شیمی و مهندسی شیمی ایران
سال:1395 | دوره:35 | شماره:1 |تعداد مقالات:15

یکی از عامل های موثر در بازدهی فرایند فلوتاسیون، توزیع ابعادی حباب ها می باشد. توزیع اندازه حباب ها بر سه مرحله برخورد، چسبیدن و جدایش ذره/ حباب موثر می باشد. در این پژوهش، توزیع اندزه حباب های تولید شده در یک سلول فلوتاسیون مکانیکی آزمایشگاهی، با روش مستقیم آنالیز تصویری اندازه گیری شد. افزون بر اندازه گیری ابعاد، پارامترهای موثر بر توزیع اندازه حباب ها شامل غلظت کف ساز، pH و دما نیز مورد بررسی قرار گرفتند. برای نمونه برداری و عکس برداری از حباب ها، دستگاه نمایشگر حباب شامل محفظه نمایش و لوله نمونه گیر، ساخته شد. پس از عکس برداری از حباب ها، تصویرها توسط نرم افزار Image J Ver. 1.44 پردازش شدند. برای کاهش تعداد حباب ها در محفظه عکس برداری و کمینه کردن همپوشانی آن ها، قطر لوله نمونه گیر تا حد امکان کوچک انتخاب شد. با پوشاندن وجه های جانبی محفظه نمایش، از ورود نور به محفظه عکس برداری از طریق این صفحه ها جلوگیری شده و کیفیت تصویرها بهبود یافت. همچنین، با تنظیم عمق میدان عکس برداری و با استفاده از لنز مناسب، مشکل های موجود در مطالعه های پیشین مانند همپوشانی حباب ها در تصویرها و خطای ناشی از پرسپکتیو برطرف شدند. به منظور کمینه کردن انحراف معیار اندازه گیری ابعاد حباب ها، در هر آزمایش 200 عکس از حباب ها گرفته شد و تعدادی از آن ها به صورت تصادفی برای پردازش انتخاب شدند. بررسی اثر کف ساز بر توزیع اندازه حباب ها نشان داد که با افزایش غلظت کف ساز از 10ppm به 60ppm قطر ساتر حباب ها (d32) از 910 میکرون به 706 میکرون کاهش یافت. همچنین، نتیجه ها نشان داد که با افزایش مقدار  pHاز 4 به 10.4، همزمان با افزایش مقدار مطلق پتانسیل زتا، d32 حباب ها از 1020 میکرومتر به 754 میکرومتر کاهش یافت و منحنی توزیع اندازه حباب ها به توزیع نرمال نزدیک تر شد. بررسی اثر دما بر توزیع ابعادی حباب ها نشان دهنده افزایش قطر ساتر حباب ها از 611 میکرومتر به 830 میکرومتر با افزایش دمای محلول از 10 درجه سلسیوس به 47 درجه سلسیوس می باشد.

از مهم ترین آلاینده های محیط زیست که در پساپ صنایع پتروشیمی، آبکاری و نیز شهرک های صنعتی وجود دارد، حضور همزمان فلزهای سنگین و ترکیب های آلی (از جمله فنل و کادمیوم) می باشد که برای محیط زیست و انسان زیان آور هستند. بنابراین هدف اصلی از انجام این پژوهش بررسی کارایی فرایند فتوکاتالیستی نانوذره های روی اکسید در حذف کادمیوم دو ظرفیتی از محیط های آبی در حضور فنل و فرمات در سامانه ناپیوسته می باشد. ابتدا ساخت راکتور صورت گرفت. برای بررسی نقش فرایند جذب، محلول به مدت 30 دقیقه در تاریکی به تعادل رسید. سپس در حضور نور UV، تاثیر پارامترهای گوناگون بررسی شد. به این ترتیب که، ابتدا با تغییر pH محیط و ثابت نگه داشتن دیگر عامل های موثر، مقدار pH بهینه به دست آمد. سپس، تاثیر میزان نانو ذره ها، غلظت کادمیوم، زمان مواجهه و حضور فنل و فرمات، بر کارایی حذف هر یک از آن ها، بررسی شد. هرچند با افزایش pH راندمان حذف کادمیوم افزایش می یابد اما به منظور حفظ کادمیوم به شکل محلول در نمونه، از  pH=7در آزمایش ها استفاده شد. با افزایش زمان مواجهه، راندمان حذف افزایش یافت و میزان بهینه نانو ذره ها برابر با 2g/L به دست آمد. همچنین راندمان حذف با افزایش غلظت کادمیوم کاهش یافت. مشخص شد که حضور فنل و فرمات سبب افزایش کارایی حذف کادمیوم می شود. در مجموع نتیجه های به دست آمده از انجام آزمایش ها مشخص کرد که می توان از فرایند UV/ZnO به عنوان یک روش موثر برای حذف کادمیوم در حضور فنل و فرمات استفاده کرد.

