شیمی و مهندسی شیمی ایران
سال:1391 | دوره:31 | شماره:3-4 (66) |تعداد مقالات:13

حضور عناصر سمی مثل کادمیم، جیوه و آرسنیک در منابع مصرفی محیطی (مانند آب آشامیدنی) در مقادیر میکروگرم در لیتر اثرات بسیار نا مطلوبی بر روی سلامتی انسان بر جای می گذارد و کنترل مقادیر در چنین غلظت هایی نیازمند تکنیک های اندازه گیری است که حساسیت مورد نظر را تامین کند. تکنیک های اسپکترومتری جذب اتمی به دلیل کارایی بالا، سادگی و هزینه کم گزینه مناسبی برای این امر هستند با این حال حساسیت مورد نظر با روش های معمولی این تکنیک تامین نخواهد شد. از این رو، پژوهشگران تلاش کرده اند که با ساخت ابزارهائی مثل گیراندازنده اتم، تولید کننده بخار سرد، و تولید کننده هیدرید عناصر مختلفی مانند کادمیم، جیوه و آرسنیک را با حساسیت بهتری توسط اسپکترومتر جذب اتمی شعله ای و این ابزارها اندازه گیری می کنند. در پژوهش ارائه شده، با کپی سازی این ابزارها و متصل نمودن آنها به دستگاه معمولی اسپکترومتر جذب اتمی شعله ای این سه عنصر با حساسیت بسیار بهتری اندازه گیری شدند. در ابتدا ابزار گیراندازی اتم با استفاده از لوله کوارتز شکاف دار ساخته شده است و این وسیله برای اندازه گیری 3 عنصر مذکور در محلول های آبی به کار گرفته شده و میزان بهبود حد آشکارسازی با فاکتوری بین 2 تا 3 برای آن ها حاصل شده است. در مرحله بعد، ابزار تولید کننده بخار سرد برای اندازه گیری جیوه مشابه سازی شد. از این وسیله برای اندازه گیری جیوه در نمونه های آبی استفاده شد. حد تشخیص به دست آمده برای جیوه 100 نانوگرم در لیتر با میانگین انحراف استاندارد نسبی 5 درصد بود که نسبت به روش گیراندازی اتم تا 1000 برابر بهبود در حد تشخیص مشاهده گردید. در آخرین مرحله وسیله تولید کننده هیدرید برای اندازه گیری آرسنیک مشابه سازی شد. از آن جا که آرسنیک مانند جیوه توانایی تشکیل بخار اتمی سرد را ندارد، از تکنیک تولید هیدرید برای اندازه گیری آن استفاده شد. وسیله تولید بخار سرد بکار رفته در قسمت قبلی با اندکی تغییرات به ابزار تولید کننده هیدرید تبدیل شد و پس از این تغییر از آن برای اندازه گیری آرسنیک در محلول های آبی استفاده شد. با این روش حد تشخیص 1 میکرو گرم در لیتر برای آرسنیک به دست آمد که نسبت به روش گیراندازی اتم تا 200 برابر بهبود نشان داد. وسایل و ابزار ساخته شده به راحتی بر روی انواع اسپکترومترهای جذب اتمی شعله ای قابل سوار شدن بوده و تکنیک های روتینی برای اندازه گیری این عناصر در نمونه های محیطی فراهم می آورند و می توان مزایایی مثل ساده بودن روش و کم هزینه تر بودن نسبت به سایر روش های مشابه را برای آن ها ذکر کرد. تعداد نمونه های قابل آنالیز در یک ساعت برای 3 تکنیک گیراندازی اتم، تولید بخار سرد و تولید هیدرید به ترتیب 100، 20 و 30 می باشند.

فنل از جمله آلاینده های خطرناک و سخت تجزیه پذیر است که حذف کامل آن به روش های معمول امکان پذیر نمی باشد. در این پژوهش حذف فنل از فاز مایع به وسیله فتوکاتالیست نانو روی اکسید مورد مطالعه قرار گرفت. از بتن به عنوان بستر تثبیت نانو ذرات استفاده شد و انرژی تابشی به وسیله لامپ UV تامین شد. تاثیر پارامترها شامل غلظت ماده آلاینده، شدت تابش، مقدار ذرات ماده کاتالیست و PH مورد مطالعه قرار گرفت. در شرایط بهینه غلظت اولیه فنل 50 میلی گرم در لیتر فنل، میزان ماده کاتالیست برابر 80 گرم در متر مربع، PH برابر 11 و توان منبع تابش لامپ UV برابر 32 وات، بازده حذف سامانه پس از گذشت 5 ساعت بیش از 90 درصد بود.

