پژوهش های کاربردی در شیمی
سال:1398 | دوره:13 | شماره:1 |تعداد مقالات:15

با توجه به اهمیت و کاربرد فراوان کاتالیست ها در بخش های صنعت نفت، خودرو، داروسازی، بسپار و صنایع غذایی، آن ها یکی از موارد مهم پیوند میان علوم بنیادی و کاربردی با فناوری های جدید هستند. نانوکاتالیست ها در مقایسه با کاتالیست های همگن کارایی و فعالیت بیشتری دارند و در شرایط ملایم تری عمل می کنند. همچنین، از گزینش پذیری بالاتری برخوردارند. نانوکاتالیست مغناطیسی ZnS-ZnFe2O4 برای نخستین بار و با استفاده از روشی ساده تهیه و با روش های پراش پرتو ایکس (XRD)، تجزیه عنصری با طیف سنجی تفکیک انرژی (EDS)، میکروسکوب الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و مغناطیس سنجی نمونه ارتعاشی (VSM) شناسایی شد. برای تهیه کارآمد مشتق های بنزایمیدازول های دو استخلافی از طریق تراکم اورتو-فنیلن دی آمین و آلدهیدهای متفاوت در اتانول مورداستفاده قرار گرفت. این کاتالیست ناهمگن به راحتی جداسازی و بازیافت و چندین بار به کارگرفته شد. از مزایای روش گفته شده می توان به بازده بالای فراورده ها، زمان واکنش کوتاه تر، استفاده از حلال دوستدار محیط زیست اشاره کرد.

در این کار پژوهشی، نانوکاتالیست اسپینلی CuMn2O4 به روش سل ژل خوداحتراقی تهیه شد. سپس، با پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، آزمون تعیین سطح ویژه با روش BET، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، کاهش با برنامه دمایی (TPR) و طیف سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) شناسایی شدند. نتایج طیف سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس نشان داد که در سطح کاتالیست افزون بر (III)اMn و (II)اCu، کاتیون های (IV)اMn و (I)اCu نیز وجود دارند و مقدار اکسیژن در سطح کاتالیست بیشتر از نسبت استوکیومتری در اسپینل است. آزمون SEM، ساختار نانوذره ای کاتالیست را تأیید کرد. فعالیت کاتالیست تهیه شده در کاهش کاتالیستی NO با CO بررسی و عملکرد کاتالیستی خوبی را در این فرایند نشان داد. با به کارگیری این کاتالیست در دماهای بالاتر از C˚ 400 تمام NO تبدیل شد. همبستگی بین فعالیت کاتالیستی و ویژگی های فیزیکوشیمیایی بررسی شد. سازوکار تبدیل کاتالیستی با نانو اسپینل مس منگنیت در دماهای بالا و پایین تعیین شد. همچنین، معلوم شد که نسبت کسرتبدیل NO به کسر تبدیل CO در دماهای پایین تر از C˚ 300 به طور تقریب برابر 2 و بالاتر از این دما حدود 1 است. نتایج نشان داد که نانواسپینل مس منگنیت می تواند به عنوان کاتالیست ارزان و با فعالیت بالا در فرایند کاهش کاتالیستی اکسیدهای نیتروژن به کار رود.

بررسی های اخیر نشان داده که مس و ترکیب های مس، عاملهای ضد باکتری مؤثری هستند. برخلاف نقره، مس یک عنصر ضروری برای سلامتی انسان است، اگرچه مقدار بیش از حد آن، تأثیر نامطلوبی دارد. در این پژوهش، نانوذره های کروی CuO در بستر موردنیت با اندازه بلورهای بزرگ به روش واکنش حالت جامد تهیه شد. نمونه ها با پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و هم دما جذب-واجذب نیتروژن (BET) مورد شناسایی قرار گرفتند. نتایج XRD، هر دو ترکیب را در نانوچندسازه نشان داد. در طیف های FTIR، همه نوارهای جذبی نمونه نانوچندسازه جابه جایی هایی را نسبت به بستر نشان داد که نشان دهنده مشارکت نانوذره های CuO در بستر است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان دادند که بیش ترین قطر برای نانوذره های کروی CuO، 22 نانومتر بود. در بررسی ویژگی ضدباکتری نمونه تهیه شده، قطر هاله ها با نانوچندسازه موردنیت-CuO برای باکتری های گرم منفی اشرشیاکلی و گرم مثبت استافیلوکوکوس اورئوس، 14 میلی متر بودند.