در این مطالعه، از پوسته برنج خام به عنوان جاذب برای حذف نفت خام از محیط آبی استفاده شده است. ویژگی های جاذب به کمک آنالیز عنصری (CHNS)، دستگاه پلاسمای جفت شده القایی (ICP-OES)، پرتو سنجی فروسرخ تبدیل فوریه(FT-IR)  و میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)  تعیین شد. میزان جذب نفت به روش وزنی تعیین شد. اثر پارامترهای گوناگون موثر بر جذب شامل زمان تماس، دانه بندی، غلظت اولیه ترکیب نفتی و میزان جاذب بررسی شد. نتیجه ها نشان داد سرعت جذب نفت خام زیاد بوده و از معادله سینتیک شبه مرتبه دوم پیروی می کند. با کاهش اندازه ذره پوسته برنج خام، درصد جذب از 50% به حدود 30% کاهش یافت. همچنین جذب نفت خام بر روی پوسته برنج با مدل فروندلیچ برازش بهتری داشت. بیش ترین جذب نفت خام در محیط آبی توسط پوسته برنج خام در شرایط بهینه حدود 55% بود.

یافتن جاذب مناسب برای حذف یک رنگ که نسبت به سایر جاذب ها ظرفیت بالاتر داشته باشد و رنگ بیش تری را جذب کند و نیز تعیین شرایط بهینه در استفاده از آن جاذب برای کارخانه های نساجی و محیط زیست از اهمیت ویژه ای برخوردار است. هدف از این مطالعه بررسی و بهینه سازی جذب رنگ کاتیونیآسترازون آبی (Astrazon blue) از آب با استفاده از جاذب کوپلیمر سولفونه شده استایرن- دی وینیل بنزن می باشد. در این مطالعه مقدار متغیرهای زمان، مقدار جاذب و غلظت رنگ در محلول با روش طراحی آزمایش، بهینه شدند. به این منظور تعداد 15 آزمایش با روش پاسخ سطحی (RSM) و استفاده از طراحی باکس بنکن (Box-Behnken) توسط نرم افزار Design Expert 7.0.0 Trial طراحی شد که سه عامل زمان، میزان جاذب و غلظت محلول در سه سطح (1+، 0، 1-) همراه با سه نقطه مرکز انتخاب شد. در هر آزمایش میزان مشخصی از جاذب در 10 میلی لیتر محلول دارای رنگ کاتیونی قرار داده شد و میزان جذب رنگ در محلول اندازه گیری شد. نتیجه ها نشان داد که زمان، مقدار جاذب و غلظت محلول پارامترهای تاثیرگذار بوده و مقدارهای بهینه برای این متغیرها با استفاده از منحنی های مربوطه نشان داده شد. بیش ترین درصد حذف در این آزمایش ها 98% و بیش ترین ظرفیت جذب 251 میلی گرم بر گرم جاذب بود. این پژوهش نشان داد که جاذب مورد نظر به دلیل درصد حذف و ظرفیت بالا برای جذب رنگ کاتیونی آسترازون آبی می تواند جاذب مناسبی باشد.