سدیم سیانید به عنوان یک ماده بسیار سمی و در عین حال با ارزش در استخراج طلا و نقره به کار می رود. مقدار و اندازه جاذب، زمان جذب، PH و دمای محلول از پارامترهای مهم در جذب سیانید می باشند. در این پژوهش دو نوع تالک در دانه بندی های 45- میکرون (سفید)، (300-100) و (300-500) میکرون (صنعتی) مورد استفاده قرار گرفت. میزان بهینه تالک برای جذب سیانید در اندازه (45-)، (300-100) و (300-300) میکرون به ترتیب 20، 28 و 36 گرم در لیتر برآورد شد. PH بهینه برای هر سه اندازه حدود 9 تا 9.5 بود. زمان بهینه برای اندازه های (45-)، (300-100) و (500-300) میکرون به ترتیب برابر در 50، 30 و 40 دقیقه به دست آمد. سینتیک جذب در اندازه های (45-) و (500-300) میکرون از معادله درجه اول لاجرجن و برای اندازه های (300-100) میکرون به طور کامل از مدل درجه دوم پیروی می کند. آغشته کردن تالک با محلول آلومینیم کلرید باعث افزایش سطح مثبت آن شده و بازده جذب سیانید را نیز افزایش می دهد. بیشینه جذب در هر سه اندازه های بیشتر از مدل فروندلیچ پیروی می کند هر چند که میزان ضریب تبیین برای مدل لانگ مایر نیز برای ابعاد درشت زیاد است. درصد جذب سیانید در ابعاد (45-) میکرون نسبت به اندازه های (500-300) میکرون بیشتر و نسبت به اندازه های (300-100) میکرون کمتر می باشد.

تصفیه پساب های قوی دارای ترکیب های نیتروژن دار مانند شیرابه زباله یکی از کاربردهای فرایند اکسایش مرطوب با هوا (WAO) می باشد. هدف از این پژوهش تعیین راندمان روش اکسایش مرطوب با هوا در حذف آمونیاک از شیرابه زباله شهری اصفهان می باشد. شیرابه کارخانه کمپوست اصفهان که دارای ترکیب های نیتروژن دار فراوانی است با فرآیند اکسایش مرطوب با هوا در درجه گرمای بالا (100-300oC) و فشار (10bar) و تزریق اکسیژن ملکولی به عنوان اکسید کننده، تصفیه شد. نتیجه ها نشان داد که در دمای 300oC و زمان ماند 30 دقیقه راندمان حذف 54.6 NH3 درصد و راندمان تولید نیترات 58.9 درصد می باشد. در این شرایط بیشترین راندمان حذف آمونیاک و تولید نیترات وجود دارد. به طور کلی میانگین راندمان تولید NO3 در این فرایند 58.9-32.5 درصد می باشد. با افزایش دما، تجزیه بیشتر مواد آلی انجام شده و آمونیاک بیشتری تولید می شود. همچنین با افزایش دما و کاهش زمان ماند، اکسایش آمونیاک به نیترات افزایش یافته و نیترات تولید می شود. از این روش می توان به منظور پیش تصفیه پساب های صنعتی و شیرابه با مقدارهای بالای آمونیاک استفاده کرد.

کربن دی اکسید فوق بحرانی به عنوان حلال برای استخراج بسیاری از مواد استفاده می شود. با توجه به این قابلیت کربن دی اکسید، در این پژوهش نیز از این حلال برای بازیافت روغن موتور استفاده شد. مطالعه ها در بازه فشار 150-210 bar و بازه دمایی 35-65oC برای یافتن بیشترین بازده انجام شد.در این بازه فشار، تغییر فشار تاثیر زیادی بر بازده استخراج می گذارد و با افزایش آن، بازده جداسازی افزایش می یابد. در مقابل وقتی که دما در یک فشار معین افزایش می یابد، دانسیته کربن دی اکسید فوق بحرانی کاهش یافته در نتیجه حلالیت آن کاهش و از سویی ویسکوزیته روغن کاهش و انتقال جرم از روغن افزایش می یابد. با توجه به نتیجه های به دست آمده، شرایط عملیاتی بهینه برای دستیابی به بیشترین بازده بازیافت روغن، فشار 210bar و دمای 45oC است.

