پژوهش های کاربردی در شیمی
سال:1396 | دوره:11 | شماره:1 |تعداد مقالات:10

در این پژوهش، با توجه به بحران جدی کم آبی، ارائه راهکارهای پربازده و اقتصادی برای تصفیه و بازیابی دوباره آب های مصرفی، در کنار حذف مواد رنگ زا از این پساب ها مورد توجه و مطالعه قرار گرفته است. در سال های اخیر از میان روش های متعدد با بهره گیری از جاذب ها و مواد فتوکاتالیستی، استفاده از مواد کربنی مانند گرافن مورد توجه قرار دارد. گرافن به دلیل داشتن ویژگی هایی مانند: امکان تولید در مقیاس انبوه با هزینه پایین، ساختار لایه ای دوبعدی، سطح بزرگ، حجم منافذ و امکان اصلاح سطح، جاذب خوبی برای پالایش آب به حساب می آید. وجود ذرات فلزی یا اکسیدهای آن ها از انباشتگی صفحه های گرافنی جلوگیری کرده در نتیجه حجم منافذ و سطح زیاد گرافن محفوظ می ماند. هم چنین، گرافن اکسید و مشتقات آن می توانند با جذب انتخابی نقش موثری در حذف آلاینده ها داشته باشند. وجود گروه های عاملی، بستر لازم برای تشکیل کمپلکس با یون های فلز سنگین را فراهم می کند. از سوی دیگر چندسازه های گرافن به دلیل ساختار مسطح، شفافیت، رسانایی بالا، پایداری، طول عمر بالا، توانایی در کاهش نرخ نوترکیبی و هم چنین امکان برهمکنش پای-پای بین فتوکاتالیست و مواد آلی، در معدنی سازی و بهبود فرایند فتوکاتالیستی کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند. در همین راستا، در این مقاله، ضمن بررسی فعالیت های پژوهشی صورت گرفته در زمینه سنتز و کاربردهای نانوچندسازه های سنتز شده بر پایه گرافن در حذف مواد رنگ زای پساب های رنگی، به مقایسه بازده عملکرد آن با فرایندهای فتوکاتالیستی پرداخته می شود.

در این پژوهش، سنتز چهارجزیی تک ظرف پلی هیدروکینولین ها با استفاده از مشتقات آلدهید، -b کتواسترها، دایمدون و آمونیوم استات در حضور تانیک اسید به عنوان کاتالیستی ارزان، ملایم و سازگار با محیط زیست بررسی شده است. روش کار آسان، راندمان بالا، زمان واکنش کوتاه، جداسازی راحت فراورده ها بدون نیاز به کروماتوگرافی و استفاده از شرایط ملایم و سازگار با محیط زیست از مزایای مهم روش حاضر در سنتز این ترکیبات دارای ویژگی دارویی است.

با توجه به اثرات مخرب دوده به عنوان پرکننده غالب در آمیزه های لاستیکی بر روی محیط زیست و همچنین افزایش مصرف سوخت های فسیلی در تایرهای ساخته شده با این پرکننده، در این پژوهش از پرکننده معدنی با پایه سیلیکاتی که از معادن داخل ایران به دست آمد به عنوان جایگزین بخشی از دوده (30%) استفاده شد. اندازه ذرات بر اساس روش تفرق دینامیک نور (DLS) اندازه گیری و به منظور بررسی گروه های عاملی پرکننده معدنی روش IR (فروسرخ) به کار گرفته شد. نتایج این پژوهش نشان می دهند که ویژگی های رئولوژی آمیزه های پرشده با پرکننده معدنی بر پایه سیلیکاتی از شرایط خوبی در مقایسه با آمیزه مرجع برخوردارند. اما نکته قابل توجه که از روی نمودار DMTA (آنالیز حرارتی مکانیکی و دینامیکی) به دست می آید، افت قابل توجه tand (ضریب اتلاف) در دمای 70oC مربوط به آمیزه پرشده با پرکننده معدنی در مقایسه با آمیزه مرجع (پرشده با دوده) است که بیانگر کاهش حرارت اندوزی در آمیزه با tand کوچک تر (آمیزه پرشده با پرکننده سیلیکاتی) است. به بیان دیگر، تایرهای ساخته شده با این پرکننده به دلیل حرارت اندوزی پایین تر مصرف سوخت کمتری را خواهند داشت.