اقتصادی و تجاری شدن تولید سوخت زیستی از میکروجلبک ها نیازمند حل برخی مشکل های پیش روی آن می باشد. یکی از کلیدی ترین و پرهزینه ترین مرحله های آن، جداسازی میکروجلبک از محیط کشت می باشد. در این پژوهش ابتدا به بررسی این مشکل و ارایه روش های گوناگون جداسازی زیست توده از محیط کشت پرداخته شد و سپس از بین روش ها به دلیل سادگی و قابلیت صنعتی شدن، روش انعقاد ـ فلوکولاسیون الکتریکی (EC) برای رفع مشکل انتخاب شد. شرایط بهینه و اثر پارامترهای شدت جریان الکتریکی، زمان ماند و pH محلول اولیه بر میزان جداسازی میکروجلبک ها از محیط کشت و میزان هزینه عملیاتی بررسی شد و از آنجا که EC، اغلب به عنوان جانشین انعقاد شیمیایی (CC) معرفی می شود، در ادامه عملکرد  CCدر حذف میکروجلبک ها نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. نتیجه های به دست آمده از بهینه سازی نشان داد که با اعمال شدت جریان الکتریکی1.6mA/cm ، به مدت 17.65 دقیقه درصد جداسازی بسیار دلخواهی (%96.8) با کم ترین هزینه قابل دستیابی است. همچنین برای دستیابی به چنین درصد حذفی نیازی به تنظیم  pHنیست. از سوی دیگر، نتیجه های آزمایش های CC نشان داد که با استفاده از آلوم به عنوان منعقد کننده، غلظت بهینه منعقد کننده برابر با 450mg/L و بهترین  pHبرابر با 8 می باشد. در این شرایط درصد حذف جلبک به حدود 85% می رسد. روی هم رفته این پژوهش نشان دهنده آن است که EC یک فرایند کارا و قابل اطمینان برای جداسازی میکرو جلبک ها از آب است. EC نسبت به فرایند انعقاد شیمیایی منعطف تر، پربازده تر و کم هزینه تر است، و البته بایدبه همه این برتری ها، سادگی فرایند و نیاز نداشتن به تجهیزات پیچیده را نیز افزود.

در این پژوهش، ترسیب منیزیم هیدروکسید با خلوص بالا از Tachyhydrite مورد بررسی قرار گرفت. Tachyhydrite ماده معدنی ناپایدار، با فرمول شیمیایی 2MgCl2CaCl212H2O، جزء کمیاب در رسوبات باقی مانده از تبخیر آب دریا و شورآبه ها می باشد که می تواند ماده اولیه مناسبی برای تهیه منیزیم هیدروکسید باشد. دراین پژوهش روشی اتخاذ شد که ازیک سو تولید انبوه فرآورده مقرون به صرفه بوده و از سوی دیگر درصد خلوص آن بیش از 99 درصد بوده و میزان کلسیم موجود در آن زیر حد مجاز باشد. برای این منظور دوغاب کلسیم هیدروکسید به محلولTachyhydrite در آب اضافه شد. به منظور لخته سازی از پلی الکترولیت آنیونی استفاده شد. این بررسی نشان داد که تهیه منیزیم هیدروکسید با خلوص بالای 99 درصد با بهینه سازی شرایط از جمله میزان غلظت منیزیم در محلول، چگونگی افزایش دوغاب در طول زمان واکنش، دمای واکنش و pH محلول، امکان پذیر است.

