پژوهش های کاربردی در شیمی
سال:1398 | دوره:13 | شماره:3 |تعداد مقالات:12

فسفرآمیدها گروه مهمی از ترکیب های ارگانوفسفره هستند که با توجه به ویژگی های ساختاری خود کاربردهای فراوانی در صنایع متفاوت دارند. لیگاندهای فسفرآمیدی و کمپلکس های فلزی آن ها می توانند کاتالیست های بسیار کارآمدی برای انواع واکنش های شیمیایی مانند کاهش ترکیبات کربنیل دار و افزودن ترکیب های روی دی آلکیل به آن ها، آمین دارشدن و آلکیل دارشدن آلیلی، آلیل دارشدن نامتقارن، اپوکسیددارشدن، ترانس استریشدن، جفت شدن پیناکول، بسپار، واکنش های آلدولی و فریدل-کرافتس باشند. در این مقاله مروری، فعالیت کاتالیستی ترکیب های گفته شده در واکنش های متفاوت موردبررسی قرار گرفت. در کار حاضر، ضمن گردآوری و معرفی کاتالیست های فسفرآمیدی و واکنش های کاتالیست شده، اثر عامل های متفاوت مانند نوع و ساختار کاتالیست، دما و افزودنی بر سرعت و بازده بررسی شد. همچنین، در مورد برخی از واکنش ها، مطالعات سینتیکی نیز انجام گرفت. بررسی ها نشان دهنده آن بود که بازده و گزینش پذیری قابل قبول در خصوص کاتالیست های فسفرآمیدی، با بهینه سازی عامل های مؤثر در واکنش ها، مانند دما، حلال و مقدار کاتالیست قابل دستیابی است.

هدف از انجام این پژوهش، بررسی تأثیر نانواسپینل کبالت کرومیت (CoCr2O4) در حذف کاتالیستی گاز متان (CH4) به عنوان اصلی ترین ترکیب موجود در سوخت گاز طبیعی فشرده و همچنین، آلاینده اکسیدهای نیتروژن (NOx) به منظور استفاده در مبدل کاتالیستی خودروهای گازسوز است. در این پژوهش، نانوذره های اسپینلی کبالت کرومیت به روش هم رسوبی، با بازده بالا به صورت خالص و تک فاز در ابعاد کمتر از 80 نانومتر تولید شدند. بررسی ساختاری با پراش پرتو ایکس (XRD)، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و عبوری (TEM) و آزمون جذب-واجذب نیتروژن (BET) انجام شد. پس از تأیید صحت سنتز، نانوذرات کبالت کرومیت، فلزات گران بها (پالادیم و رودیم) و گاما آلومینا به صورت یک دوغاب در مواد واشکوت یک نمونه آزمایشگاهی مبدل کاتالیستی به کار رفت و درنهایت، فعالیت کاتالیستی آن موردبررسی قرار گرفت. بررسی عملکرد آلایندگی از طریق اندازه گیری دمای 50 درصد تبدیل آلایندهها در خصوص گازهای متان، و اکسیدهای نیتروژن در حضور نانواسپینل کبالت کرومیت انجام شد. کاهش 50 درصدی دمای تبدیل متان و اکسیدهای نیتروژن حاکی از تأثیر مثبت حضور کبالت کرومیت به عنوان یک نانوکاتالیست اثبات شد.

در این پژوهش، ابتدا نانوذرات هیدروکسی آپاتیت تهیه و با استفاده از اتم های فلوئور با درصدهای متفاوت استخلاف شدند. سپس، بارگذاری و رهایش ایبوپروفن به عنوان یک داروی مدل بر نانوذرات تهیه شده در محیط شبیه سازی شده با بدن، موردبررسی قرار گرفت. درنهایت، سمیت نانوذرات با آزمون دی متیل تیازول برمیددی فنیل تترازولیم (MTT) بررسی شد. به منظور شناسایی و تعیین ریز ساختار نمونه ها از روش های طیف سنجی پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) و برای بررسی بارگذاری و رهایش دارو، روش های تجزیه وزن سنجی گرمایی (TGA) و طیف سنجی مرئی-فرابنفش (UV-Vis) به کارگرفته شد. برپایه نتایج، افزایش مقدار فلوئور در ساختار باعث افزایش اندازه بلورها از حدود 35 تا 53 نانومتر، اندازه ذرات از حدود 50 تا 77 نانومتر و نیز مقدار بارگذاری دارو و آزادسازی می شود. هیدروکسی آپاتیت و فلوئور هیدروکسی آپاتیت به تقریب سمیت ندارند. هرچند که با افزایش فلوئور مقدار سمیت اندکی افزایش می یابد.

