و pH= natural با دور همزدن 150 rpm در مدت زمان 30 دقیقه بوده است. مطالعات سینتیکی و بررسی نمودارهای هم دمای جذب تعادلی مربوط به فرایند نیز با هدف تکمیل و بررسی امکان ارتقای سطح فرایند انجام گرفت. بررسی هم دماهای متفاوت جذب نشان داد که رفتار جذب مورد آزمایش از معادله هم دما جذب لانگمویر و فروندلیچ پیروی می کند. هم چنین بررسی سینتیکی نشان می دهد که فرایند حذف مطابق با مدل سینتیکی شبه درجه دوم است.

این پژوهش حذف رنگ های اسیدی از پساب صنایع نساجی به وسیله فرایند انعقاد شیمیایی با Al2(SO4)3 و FeSO4 و انعقاد الکتریکی به وسیله الکترودهای آهن برای سه رنگ اسید قرمز 88، اسید نارنجی 2 و اسید آبی 92 را گزارش می کند، هم چنین اثرات مربوط به غلظت اولیه رنگ، میزان منعقد کننده،pH اولیه و شرایط اختلاط، به منظور به حداکثر رساندن رنگبری مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه های انعقاد شیمیایی نشان داد بدون در نظر گرفتن شرایط فرایند،Al2(SO4)3  به مراتب موثرتر از FeSO4 بود. بازده حذف رنگ Al2(SO4)3 با مقدار 40 mg/l در گستره pH، 2 تا 10 و غلظت رنگ تا 100 میلی گرم بر لیتر تا 90% به دست آمد؛ همانند انعقاد الکتریکی، بازده حذف رنگ تا 96% در گستره pH 4 تا 9 با هزینه اجرایی بالاتری به دست آمد. انعقاد الکتریکی مزایای بیشتری از جمله پایداری در برابر تغییرات pH و کاهش هزینه های فرایند در مقایسه با انعقاد شیمیایی نشان داد.