در این مطالعه، مدل سازی جداسازی نیتروژن و متان در یک مدول غشایی پیچشی انجام شده است. برای این کار، ساده سازی هایی صورت گرفته است که همراه با حذف پیچیدگی های غیرضروری و ساده سازی مدل، از دقت آن نکاسته و باعث شده است که این مدل به عنوان یک مدل کاربردی بسیار مفید باشد. برای این منظور از یک روش مدل سازی تقریبی ارایه شده برای غشاهای پیچشی، به منظور بررسی اثرهای افزایش سطح غشا و پارامترهای گاز خوراک (مانند شدت جریان، غلظت و فشار) بر جداسازی  N2/CH4استفاده شده است. نتیجه ها نشان داد تغییر مقدار جریان، غلظت و فشار خوراک و سطح غشا، بسته به نوع گزینش گری غشا می تواند باعث بهبود و یا افت میزان بازیافت و غلظت متان در جریان فرآورده شود. از سوی دیگر مشخص شد که افزایش سطح غشا باعث افزایش میزان بازیافت متان در غشاهای گزینش گر متان شده و در غشاهای گزینش گر نیتروژن آن را کاهش می دهد. افزون بر این، با افزایش سطح غشا، غلظت متان در جریان فرآورده در غشاهای گزینش گر متان کاهش یافته درحالی که این مقدار در غشاهای گزینش گر نیتروژن افزایش می یابد. بنابراین نیاز است که بین میزان بازیافت متان و غلظت آن در جریان فرآورده تعادل برقرار شود.

در این پژوهش، از سه ماده پلیمری فعال سطحیPVA ، P123 و PEG برای ساخت منیزیم اکسید در شرایط به طور کامل یکسان با روش هم رسوبی استفاده شده است. نمونه های تهیه شده با روش های XRD،BET  و SEM مورد ارزیابی قرار گرفته اند. نتیجه ها نشان می دهد که ماده فعال سطحی اثر مثبتی بر روی مساحت سطح و اندازه حفره های منیزیم اکسید دارد. منیزیم اکسید تهیه شده با ماده فعال سطحی PVA بیش ترین سطح را در میان نمونه های تهیه شده دارد. کاتالیست %10 Ni روی پایه منیزیم اکسید تهیه شده با سه ماده فعال سطحی PVA، P123  و PEG در فرایند ریفرمینگ خشک متان مورد ارزیابی راکتوری قرار گرفتند. همه نمونه ها پایداری مناسبی در مدت زمان بررسی 300 دقیقه داشتند و نتیجه ها نشان داد که کاتالیست نیکل بر پایه منیزیم اکسید تهیه شده با P123 بیش ترین فعالیت را در فرایند ریفرمینگ خشک متان دارد.

در این مقاله غیرفعال شدن کاتالیست پالادیم ـ نقره بر پایه آلومینا در هیدروژناسیون انتخابی استیلن بررسی شده است. بدین منظور از مدل سینتیکی گودینز و داده های تجربی به دست آمده از بررسی عملکرد کاتالیست صنعتی استفاده شده است. با فرض درجه مناسب برای غیرفعال شدن، ثابت سینتیکی غیرفعال شدن کاتالیست محاسبه و روند تغییر فعالیت با زمان برای واکنش اصلی و جانبی بررسی شده است. با فرض درجه اول و دوم برای غیرفعال شدن، کاهش فعالیت به ترتیب 90 و 1 درصد به دست آمده است. در مورد بیش تر بودن افت فعالیت و مقدار ثابت غیرفعال شدن واکنش جانبی با پیش بینی غیرفعال شدن درجه اول نسبت به غیرفعال شدن درجه دوم می توان گفت کاهش درجه، موجب تسریع غیرفعال شدن بوده است. بنابراین با توجه به افت فعالیت شدید واکنش جانبی با فرض درجه اول، درجه دوم برای غیرفعال شدن به جهت بهبود افت فعالیت پیشنهاد شده است. همچنین در این مقاله اثر افزایش دما بر افت فعالیت واکنش تبدیل استیلن بررسی شده است.