در این پژوهش با توجه به خطرات ناشی از آلودگی های پساب صنایع نساجی و رنگرزی و باهدف حذف آلاینده های آلی، ابتدا نانوالیاف بسپاری (پلی آمید) تحت میدان ولتاژ بالا با سامانه نوین نیم صنعتی الکتروریسی تولید و نانوالیاف به دست آمده با روش های طیفسنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، طیفسنجی تفکیک انرژی (EDS) و میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) شناسایی شدند. همچنین، مساحت سطح جاذب با روش BET اندازه گیری شد. سپس، باهدف کاربرد نانوالیاف الکتروریسی شده در حذف مواد رنگزای آلی، با بررسی عامل های فرایندی، شرایط بهینه جذب ماده رنگزا در نقاط 04/0 گرم پلی آمید، pH برابر با 2 و دور هم زن برابر با rpm 750 به دست آمد. نتایج بیانگر تطابق ظرفیت جذب تعادلی محاسبه شده با ظرفیت جذب آزمایشگاهی در سینتیک درجه دوم و تبعیت هم دماهای فرایند از هم دما لانگمویر بود. برای مقایسه عملکردی با سامانه های ناهمگن، شرایط بهینه فرایندی سامانه ناهمگن کربن فعال اولترا به عنوان یک سامانه مناسب شامل 015/0 گرم کربن اولترا، pH برابر با 4 و دور هم زن rpm 750 به دست آمد. درنهایت مزایا و معایب این دو سامانه فرایندی برای بررسی قابلیت ارتقای مقیاس از آزمایشگاهی به نیم صنعتی مورد مقایسه قرار گرفت.

در این پژوهش، یک حسگر الکتروشیمیایی مبتنی بر الکترود خمیر کربن (CP) اصلاح شده با نانوذرات بسپار قالب مولکولی (MIP)، برای اندازه گیری آفت کش دیازینون (DZN) با روش ولتامتری موج مربعی (SWV) توسعه یافته است. ذرات بسپار قالب گیری شده و همچنین، بسپارهای قالب گیری نشده (NIP) با روش بسپارش رسوبی با نسبت مولی 1: 6: 30 (پیونددهنده عرضی: تکپار: مولکول هدف) سنتز شده و سپس، برای اصلاح الکترود خمیر کربن مورداستفاده قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نشان دادند که الکترود اصلاح شده با MIP (MIP-CP) نسبت به حسگر مبتنی برNIP ا(NIP-CP) توانایی بسیار بیشتری را برای جذب DZN، از محلول نمونه دارد. پس از بهینه سازی عوامل مؤثر بر پاسخ حسگر، منحنی واسنجی تحت شرایط بهینه رسم شد. منحنی به دست آمده در گستره 8-10×50/1 تا 6-10×25/1 مولار با غلظت دیازینون رابطه خطی (9905/0 = R2) نشان داد. همچنین، حد تشخیص (LOD) حسگر برابر با 9-10×43/5 مولار به دست آمد. مقدار انحراف استاندارد نسبی برای پنج بار اندازه گیری محلول 7-10× 25/1 مولار دیازینون برابر با 79/3% بود. حسگر تهیه شده به طور موفقیت آمیزی برای تعیین DZN در نمونه ی آب چاه با درصد بازیابی در گستره 60/98 تا 16/99% مورداستفاده قرار گرفت.