در این پژوهش، کاتالیست ناهمگن کارآمد جدیدی براساس عامل دارکردن نانولوله های هالویسیت با استفاده از مایع یونی سولفوندار طراحی و تهیه شد. ساختار کاتالیست به دست آمده با استفاده از روش های متفاوت مانند SEM/EDS, FTIR, XRD, TGA و BET اثبات شد. همچنین، فعالیت کاتالیستی کاتالیست تهیه شده برای پیش بردن تهیه بنزوپیرانوپیریمیدین ها از طریق واکنش سه جزئی بنزآلدهیدها، 4-هیدروکسی کومارین و اوره و یا تیواوره بررسی شد. در پایان، توانایی بازیافت و استفاده مجدد از کاتالیست و پایدار ساختار آن در حین انجام واکنش بررسی شد. نتایج اثبات کرد که مقادیر اندک کاتالیست می تواند به تولید بهره های بالا از فراورده در زمان های واکنش به طور نسبی کم منجر به شود. همچنین، کاتالیست به دست آمده قابلیت بازیافت و استفاده مجدد را تا حداقل چهار مرتبه و بدون کاهش محسوسی در عملکرد داشت. لازم به یادآوری است که فعالیت کاتالیستی این کاتالیست در مقایسه با بسیاری از کاتالیست های همگن رایج برتری داشت.

استفاده از مایع های یونی در کنار حلال های مبتنی بر آلکانول آمین، به عنوان جاذب هایی کارآمد با برخی ویژگی های بهبودیافته مانند کاهش هدر رفت حلال و عملکرد احیای آسان به منظور جذب و جداسازی گاز کربن دی اکسید به تازگی موردتوجه قرارگرفته است. بنابراین، در این پژوهش، بررسی تجربی حلالیت گاز کربن دی اکسید در محلول های آبی مونواتانول آمین (MEA) و مایع یونی1-هگزیل-3-متیل ایمیدازولیم نیترات ([Hmim][NO3]) به صورت سامانه های چهارجزئی با ترکیب درصدهای متفاوت به عنوان محلول های جاذب جدید با تأکید بر اندازه گیری ظرفیت جذب موردبررسی قرار گرفت. بدین منظور، اندازه گیری تعادل های بخار-مایع در گستره دمایی 298 تا K 343 و تا فشار حداکثر bar 40 با استفاده از دستگاه اندازه گیری تعادل فازی به روش استاتیکی انجام شد. نتایج به دست آمده نشان داد که در تمام محلول های جاذب مورد آزمایش، حلالیت کربن دی اکسید با کاهش دما و افزایش فشار، افزایش می یابد. همچنین، با افزودن مایع یونی [Hmim][NO3] به محلول های آبی MEA، حلالیت کربن دی اکسید در محلول های جاذب افت نسبی پیدا می کند.