در این پژوهش هیدروژل نانوسلولز با انجام عملیات شیمیایی (آبکافت اسیدی) و مکانیکی (امواج فراصوت) بر روی پالپ پنبه تهیه شد. عامل های متفاوت شامل نوع و غلظت اسید، زمان آبکافت و قدرت امواج فراصوت بررسی شد. همچنین تهیه آئروژل نانوسلولز به روش تعویض حلال و سپس خشک کن انجمادی انجام و تاثیر عامل های متفاوت شامل غلظت هیدروژل، نوع حلال و نسبت هیدروژل به حلال بررسی شد. ویژگی های نانوسلولز با دستگاه های FT-IR، XRD، SEM و TEM بررسی و پتانسیل زتا و درجه بسپارش آن ها اندازه گیری شد. نتیجه ها نشان می دهد که بازده سلولز نانوبلور (NCC) در شرایط بهینه %62.1 بوده است. در تصویر FE-SEM نانوسلولز ساختار شبکه ای از الیاف آن دیده می شود. در تصویر TEM آن، بلورهای سلولزی میله ای شکل با عرض 25 تا 50mm و طول 100 تا 400nm وجود دارد. درجه بسپارش سلولز نانوبلور 81.54 و از پایداری بالایی برخوردار است. آئروژل نانوسلولز به دست آمده در شرایط بهینه دارای سطح ویژه معادل 92/.m2/g است. رسانایی حرارتی بسیار پایین آئروژل نانوسلولز، 25 mW/mK، نشان می دهد که می توان از این ترکیب به عنوان نانوعایق حرارتی با کارایی بالا استفاده کرد.

در پژوهش حاضر، جذب سطحی یون های منگنز (II) به عنوان آلاینده زیست محیطی از محلول های آبی مطالعه شده است. برای انجام آزمایش های جذب سطحی از مخلوط دو جاذب طبیعی سبوس گندم و پوست هسته ازگیل ژاپنی استفاده شده است. بهترین نسبت اختلاط برای جذب سطحی، نسبت وزنی 30 به 70 سبوس گندم به پوست هسته ازگیل ژاپنی تعیین شده است. در این پژوهش عامل های موثر بر جذب سطحی شامل مقدار جاذب، pH، زمان تماس و دما بررسی شده است. مقادیر بهینه عامل ها به ترتیب 1 گرم، 6.5، 180 دقیقه و 293.15 کلوین به دست آمدند. جذب منگنز از مدل تمکین با ضریب همبستگی 1 پیروی می کند. عامل های ترمودینامیکی شامل تغییرات انرژی آزاد گیبس (DGo)، تغییرات آنتالپی (DHo) و تغییرات آنتروپی استاندارد (DSo) محاسبه شده اند. برای شناسایی گروه های عاملی موجود بر سطح جاذب، طیف FT-IR نمونه ها مورد بررسی گرفته است. ریخت شناسی سطح جاذب با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شده است.