الگوریتم فراابتکاری خفاش با شبکه عصبی مصنوعی (ANN-BA) برای نخستین بار در علوم شیمی و محیط زیست برای بهینه سازی میکرواستخراج مایع – مایع پخشی با حلال خاتمه دهنده به عنوان روشی سریع، ساده و کم هزینه برای تعیین یون مس در نمونه پساب با لیگاند پاراسولفوناتوکالیکس [4] آرن به کار رفت. تولوئن به عنوان حلال پخشی و متانول به عنوان حلال استخراج به کاربرده شدند. بهینه سازی بر چهار عامل مؤثر بر کارایی استخراج مانند حجم حلال استخراج، حجم حلال پخشی، افزایش نمک و pH موردبررسی قرار گرفت. طراحی چندسازه مرکزی (CCD) به عنوان یک روش مقایسه ای برای بهینه سازی بهره وری میکرواستخراج مایع – مایع پخشی با حلال خاتمه دهنده به کار برده شد. در مقایسه با روش CCD، مدل الگوریتم خفاش کمک گرفته شده از شبکه عصبی مصنوعی، به دلیل داشتن درصد بازیابی بالاتر، حدود 21/7 درصد، به عنوان روش بهینه سازی بهتر انتخاب شد. . تحت شرایط بهینه بالا، حد تشخیص، حد تعیین و گستره دینامیکی خطی به ترتیب 15/0، 35/0 و 35/0 تا 1000 میکروگرم بر لیتر به دست آمد. درصد بازیافت ها برای نمونه های پساب در گستره 8/92 تا 5/104 درصد به دست آمد.

امروزه باتری های قابل باردارشدن لیتیم-هوا در وسایل با قابلیت ذخیره انرژی کاربرد گسترده ای پیداکرده اند. به منظور افزایش کارایی و طول عمر این نوع باتری ها، استفاده از کاتالیست و الکترولیت، امری ضروری است. بنابراین، کاتالیستی از جنس فلز-اکسید فلزات واسطه بر پایه کربن MnFe2O4/C در ساخت کاتد باتری استفاده شده است. به منظور افزایش ایمنی، طول عمر و ظرفیت باردارشدن-بی بارشدن باتری، از مایع یونی 1-اتیل-3-متیل ایمیدازولیم تترافلوئوروبورات [C2mim][BF4] به عنوان الکترولیت استفاده شده است. ویژگی های کاتالیست به کمک روش های طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، تجزیه وزن سنجی گرمایی (TGA)، پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شد. نتایج نشان داد که کاتالیست ساختاری همگن دارد و میانگین اندازه ذره های آن 30 نانومتر است. کاتالیست در ابعاد نانو و الکترولیت یونی با رسانایی بالا سبب شده که ظرفیت بی بارشدن باتری با و بدون کاتالیست به ترتیب برابر با 2360 و mAh g-1 815 در چگالی جریان 1/0 میلی آمپر/سانتی متر باشد. در چگالی جریان 2/0 میلی آمپر/سانتی متر، ظرفیت بی بارشدن برای باتری با و بدون کاتالیست به ترتیب برابر با 710 و mAh g-1 535 به دست آمد. افزایش تعداد چرخه های باردارشدن-بی بارشدن در حضور کاتالیست (بیش از 1000 بار) نسبت به باتری بدون کاتالیست (بیشتر 3 بار) نشان دهنده کارایی کاتالیست مورداستفاده است. به دلیل پایداری گرمایی الکترولیت یونی، طول عمر باتری حدود 2 برابر نسبت به باتری با الکترولیت آلی معمول بیشتر است. کاهش تفاوت پتانسیل بین فرایندهای باردار و بی بارشدن نیز یکی از مزیت های باتری ساخته شده است. نتایج نشان داد که کاتالیست MnFe2O4/C، سبب افزایش قابل توجهی در ظرفیت بی بارشدن باتری شده است.