در این پژوهش، نانوساختارهای جدید آلومینای مزوحفره در محیط اسیدی و بازی به روش خودآرایی تبخیر القایی تهیه شدند. منبع آلومینیم برای تهیه نمونه ها آلومینیم تری2-بوتوکسید بود. ماده های سطح فعال به عنوان جهت دهنده ساختار آلومینا شامل ترکیب مواد سطح فعال غیریونی PS-PVP و کاتیونی CTAB بودند. اثر نوع ماده سطح فعال، pH محیط و دمای کلسینه شدن در ویژگی های فیزیکی نمونه های تهیه شده موردبررسی قرار گرفت. نمونه های تهیه شده با روش های پراش پرتو ایکس (XRD)، جذب و واجذب نیتروژن و میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM) شناسایی شدند. نتایج به دست آمده نشان داد که استفاده از مخلوط دو ماده سطح فعال در محیط بازی، دارای بالاترین مساحت سطح (m2/g 407) و حجم حفره (cm3/g 96/0) در دمای کلسینه شدن 550 درجه سانتی گراد بود. داروی کم محلول کورکومین به عنوان داروی مدل انتخاب شد. این دارو با روش تلقیح بر نانوساختارهای آلومینا تهیه شده به نسبت 1 به 5 بارگذاری شد. مقدار رهایش دارو از نانوحامل های آلومینا به صورت برون تن در محیط شبیه سازی شده معده (SGF) و روده (SIF) بررسی شد. نتیجه این بررسی بیانگر این نکته بود که مقدار بیشینه رهایش دارو در pHهای اسیدی 90 % است. سرعت رهایش کورکومین در هر دو محیط شبیه سازی شده از مدل سینتیکی کورسمایر-پپاس پیروی می کند.

هیدروژل کاتیونی پلی(3-آکریل آمیدوپروپیل) تری متیل آمونیم کلرید با استفاده از 3-آکریل آمید و پروپیل تری متیل آمونیم کلرید (APTMACl) به عنوان تکپار، متیلن بیس آکریل آمید (MBA) به عنوان پیونددهنده عرضی و آمونیم پرسولفات (APS) به عنوان آغازگر، سنتز شد. نانوچندسازه p(APTMACl)-Pd با بارگذاری یون پالادیم درون هیدروژل(APTMACl)اp سنتز شده، تهیه و کاهش آن در حضور عامل کاهنده سدیم بورهیدرید انجام شد. تخلخل و ریخت شناسی حفره های هیدروژل تهیه شده با استفاده از روش میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شد. درصد تورم هیدروژل ها در آب موردبررسی قرار گرفت. مقدار پایداری گرمایی نانوچندسازه به دست آمده با تجزیه گرمایی TGA بررسی شد. اندازه و ریخت شناسی نانوذره های پالادیم با روش میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) انجام و مقدار فلز بارگذاری شده درون هیدروژل با استفاده از روش جذب اتمی (AAS) تعیین شد. در ادامه، فعالیت کاتالیستی نانوچندسازه تهیه شده در کاهش نیتروفنل و اکسایش گزینشی بنزیل الکل موردبررسی قرار گرفت. همچنین، کاتالیست ناهمگن p(APTMACl)-Pd به راحتی از محیط واکنش جدا و تا 5 بار به کارگرفته شد، بدون اینکه کاهش قابل توجهی در فعالیت کاتالیستی مشاهده شود.

در این پژوهش، ویژگی نوری-الکتریکی و بازده تبدیل فتوالکتروشیمیایی سلول خورشیدی دو وجهی حساس به رنگ دانه N719 متشکل از فیلم پلی آنیلین (PANI) و فیلم نانوساختار تیتانیم اکسید (TiO2) موردبررسی قرارگرفته است. الکترود متقابل برپایه PANI طی فرایند بسپارش آنیلین با کاتالیست اسیدی تهیه شد. درحالی که فیلم TiO2، به عنوان فتوآند، در دمای پایین به کمک روش شیمیایی سل-ژل و فرایند لایه نشانی غوطه وری ساخته شد. بالا بودن مقدار عبوردهی نوری سلول ساخته شده، سبب شد تا بر اثر تابش نور از دو وجه، چگالی بالاتری از مولکول های رنگ، طی فرایند فتوشیمیایی برانگیخته شوند. افزایش بازدهی تبدیل سلول در حضور رنگ دانه مولکولی بر پایه روتنیم، با نام تجاری N719، تا مقدار 22/8% در مقایسه با سلول مشابه ساخته شده با الکترود پلاتین (با بازدهی 75/7 %) مناسب تر است. هزینه پایین ساخت و بالا بودن عبوردهی نوری تا 71 % در ناحیه نور مرئی، امکان استفاده از الکترودهای PANI و TiO2 با ریختی ویژه را برای ساخت سلول های خورشیدی دووجهی، در مقیاس صنعتی، فراهم می سازد.