در چند دهه گذشته علاقمندی به پژوهش و استفاده از نانوفیبر سلولزی به طور چشمگیری افزایش یافته است. بنابراین اصلاح سطح نانوفیبر سلولزی به صورت شیمیایی می تواند با ایجاد ویژگی جدید و یا بهبود ویژگی های آنبا حفظ ویژگی های ذاتی نانوفیبر کاربردهای جدیدی را برای آن معرفی کند. در این پژوهش به منظور افزایش پایداری گرمایی نانوفیبر سلولزی، سیانواتیلاسیون توسط پیوندزنی با آکریلونیتریل در دمای 60oC و در شرایط قلیایی انجام شد. پس از تعیین میزان نیتروژن با روش کجدال درجه استخلاف نمونه های سیانو اتیل دار محاسبه شد. افزون بر این ساختار شیمیایی نانوفیبر سلولزی اصلاح شده توسط پرتو بینی FT-IR و آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) شناسایی شد. سپس پایداری گرمایی نانوفیبر سلولزی اصلاح شده با استفاده از آنالیز گرمایی وزن سنجی (TGA) در سه رژیم دمایی10oC/min ، 15oC/min و 20oC/min در جو نیتروژن ارزیابی شد. منحنی های مشتق (DTG) TG با استفاده از داده هایTGA رسم شدند و با توجه به داده های تجربی، انرژی فعال سازی محاسبه شد. نتیجه های اندازه گیری میزان نیتروژن، دستیابی به درجه استخلاف 0.87 را در شرایط واکنش نشان دادند. همچنین سیانواتیلاسیون نمونه ها با تحلیل پرتوهای FT-IR و مقایسه آن با پرتو نمونه شاهد و آشکارسازی نوار جذب در 2250cm-1 منتسب به گروه های نیتریل تایید شد. بررسی ساختار نانو فیبر سلولزی سیانواتیل دار شده با روش پراش پرتو ایکس، کاهش بلورینگی آن را در اثر سیانواتیلاسیون تایید کرد. نتیجه های مطالعه های  TGAنیز پایداری گرمایی بیش تر نانوفیبر سلولزی سیانواتیل دار شده را در مقایسه با نمونه اصلاح نشده نشان دادند. همچنین تجزیه گرمایی نمونه های اصلاح نشده و سیانواتیل دار شده هر دو طی یک مرحله رخ داد و با زیاد شدن نرخ گرما دهی افزایش پیدا کرد. همچنین انرژی فعال سازی کمتری برای نانوفیبر سلولزی سیانواتیل دار شده در مقایسه با نانوفیبر سلولزی اصلاح نشده دیده شد. به طور کلی به نظر می رسد که پیوند زنی آکریلونیتریل به نانوفیبر سلولزی می تواند به واسطه بهبود پایداری گرمایی و ایفاینقش به عنوان نرم کننده درونی و بهبود ویژگی های ترموپلاستیکی، استفاده از آن را در کاربردهای خاص توسعه دهد.

در این پژوهش غشاهای تبادل کاتیونی ناهمگن بر پایه پلی وینیل کلرید با استفاده از حلال تتراهیدروفوران و پودر ذره های رزین تهیه شد. غشاهای مورد نظر با استفاده از روش قالب گیری محلول پلیمری ساخته شدند. در ابتدا اثر سولفوناسیون پلیمر پایه غشا و میزان غلظت آن در ساختار غشا، بر ویژگی های الکتروشیمیایی غشاها مورد بررسی قرار گرفت. سپس نمونه بهینه با استفاده از نانو ذره های اکسید آهن- نیکل، دوباره مورد اصلاح قرار گرفت. نتیجه های به دست آمده نشان می دهد که افزایش میزان غلظت پلیمر سولفونه شده در ساختمان غشاها سبب افزایش میزان آب آن (از %29.4 به %35.1) و ظرفیت تبادل یونی (از 2.7 به 3.2) شده است. همچنین غشاهای تهیه شده عدد انتقالی و انتخاب پذیری مناسبی به ترتیب در بازه 93% ـ 91% و 89% ـ 85% از خود نشان دادند. میزان شار یونی غشاها، با افزایش میزان غلظت پلیمر سولفونه شده (تا 80 درصد وزنی) روند افزایشی داشت و سپس با افزایش بیش تر میزان غلظت پلیمر سولفونه شده از 80 تا 100 درصد وزنی به آرامی کاهش یافت. مقاومت الکتریکی غشاها نیز با افزایش میزان غلظت پلیمر عامل دار شده در بدنه غشا به میزان %27.6 کاهش یافت. همچنین استفاده از نانو ذره های آهن اکسید ـ نیکل در ساختار غشاها، سبب بهبود عملکرد آنها به صورت چشمگیری شد. غشاهای اصلاح شده نانو کامپوزیتی ویژگی های جداسازی بهتری در مقایسه با نمونه اصلاح نشده از خود نشان دادند. مطالعه ها صورت پذیرفته برای صنایع الکترو ـ غشایی به ویژه الکترودیالیز کاربری داشتهو می تواند برای بهبود و افزایش میزان عملکرد سامانه ها مورد استفاده قرار گیرد.