در این پژوهش، زئولیت β و سیلیکا-آلومینای بیشکل برای به کارگیری در پایه کاتالیست هیدروکراکینگ سنتز شدند. برای ساخت پایه کاتالیست افزون بر ترکیب های سنتز شده، زئولیت Y نیز به کارگرفته شد. نیکل-مولیبدن و نیکل-تنگستن به روش تلقیح بر پایه های شکل دهی شده نشانده شد تا کاتالیست نهایی به دست آید. ویژگی های فیزیکی کاتالیستها با به کارگیری روش BET و قدرت اسیدی آن ها با روش NH3-TPD سنجیده و ویژگی های کاتالیستی نمونه های تهیه شده در فرایند هیدروکراکینگ بررسی شد. درصد وزنی مناسب زئولیت ها برای تهیه پایه و نیز نوع اجزای فعال کاتالیست، همچنین دمای مناسب فرایند برای تولید فراورده میان تقطیر در هیدروکراکینگ گازوئیل خلأ در راکتور بستر ثابت پیوسته با طراحی آزمایش فاکتوریل-کامل به دست آمد. نتایج به دست آمده نشان داد که کاتالیست تشکیل شده از 10 درصد وزنی زئولیت β و 30 درصد وزنی زئولیت Y در پایه و 5 درصد وزنی نیکل به همراه 15 درصد وزنی مولیبدن، بالاترین قطر حفره و قدرت اسیدی را داشت. این کاتالیست در دمای C° 400 و فشار عملیاتی 55 بار در مقایسه با کاتالیست های تهیه شده دیگر، گزینش پذیری بیشتری نسبت به فراورده میان تقطیر داشت.

پادزیست ها از نظر مصرف وسعت جهانی داشته و پس از استفاده به شیوه های متفاوتی به منابع آبی راه می یابند. وجود مقادیر کم از این ترکیبات در آب و پساب می تواند باعث برهم زدن نظم دگرگشتی بدن جانداران ساکن در بوم سازگان شود. درنتیجه شناسایی و تشخیص مقادیر بسیار کم این ماده از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش، یک حسگر الکتروشیمیایی برپایه بسپار قالب مولکولی و نانولوله های کربنی چنددیواره برای شناسایی و اندازه گیری پازیست مترونیدازول (MTN) در نمونه های حقیقی طراحی و ساخته شد. در طی این بررسی، اثر عوامل متفاوت شامل زمان اقامت حسگر در محلول پیش تغلیظ و pH آن بررسی شد. همچنین، تأثیر مقدار بسپار قالب مولکولی و مقدار نانولوله های کربنی چنددیواره در ساخت حسگر مورد بررسی قرار گرفت. شرایط عملیاتی بهینه برای ساخت حسگر شامل 105/0گرم بسپار قالب مولکولی، 0033/0 گرم نانولوله های کربنی چنددیواره، pH محلول پیش تغلیظ برابر با 0/8 و مدت فرایند پیش تغلیظ MTN در سطح الکترود خمیر کربن اصلاح شده با بسپار قالب مولکولی برابر با 26 دقیقه تعیین شد. حد تعیین nM 6/55 و گستره خطی 50 تا nM 1200 برای اندازه گیری مترونیدازول در سطح الکترود ساخته شده به دست آمد. الکترود اصلاح شده با بسپار قالب مولکولی و نانولوله های کربنی به صورت موفقیت آمیز برای جداسازی و سنجش MTN در نمونه های حقیقی مورداستفاده قرار گرفت.

در این پژوهش، پلی یورتان پایه آبی و هیبرید آن با بوتیل آکریلات (نسبت وزنی 70 به 30) بر پایه مرکز یونی نمک سدیم N وN-به یس(2-هیدروکسی اتیل)-2-آمینواتان سولفونیک اسید (BES) به روش پیش یسپار و در ادامه از طریق بسپارش رادیکالی سنتز شدند. برای اطمینان از سنتز پلی یورتان پایه آبی/ آکریلات و همچنین، بررسی تفاوت ویژگی نمونه پلی یورتان پایه آبی خالص و هیبرید پلی یورتان پایه آبی/ بوتیل آکریلات، آزمون های طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR)، طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته (HNMR)، تجزیه وزن سنجی گرمایی (TGA)، مقاومت در برابر پارگی (Tear)، مقاومت سایشی، مقاومت شیمیایی و تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) موردبررسی قرار گرفتند. بررسی گروه های عاملی ساختارهای شیمیایی به دست آمده را تأیید کرد. همچنین، نتایج نشان داد که نمونه هیبریدی مقاومت گرمایی، مقاومت پارگی، مقاومت سایشی و مقاومت شیمیایی مطلوبی نسبت به نمونه خالص دارد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی پخش مناسب و سازگاری بین دو فاز آکریلات و پلی یورتان را به خوبی نشان داد. با توجه به نتایج به دست آمده نمونه هیبریدی سنتز شده قابلیت کاربرد به عنوان روکش را دارد.