انوذره های هسته/پوسته CeO2/TiO2 به عنوان حسگرهای ترکیب های فرار شناخته شده اند. ویژگی های حسگری این نانوذره ها با تقویت با استفاده از عناصر متفاوت تغییر می کند. در این پژوهش، پوسته تیتانیایی نانوذره های هسته/پوسته CeO2/TiO2 با نسبت های مولی متفاوت (Zr(IVو(V(V دوپه شد. وجود عناصر سریم، تیتانیم، زیرکونیم و وانادیم با EDS تأیید شد. شکل گیری نانوذره های دی اکسیدسریم و تیتانیای تقویت شده با FESEM تأیید شد. برای نمایش شکل گیری ساختار هسته/پوسته HRTEM مورداستفاده قرار گرفت. ویژگی های حسگری نانوذره های هسته/پوسته CeO2/TiO2 ساخته شده در حضور متانول، اتانول و 2-پروپانول به طور کامل موردبررسی قرار گرفت. در مقایسه با نانوذره های هسته/پوسته خالص CeO2/TiO2، حسگرهای ساخته شده از CeO2/TiO2 تقویت شده با وانادیم 2 % در دمای اتاق افزایش قابل توجهی نشان داد. رفتار حساسیت حسگر به عنوان تابعی از غلظت ترکیب های آلی فرار (VOCs) خطی، زمان های پاسخ و بازیابی آن تا حد مناسبی پایین بودند. سازوکار پاسخ دهی حسگر بر مبنای ناحیه تهی بررسی شد. به طور خلاصه، براساس اندازه گیری های کمی و کیفی نتایج نشان می دهند که CeO2/V2%-TiO2 مناسب ترین حسگر برای اتانول است.

حذف مواد نیتروآروماتیک در غلظت های کم نمونه های آبی دارای اهمیت است. این ترکیب ها سمی و منجر به جهش ژنتیکی در انسان، ماهی ها و ریزاندامگان می شود. دی نیتروتولوئن (2, 4-DNT) رایج ترین ماده منفجره نیتروآروماتیک با کاربرد بسیار است که تولید آسان آن سبب کاربرد گسترده در ساخت بسیاری از مهمات شده است. بسپارهای قالب مولکولی (MIP) نانوسامانه های هوشمندی هستند که در حضور یک مولکول به عنوان الگو شکل گرفته و تمایل شیمیایی اختصاصی و بالایی نسبت به مولکول الگو دارند و سازوکار آن ها شبیه آنتی بادی ها یا آنزیم ها است. نسبت سطح به حجم بالای نانوذره ها تأثیر معنی داری در ویژگی این مواد دارد. نانوذره های MIP دارای بسیاری از ویژگی های عالی از قبیل سطح زیاد، هزینه کم و تهیه آسان، پایداری بالا در شرایط فیزیکی و شیمیایی متفاوت هستند و قابلیت استفاده دوباره را دارند. در این پژوهش، نانوذره های قالب مولکولی با سامانه تعلیقه معکوس تهیه شد که در آن 2, 4-DNT به عنوان الگو، پلی وینیل الکل (PVA) به عنوان بسپار عامل دار و گلوتارآلدهید به عنوان پیونددهنده عرضی به کارگرفته شد. ویژگی های نانوذره های MIP با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (ATR-FTIR) مشخص شد. تمام نوارهای ظاهرشده در طیف ATR-FTIR مربوط به واکنش آلدهیدی بین PVA و گلوتارآلدهید و همچنین، تشکیل نانوذره های بسپار قالب مولکولی است. تصویر SEM میانگین اندازه نانوذره های بسپار تهیه شده را nm 45 همراه با توزیع اندازه ذره های به نسبت یکنواخت را نشان داد. ظرفیت اشباع جذب برابر با mg. g-1 91/11 و ضریب گزینش پذیری برابر با 04/14 نسبت به 2، 4-دی نیتروتولوئن تعیین شد.