پژوهش حاضر بر مبنای بررسی عامل های موثر بر شکست امولسیون ها در میدان ایستای امواج فراصوت با شدت بالا اعمال شده، به صورت افقی انجام شده است. در این مطالعه سامانه مدل شامل امولسیون نفت خام سبک در آب مورد مطالعه قرار گرفت. نتیجه های آزمایش ها نشان دهنده این بود که موج های ایستای فراصوت قادر به شکست امولسیون ها و جداسازی فازهای اولیه بودند. با این حال راندمان جداسازی به شدت به پارامترهای گوناگون فرایند همچون شدت صدا، موقعیت قرارگیری امولسیون نسبت به منبع فراصوت و مدت زمان صدا دهی وابسته بود. همچنین مشخص شد که غلظت درصد فاز پراکنده و حضور نمک در امولسیون نیز بر سرعت خامه ای شدن امولسیون تاثیر دارد. مقایسه نتیجه های آزمایش ها موید این بود که بهترین حالت جداسازی برای شدت صدا دهی 45 درصد، نزدیک ترین فاصله به منبع فراصوتی (17.5 سانتی متر)، بیشترین زمان صدادهی (30 دقیقه)، حضور 5 درصد نمک سدیم کلرید در فرمول اولیه و برای امولسیون با غلظت نفت کمتر (5 درصد) می تواند صددرصد نفت امولسیون شده در آب را بازیافت نماید.

در این کار پژوهشی اسانس برگ گیاه Xanthogalum purpurascens Ave-Lall جمع آوری شده از شمال ایران، به روش تقطیر با آب استخراج شد و توسط دستگاه های GC و GC/MS مورد تجزیه و بررسی قرار گرفت. 62 ترکیب با درصد %91.2 شناسایی شدند، که از این میان 1,8-cineole (%17.59) بیشتر بوده است. سایر ترکیب هایی با درصد چشمگیر عبارتند از: cis-muurol-5-en-4-a-ol (%5.7)، neryl acetate (%5.3) و E-anethole (%5.2). ویژگی های ضد باکتریایی اسانس برگ گیاه X. purpurascens، به دو روش سنجش قطر هاله مهار رشد بر روی محیط کشت مولر- هینتون آگار و روش غلظت بازدارندگی کمینه در مقابل شش باکتری گرم مثبت و منفی اندازه گیری شد. اسانس برگ گیاه X. purpurascens، اثر ضد باکتریایی به نسبت خوبی، در مقابل باکتری Klebsiella pneumonia از خود نشان داد. در صورتی که این اسانس در مقابل دو باکتری گرم مثبت و منفی Bacillus anthracis و Pseudomonas aeruginosa بی اثر بوده است.

جنس Torilis از خانواده چتریان، Umbelliferae، در ایران 9 گونه گیاهی دارد. جنس Thecocarpusنیز از خانواده چتریان، در ایران یک گونه با نام T. meifolius دارد که بومی ایران می باشد. در این پژوهش، مواد تشکیل دهنده و خواص ضد باکتریایی دو گیاه Torilis leptophylla و Thecocarpus meifolius مورد بررسی قرار گرفت. در اسانس T.leptophylla، 63 ترکیب که در مجموع %92.14 از وزن کل اسانس را تشکیل می دادند شناسائی شدند. در میان آنها، اسپاتولنول (%15.74)، ترانس آلفا برگاموتن (%9.37) و ژرماکرن (%8.94) D عمده بودند. در اسانس گیاه T. meifolius نیز 41 ترکیب با درصد %90.5 شناسائی شدند و در این میان اسپاتولنول (%30.8)، کاریوفیلن اکسید (%8.9) و ژرماکرن (%6.0) D ترکیب های عمده بودند. ترکیب اسپاتولنول که به عنوان آفت کش مورد استفاده قرار می گیرد و دارای خواص ضد باکتریایی و ضد قارچی است و به عنوان ترکیب عمده در این دو گیاه شناسائی شد. فعالیت ضد باکتریایی این دو گیاه در مقایسه با جنتامایسین به عنوان استاندارد و به دو روش سنجش قطر هاله مهار رشد بر روی محیط کشت مولر هینتون آگار و روش غلظت بازدارندگی کمینه، اندازه گیری شد. اسانس این دو گیاه اثر ضعیفی بر روی باکتری های گرم مثبت از خود نشان داد.