نانوچندسازه ها نیز به عنوان یکی از شاخه های این فناوری، اهمیت بسیاری یافته اند. در پژوهش حاضر، نانوچندسازه های پلی(آنترانیلیک اسید)/نانوذره های نقره با روش بسپارش اکسایشی درجا با ویژگی ضدباکتری تهیه شد. ساختار نانوچندسازه های تهیه شده با روش های طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، طیف سنجی تفکیک انرژی (EDS)، پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM) و تجزیه وزن سنجی گرمایی (TGA) موردبررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که میانگین اندازه نانوذره های نقره تهیه شده به تقریب 20 نانومتر است. با روش های متنوع دستگاهی، تهیه نانوچندسازه های پلی آنترانیلیک اسید و تشکیل نانوذرات نقره اثبات شد. در ادامه، بررسی ویژگی ضدباکتری نانوچندسازه تهیه شده نیز مطابق با روش انتشار صفحه انجام شد. برپایه این روش، ناحیه بازدارندگی رشد باکتری ها (قطر هاله) برای نانوچندسازه ها، از 6/1 تا 5/4 میلی متر به دست آمد. نتایج نشان داد که نانوچندسازه های پلی آنترانیلیک اسید از ویژگی ضدباکتری قابل قبولی برخوردار است. به طور خلاصه، نتایج به دست آمده نشان داد که نانوچندسازه های تهیه شده با ویژگی ضدباکتری می توانند در کاربردهای پزشکی و همچنین، تصفیه آب و پساب های صنعتی به کار گرفته شوند.

آلودگی محیط زیست با فلزات سنگین، نگرانی های عمده ای را ایجاد کرده اند. به تازگی، پژوهشگران روش جدیدی به نام شیب پخش در غشای نازک (DGT) معرفی کرده اند. از مزیت های این روش اندازه گیری درجا یون ها، به ویژه در محیط های آبی است. در ساخت ژل های موردنیاز در این روش به طور معمول، مواد مورداستفاده ثبت اختراع شده اند. در این پژوهش، جایگزینی ژل هایی با ترکیبات متفاوت آکریل آمید-آلیل آگاروز به جای موادی که ثبت اختراع شده اند و اثر این مواد در ضریب پخشیدگی فلزات سنگین در ژل لایه انتشار بررسی شد. همچنین، عملکرد DGT در محلول شامل عناصر فلزات سنگین نیز موردبررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش pH، نسبت تورم افزایش می یافت هرچندکه در گستره pH بین 4 تا 9 تغییرات زیادی در نسبت تورم مشاهده نشد. نتایج نشان داد ضرایب پخشیدگی در محلول های غیرآلی، مستقل از قدرت یونی بود. اگرچه با افزایش قدرت یونی نتایج به دست آمده از ضریب پخشیدگی در تکرارهای متفاوت گستره خطای کمتری داشت. مقادیر ضرایب پخشیدگی در کاتیون های متفاوت در دو نوع ژل بین 60 تا 85 درصد مقادیر ضرایب پخشیدگی آن عناصر در آب بود. با افزایش عامل پیوندی عرضی به دلیل کوچک تر شدن منافذ ژل، ضریب پخشیدگی کاهش یافت. مقدار فلزهای سنگین اندازه گیری شده با روش DGT، همبستگی خطی نزدیکی با مقدار کاتیون های موجود در محلول داشت (r2 برابر با 93/0 تا 99/0).