میکرواستخراج مایع-مایع پخشی براساس مایع های یونی همراه با سوانگاری مایع با کارایی بالا برای استخراج، پیش تغلیظ و تعیین 3-ایندول بوتیریک اسید در نمونه های گیاه نخود به کاربرده شد. اثر بعضی از عامل ها مانند ساختار شیمیایی مایع یونی، قدرت اسیدی محلول نمونه، دما، مدت استخراج، مدت جداسازی با گریزانه، حجم مایع یونی و حجم محلول آبی نمونه حاوی 3-ایندول بوتیریک اسید بر مقدار استخراج موردبررسی قرار گرفتند. همچنین، استخراج برگشتی 3-ایندول بوتیریک اسید از فاز مایع یونی به محلول آبی بازی موردبررسی قرار گرفت. عامل پیش تغلیظ به دست آمده در این روش 40 بود. گستره خطی منحنی واسنجی از 2− 10 ×4/30 تا 6/38 میلی گرم بر لیتر 3-ایندول بوتیریک اسید به دست آمد. حد تشخیص این روش 2− 10 × 3/29 میلی گرم بر لیتر بود. انحراف استاندارد نسبی روش پیشنهادی موردنظر برای استخراج 3-ایندول بوتیریک اسید با غلظت 3/20 میلی گرم بر لیتر برابر با 8/1 % محاسبه شد. هر فاز مایع یونی به کاربرده شده برای استخراج 3-ایندول بوتیریک اسید حداقل برای سه مرتبه از فرایند استخراج و استخراج برگشتی قابل استفاده بود. روش پیشنهادشده در این پژوهش برای استخراج 3-ایندول بوتیریک اسید موجود در گیاه نخود به کاربرده شد.

نشاسته و سلولز از بسپارهای طبیعی و زیست تخریب پذیری هستند که معایبی مانند سدگری ضعیف در برابر آب و مقاومت گرمایی پایین دارند. ساخت نانوچندسازه ها با افزودن نانوخاک رس برای بهبود سدگری این فیلم ها و هم زمان بهبود ویژگی گرمایی، راه کار نوینی است. در این پژوهش، ابتدا نانوچندسازه های نشاسته-پلی وینیل الکل-نانوخاک رس و کربوکسی متیل سلولز-پلی وینیل الکل-نانوخاک رس با درصدهای وزنی متفاوت از پلی وینیل الکل (PVA) (15، 30 و 45) در دو درصد وزنی (5 و 10) از نانوخاک رس تهیه شد. سپس، فیلم های آن ها پس از خشک کردن به دست آمد. ویژگی نوری و گرمایی فیلم ها به کمک طیف سنجی فرابنفش-مرئی (UV-Vis) و گرماوزن سنجی (TGA/DTG) بررسی شدند. کاف نوار نمونه ها با استفاده از رسم نمودار 2(α hν ) برحسب hν و معادله تائوک به دست آمد. نتایج نشان داد، افزودن PVA و نانوخاک رس مقاومت گرمایی فیلم های نانوچندسازه ای تهیه شده را افزایش می دهند. کاف نوار فیلم ها کمتر از eV 5 بود که نشانگر قابلیت لازم برای به کارگیری آن ها در ساخت قطعه های الکترونیکی مانند دیودهاست.