سه نمونه تیتانیم دی اکسید تجاری موجود در بازار در اندازه نانو، به منظور استفاده در فرمولاسیون کرم های ضدآفتاب و بررسی نقش آن در ویژگی های مرتبط با عملکرد ضدآفتاب، یعنی SPF،UVAPF  و طول موج بحرانی(λc)  انتخاب شد. سپس اندازه ذره های این نمونه ها با روش اسپکتروسکوپی همبستگی فوتون تعیین و مشخص شد که با اندازه ذره های اعلام شده در برچسب آن ها تفاوت زیادی دارد. درنتیجه با استفاده از روش های آسیاب کردن و یکنواخت کردن در زمان های گوناگون، اندازه ذره های اولیه کوچک تر شد و از این ذره ها در فرمولاسیون مرجع استفاده شد. سپس ویژگی های عملکردی هر فرمولاسیون با روش های استاندارد تعیین شد. برای هر فرمولاسیون، دو پارامتر مهم شامل pH و غلظت تیتانیم دی اکسید در حالت های گوناگون و اثر این پارامترها بر عملکرد فرمولاسیون های کرم های ضدآفتاب مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه ها نشان می دهد که در بین روش های آماده سازی، استفاده از یکنواخت کننده فراصوت بهترین عملکرد (رساندن اندازه ذره ها به 142.6، 254.8 و 362.8 نانومتر برای هر نمونه در 15 دقیقه) و کم ترین زمان یکنواخت کردن (15 دقیقه) را برای تمام نمونه های تیتانیم دی اکسید دارد و از سه نمونه تیتانیم دی اکسید، نمونه ای که بدون اصلاح و یا پوشش است، کم ترین میزان تجمع ها را داشته و راحت تر از سایر نمونه ها کوچک تر شده است. به طور کلی فرمولاسیون های با کم ترین مقدارهای اندازه ذره ها، بیش ترین مقدار حفاظت در برابر آفتاب (SPF) را فراهم کرد و مشخص است که می توان با کمک تیتانیم دی اکسید به مقدارهای بالای SPF دست یافت.

در این مقاله توانایی معادله حالت مکعبی PRSV2 برای پیش بینی فشار تشکیل هیدرات مبردهای کلرودی فلورومتان (R22)، تری فلورومتان (R23)، دی فلورومتان (R32)، پنتافلورواتان (R125)، ،1 ،1 ،1 -2 تترافلورواتان (R134a)، 1، -1 دی فلورواتان (R152a) و کربن دی اکسید(R744)  در دما و فشارهای گوناگون در آب خالص مورد بررسی قرار گرفته است. برای محاسبه فوگاسیته اجزا در فازهای مایع و بخار، از روش j-j با استفاده از معادله حالت PRSV2 به همراه قانون اختلاط دو پارامتری مارگولس استفاده شده است. مدل ارایه شده برای فاز هیدرات بر اساس تساوی فوگاسیته آب در فازهای مایع و هیدرات می باشد. پارامترهای ثابت لانگمویر با استفاده از داده های تجربی تعادل سه فازی بخار ـ مایع ـ هیدرات به دست آمده اند. برای بهینه سازی پارامترهای موجود در مدل از الگوریتم نلدر ـ مید استفاده شده است. توافق قابل قبولی بین فشارهای پیش بینی شده توسط این مدل و داده های تجربی دیده شد. درصد میانگین خطای مطلق برای این مدل بین 0.24 درصد برای تری فلورومتان تا 1.34 درصد برای پنتافلورواتان می باشد.