نانوکاتالیست های پروسکایتی Mg1-xZrxNiO3 به روش سیترات سل-ژل سنتز شد. نمونه های ساخته شده با روش های پراش پرتو ایکس (XRD)، کاهش برنامه ریزی شده دمایی (TPR) و تجزیه عنصری به روش پلاسمای جفت شده القایی (ICP) شناسایی شدند. مساحت سطح نمونه ها با روش BET اندازه گیری شد. ریخت شناسی نمونه ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری (TEM و SEM) مورد بررسی قرار گرفت. بررسی الگوهای XRD نانوکاتالیست های سنتز شده، نشان داد که Zr در ساختار پروسکایت MgNiO3، تا x برابر 0.4، جانشانی شده است. تصویرهای SEM نانوکاتالیست ها نشان دادند که اندازه ذرات سنتز شده در مقیاس نانو است. نتیجه های به دست آمده از TPR نشان دادند، با افزایش مقدار Zr تا x برابر 0.3، میزان مصرف هیدروژن بیشتر و منجر به کاهش بهتر شده است برای این نمونه ها فعالیت کاتالیتیکی نانوکاتالیست ها در تبدیل خشک متان با دی اکسیدکربن بررسی شد. بر اساس نتیجه های به دست آمده روند کاهشی نسبت H2/CO در حضور نانوکاتالیست های سنتز شده به ترتیب زیر است:.Mg0.7Zr0.3NiO3>Mg0.9Zr0.1NiO3>MgNiO3

هدف از این پژوهش، بررسی و بهینه سازی دما و زمان کلسینه شدن کاتالیست منگنز اکسید بر پایه نانولوله های کربنی در فرایند احیای کاتالیستی آلاینده نیتروژن اکسید با استفاده از آمونیاک به عنوان عامل کاهنده است. بدین منظور کاتالیست های موردنظر تحت روش تلقیح خشک تهیه شده، در دماهای 300 تا 600oC به مدت 2 تا 12 ساعت در گاز آرگون کلسینه شدند. آزمون های Raman، H2-TPR، XPS و XRD نشان دادند که دمای تکلیس به دلیل تاثیر بر عدد اکسایش منگنز، عاملی موثر بر فعالیت کاتالیستی بوده به گونه ای که کاتالیست کلسینه شده در دمای 300oC با تشکیل منگنز اکسید به صورت MnO2 به عنوان فاز غالب، بالاترین فعالیت واکنشی را دارد. همچنین، حضور گونه های نیترات باقیمانده از تجزیه پیش ماده مصرفی منگنز نیترات در شرایط معتدل دمایی کلسینه شدن 300oC باعث افزایش اسیدیته، جذب آمونیاک بیشتر و در نتیجه افزایش فعالیت کاتالیستی می شود. نتیجه های آزمون های واکنشگاهی نشان داد که اثر زمان کلسینه شده در گستره 2 تا 6 ساعت نقش چندانی بر تغییر شدت بلورینگی، مساحت سطح و عدد اکسایش فاز فعال نداشته و کاهش اندک فعالیت کاتالیستی برای زمان کلسینه شدن 12 ساعت با توجه به آزمون H2-TPR را می توان به کاهش گونه های نیترات موجود در سطح کاتالیست نسبت داد. از این رو، کاتالیست 12%wt منگنز اکسید تحت دمای کلسینه شدن 300oC به مدت 3 ساعت با درصد تبدیل و گزینش پذیری به ترتیب برابر با %97 و %99.5 بالاترین فعالیت کاتالیستی را دارد.

در این پژوهش، یک روش ساده و سریع برای اندازه گیری افلوکساسین توسعه داده شده است. افلوکساسین آنتی بیوتیکی است که برای درمان عفونت های باکتریایی استفاده می شود. روش میکرواستخراج امولسیون سازی به کمک امواج فراصوت (USAEME) بر اساس به کارگیری حلال های آلی سنگین تر از آب به همراه تجزیه با دستگاه کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) برای اندازه گیری افلوکساسین استفاده شد. به این منظور، 150ml حلال کلروفرم به عنوان حلال استخراجی به آرامی به داخل ظرف سانتریفوژ که حاوی 10ml نمونه آبی بود، در داخل حمام التراسونیک تزریق شد. امولسیون تشکیل شده در فاز آبی به وسیله سانتریفوژ با سرعت 5000 دور بر دقیقه از فاز آبی جدا شد.20ml از فاز آلی جدا شده که حاوی افلوکساسین استخراج شده بود، برای تجزیه به دستگاه HPLC مجهز به آشکارساز UV/Vis در طول موج 290nm، تزریق شد. عامل های موثر بر فرایند میکرواستخراج USAEME مانند نوع و حجم حلال استخراجی مورد بهینه سازی قرار گرفتند. در شرایط بهینه به دست آمده، منحنی کالیبراسیون در گستره 10 تا 1000ml-1 خطی شد. حد تشخیص (LOD) و حد اندازه گیری کمی (LOQ) به ترتیب 7 ml-1 و 23 و عامل پیش تغلیظ 27 به دست آمد.