در این پژوهش، نانوذره های NiO به کمک امواج مایکروویو و با استفاده از سدیم دودسیل سولفات (SDS) به عنوان عامل پایدارکننده تهیه و شناسایی شد. از نیکل نیترات و سود به عنوان واکنشگر استفاده شد. شناسایی و پراکندگی اندازه نانوذره های ساخته شده در این روش با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و تجزیه عنصری (EDS) انجام شد. وجود گروه های عاملی در ساختار این نانوذره ها با استفاده از طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) اثبات شد. همچنین، ویژگی نوری این نانوذره ها با طیف سنجی مرئی-فرابنفش (UV-Vis) اندازه گیری شد. در ادامه، از نانوذره های ساخته شده به عنوان یک نانوکاتالیست برای تهیه مشتق های بنزوپیران از طریق واکنش سه جزئی و تک مرحله ای دایمدون، مالونونیتریل و انواع متفاوتی از آلدهیدهای آروماتیک در حلال متانول استفاده شد. نتایج نشان داد که نانوذره های ساخته شده کاتالیست خوبی برای تهیه بنزوپیران ها پس از بهینه کردن شرایط واکنش هستند.

یک روش آسان و مؤثر برای تهیه مشتق های N-آریل نوکلئوبازها و سایر ترکیب های ناجورحلقه نیتروژن دار با استفاده از نانوهیبرید مس/آمینوکلی/ گرافن اکسید کاهش یافته به عنوان یک نانوکاتالیست ناهمگن و کارآمد شرح داده شده است. در این روش، واکنش N-آریل دارکردن نوکلئوبازها و سایر ترکیب های ناجورحلقه نیتروژن دار با آریل هالیدهای حامل گروه های عاملی متنوع تحت امواج فراصوت و در دمای اتاق در حضور کاتالیست نانوهیبرید مس/آمینوکلی/ اکسید گرافن کاهش یافته و باز سزیم کربنات در دمای اتاق در حلال دی متیل سولفوکسید کاتالیست شده و مشتق های N-آریله شده موردنظر با بازده بالا به دست آمد. با استفاده از روش امواج فراصوت، بهبود قابل توجهی از لحاظ بازده بالاتر و زمان واکنش کوتاه تر در مقایسه با روش متداول گرمایی آورده شده است. استفاده از شرایط ملایم واکنش، زمان واکنش کوتاه، قابلیت بازیافت و استفاده دوباره از کاتالیست و آسانی روش جداسازی از مهم ترین مزایای روش آورده شده است.

در این پژوهش، ابتدا نانوذره های استرانسیم هگزافریت دوپه شده با کاتیون های +Zn2+، Co2+، Zr4 و فرمول SrFe11. 1(Zn0. 5Co0. 5Zr)0. 45O19 به روش سل ژل خوداحتراقی تهیه، سپس نانوچندسازه سه جزئی پلی آنیلین/ SrFe11. 1(Zn0. 5Co0. 5Zr)0. 45O19/اMWCNTs به روش بسپارش درجا تهیه شد. بررسی الگوهای پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف های فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) نمونه ها وجود فاز استرانسیم هگزافریت نوع M و همچنین، نانولوله های کربنی و پلی آنیلین در نمونه ها را تأیید کرد. تصویرهای میکروسکوپ الکترونی روبشی میدانی (FESEM) نشان دهنده پوشش مناسب ذره های هگزافریت و نانولوله های کربنی با رشته های بسپاری است. ویژگی مغناطیسی نمونه ها با استفاده از مغناطیس سنج نمونه مرتعش (VSM) اندازه گیری شد. به طوری که کمیت های مغناطیسی از مغناطیس اشباع (Ms) برابر با emu/g 60 و مغناطیس باقیمانده (Mr) برابر با emu/g 30 در ذره های هگزافریت به ترتیب به مقادیر emu/g 5/11 و emu/g 6 در نانوچندسازه کاهش یافت. ویژگی جذب مایکروویو نمونه ها نیز با آزمون تلفات انعکاس با استفاده از دستگاه تحلیل گر شبکه برداری (VNA) در دمای اتاق اندازه گیری شد. این نتایج نشان می دهد که نانوچندسازه تهیه شده دارای تلفات انعکاس dBا30-در بسامدGHz 10/1 و پهنای باند مناسب در گستره باند X مایکروویو است که توانایی استفاده از این ماده به عنوان جاذب مایکروویو را نشان می دهد.