پیش استخراج و بازیابی همی سلولزها پیش از انجام فرایندهای تهیه خمیرکاغذ، یکی از روش های تامین قند مورد استفاده در تولید سوخت و مواد شیمیایی است. در این پژوهش، پیش استخراج همی سلولزهای کاه گندم با آب داغ تا دستیابی به کاهش وزن حدود 10 درصد انجام گرفت. در فرایند پیش استخراج، از مایع پخت به دست آمده از هر مرحله به عنوان مایع پیش استخراج برای مرحله بعدی (تا سه توالی استخراج) استفاده شد. نتیجه ها نشان داد که خمیرسازی سودا-آنتراکینون پیش استخراج شده با شرایط ملایم تر و شدت کمتر، دما و زمان پایین تر، در مقایسه با کاه بدون پیش استخراج انجام می شود. بازده خمیرسازی کاه پیش استخراج شده بالاتر از خمیر شاهد بوده ولی بازده کل خمیر به دست آمده (بر اساس وزن اولیه کاه) در تیمارهای پیش استخراج کمتر بود. پاسخ به پالایش خمیر کاغذهای سودا-آنتراکینون کاه پیش استخراج شده، به دلیل کم شدن همی سلولزها نسبت به خمیرکاغذ شاهد پیش استخراج نشده ضعیف تر بوده و خمیرکاغذ به دست آمده از کاه پیش استخراج شده دارای مقاومت در برابر عبور هوا و شاخص مقاومت در برابر پاره شدن کمتر بود. اما تفاوتی بین شاخص مقاومت در برابر ترکیدن و کشش خمیر پیش استخراج شده با خمیر شاهد پیش استخراج نشده دیده نشد.

محدود بودن منابع طبیعی به ویژه در مورد سلولز که از گیاهان به دست می آید، باعث شده است تا پژوهش های بسیاری در زمینه منبع مناسب برای این ماده مهم انجام شود. در این رابطه تولید سلولز از روش های گوناگونی مورد ارزیابی قرار گرفته است. یکی از مهمترین روش های تولید این پلیمر زیستی که در چند دهه اخیر رشد چشمگیری را داشته است، استفاده از برخی گونه های باکتریایی است. سلولز باکتریایی از منبع کربوهیدراتی ساکاریدی تولید می شود. در این پژوهش، در مرحله اول لایه هایی از نانو الیاف سلولز باکتریایی از سه منبع ساکاریدی متفاوت (گلوکز، ساکاروز و لاکتوز) در محیط کشت ایستا تولید شد، سپس با استفاده از روش های اندازه گیری رطوبت بازیافتی، طیف سنجی فروسرخ، پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی (SEM)، ساختار نانو الیاف فیبریلی سلولزهای باکتریایی تولیدی بررسی و با ساختار دو لیف سلولزی (پنبه و ویسکوز) مقایسه شد. نتیجه ها نشان دادند که عرض نانو الیاف فیبریلی سلولزهای باکتریایی بدین روش کمتر از 100 نانومتر و درصد بلوری لایه های تولیدی از هر سه منبع نسبت به سلولز طبیعی موجود در پنبه کمتر (15-10%) و نسبت به سلولز بازیافتی موجود در ویسکوز بیشتر (13-9%) است. ساختار بلوری تمام سلولزهای باکتریایی تولیدی از نوع I بود. لیکن مقدار سلولز I آلفای آنها متفاوت بود. میزان رطوبت بازیافتی سلولز باکتریایی نیز نسبت به سلولز طبیعی پنبه مقدار بیشتر (5%) و نسبت به سلولز بازیافتی ویسکوز مقدار کمتر (3%) بود.