در این پژوهش، یک روش حساس و کم هزینه برای تعیین سریع مقدار نفتالن سولفونات ها در آب دریا ارائه شده است. نخست به وسیله واکنش با تترابوتیل آمونیم این ترکیبات به صورت زوج یون درآورده شدند، سپس با 250 میکرولیتر تولوئن در حضور 500 میکرولیتر متانول به عنوان حلال پخشی و با استفاده از روش میکرواستخراج مایع- مایع درون سرنگ استخراج، به طور هم زمان تغلیظ شدند. اندازه گیری غلظت آن ها با طیف نورسنج مجهز به میکروکووت در طول موج 230 نانومتر در برابر محلول های استاندارد انجام پذیرفت. عامل هایی که روی کارایی استخراج اثر می گذارند از قبیل pH، نوع و حجم حلال استخراجی و پخشی و مقدار تترابوتیل آمونیم (عامل زوج یون) بررسی و بهینه شدند. تحت شرایط بهینه، عامل تغلیظ برای 1- نفتالن سولفونات 142 و گستره دینامیکی خطی روش برای این آنالیت 1.0 تا 75.0 میکروگرم بر لیتر به دست آمد. حد تشخیص روش برای این ترکیب 0.30 میکروگرم بر لیتر محاسبه شد. بازیابی نسبی کل نفتالن سولفونات ها از آب دریا با افزودن 20 میکروگرم بر لیتر از آن ها، بین 87.6 تا 98.5 درصد به دست آمد. روش پیشنهادی به طور موفقیت آمیزی برای تعیین نفتالن سولفونات کل از آب دریای خلیج چابهار به کار رفت.

در کار حاضر، یک حسگر الکتروشیمیایی برای D -پنیسیل آمین به وسیله خمیر کربن اصلاح شده با استیل فروسن تهیه شد. برای نخستین بار رفتار الکتروشیمیایی D -پنیسیل آمین در سطح الکترود خمیر کربن اصلاح شده با استیل فروسن به کمک روش ولتامتری چرخه ای و کرونوآمپرومتری بررسی شد. نتیجه های تجربی بیانگر آن است که الکترود اصلاح شده، اثرات الکتروکاتالیستی روی اکسایش D -پنیسیل آمین دارد و در نتیجه با افزایش مشخصی در پاسخ جریان دماغه آندی همراه است. تحت شرایط بهینه، جریان دماغه آندی وابستگی خطی خوبی نسبت به غلظت D -پنیسیل آمین در گستره غلظتی 0.07 تا 1 میلی مولار و 0.002 تا 0.022 میلی مولار به ترتیب به کمک روش ولتامتری چرخه ای و آمپرومتری نشان داد. حد آشکارسازی (3 برابر انحراف استاندارد) نیز برابر با 0.05 و 0.001 میلی مولار محاسبه شد. برخی عامل سینتیکی مانند ثابت سرعت کاتالیستی محاسبه شد (k برابر با 2.88 cm3 mol-1 S-1)، سادگی، ارزانی، حساسیت بالا، تکرارپذیری خوب الکترود همراه با حد تشخیص پایین از جمله ویژگی های برجسته این الکترود است.