مهندسی شیمی ایران
سال:1402 | دوره:22 | شماره:130 |تعداد مقالات:9

کمبود منابع آب در سال های آتی به یکی از بزرگ ترین چالش­های جهانی تبدیل خواهدشد و به همین دلیل می باید از تمامی منابع آبی نامتعارف در دسترس استفاده کرد. تخلیۀ مایع صفر به عنوان یک سامانۀ نوظهور برای به حداقل رساندن پساب (به ویژه پساب­ های شور) و بیشینه کردن بازیابی منابع آب، در چند سال اخیر توجه پژوهشگران و واحدهای صنعتی را جلب کرده است. اگرچه، تبخیر حرارتی به عنوان روش متداول تخلیۀ مایع صفر شناخته شده است، در سالیان اخیر استفاده از فرایندهای غشایی متداول اسمز معکوس و فرایندهای جدید تقطیر غشایی، اسمز مستقیم و الکترودیالیز در ترکیب با روش­های حرارتی و بلورسازها جلب توجه کرده است تا با کاهش حجم پساب، شدت جریان ورودی به سامانه­های حرارتی کاهش یابد. در این مقاله، پس از معرفی اجمالی سامانه­های تخلیۀ مایع صفر حرارتی و غشایی، تحقیقاتی گسترده- که به منظور بهبود عملکرد و اقتصاد این سامانه­ها با استفاده از فرایندهای ترکیبی ازجمله ترکیب روش­های حرارتی- غشایی در دست انجام است- مرور شده است. با مقایسۀ عملکرد هر یک از آن ها، ظرفیت و محدودیت های این سامانه­ها بررسی شده است. اگرچه، استفاده از سامانه­های تخلیۀ مایع صفر باعث افزایش سرمایه ­گذاری اولیه و هزینه های عملیاتی و درنتیجه، قیمت آب تولیدی خواهدشد، ولی به دلیل کمبود منابع آبی در مناطقی با تنش آبی و نیز آثار مخرب زیست محیطی ناشی از تخلیۀ پساب­ ها، می ­توان انتظار داشت که در آیندۀ نزدیک به عنوان راهکاری ضروری برای مدیریت پایدار منابع آبی نامتعارف به بهره برداری برسد.

در این مقالۀ مروری ضرورت جداسازی گاز دی اکسیدکربن بیان و روش ­های جداسازی آن معرفی شده است. فناوری غشایی به عنوان روش مناسب در جداسازی دی اکسیدکربن مطرح است. از میان غشاها، غشاهای زئولیتی SSZ-13، Si-CHA، SAPO-34 و DD3R بهترین عملکرد را در جداسازی دی اکسیدکربن دارند. در این بین غشای DD3R بهترین هدف برای تحقیقات آتی است؛ ولی تشکیل حفره های غیرزئولیتی در غشاهای زئولیتی باعث کاهش عملکرد می­ شود. روش­ های رسوب ترکیبات کربن دار و ایجاد کک، استفاده از عامل­ های جفت­ شوندۀ سیلانی، رسوب شیمیایی در فاز بخار، رسوب شیمیایی در فاز مایع و غوطه ­وری مهم ترین روش های اصلاح غشاهای زئولیتی هستند. روش غوطه وری به علت سادگی فرایند و قابلیت استفاده برای طیف گسترده ­ای از مواد، روش مؤثری در اصلاح سطح است. از بین مواد مختلف مورد استفاده برای انجام عملیات اصلاح، بسپارها به دلیل فرایند­پذیری مطلوب، عملکرد مناسبی داشته ­اند. از بین بسپارها، پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) عملکرد بهتری در اصلاح لایه ­های زئولیتی نشان داده و توانسته عملکرد غشای زئولیتی DD3R را به طور چشم گیری افزایش دهد. مهم ترین عوامل مؤثر بر فرایند اصلاح سطح غشاهای زئولیتی با روش غوطه وری شامل دمای انتقال شیشه ای بسپار (Tg)، خاصیت اتصال عرضی، نوع حلال و دمای انحلال، غلظت محلول بسپاری، عبوردهی و انتخابگری مادۀ بسپاری نسبت به گازهای مورد نظر است. بررسی این متغیرها نشان می­ دهد که بسپارهای پلاستیکی ازجمله سلولز استات (CA)، پلی کربنات (PC) و بسپار ترموپلاستیک الاستومر پلی اتر بلاک آمید (PEBA) به عنوان بسپار مؤثر بر اصلاح سطح غشاهای زئولیتی با هدف جداسازی دی­اکسیدکربن هستند.

آسایش حرارتی، یکی از مشخصه های مهم و مؤثر بر سلامتی و کارایی بدن انسان است که منسوجات در تأمین این مشخصه نقش به سزایی دارند. در این راستا منسوجات مهندسی شدۀ بسیاری با تنظیم سازوکار های مختلف حرارتی پیشنهاد شده است. در مطالعۀ حاضر، پیشرفت های اخیر در زمینۀ کنترل فعال و غیر فعال دما (منسوجات گرم کننده، سردکننده و دوحالته) با تأکید بر سازوکار مؤثر بر انتقال حرارت در منسوج مورد نظر،بیان شده است. درپایان، روش های به کار گرفته شده، مقایسه و به چالش ها و فرصت های موجود در این زمینه اشاره شده است.

تاکنون روش ­های مختلف شیمیایی (اکسایش و تخریب الکتروشیمیایی)، بیولوژیکی (حذف با زیست تودۀ میکروبی و سامانه ­های بی­ هوازی) و فیزیکی (مانند جذب سطحی و مبادلۀ یونی) برای حذف رنگ ها به عنوان یکی از مهم­ترین آلاینده ­های آب پیشنهاد شده که در این مطالعه روش کاویتاسیون هیدرودینامیک (ایجاد حباب در یک مایع) به عنوان روشی نوین انتخاب شده است. از ویژگی های بارز این روش می­توان به بی نیازی از استفادۀ مواد شیمیایی، مصرف انرژی کم و قابلیت ترکیب آسان با سایر روش­های حذف رنگ اشاره کرد. بررسی پیشینۀ مطالعات پژوهشی درزمینۀ حذف رنگ با استفاده از ترکیب فرایند کاویتاسیون هیدرودینامیک با سایر فرایندهای اکسایش پیشرفته نشان داد که اغلب از اوریفیس و ونتوری برای تولید حباب در سامانه استفاده و در مدت زمان کمتر از حباب­ ساز، فشار ورودی، دمای عملیاتی، pH و خواص مایع مانند فشار بخار، گران روی و 2h و در شرایط بهینۀ عملیاتی بیش از 80% از رنگ حذف شده است. عواملی مانند شکل هندسی کشش سطحی بر فرایند تصفیه مؤثر هستند. نتایج کارهای پیشین بیانگر بازدهی بسیار مناسب این روش در ترکیب با سایر فرایندها و روش­ها مانند فنتون، فتوکاتالیستی، ازن­دهی، هوادهی و حضور انواع یون­های فلزی و غیرفلزی در محیط واکنش است. هم چنین انعطاف­پذیری در طراحی و ترکیب با سایر فرایندهای اکسایش پیشرفته بسته به هدف و نیاز محل کاربرد از دیگر برتری های اصلی و مهم برای جای گزینی این روش با روش­های مرسوم امروزی در آیندۀ نزدیک است.

آلودگی آب و خاک با یون­های فلزی سنگین برای محیط زیست و سلامتی بشر خطرها و تهدیدهای جدی ایجاد می­ کند؛ لذا یافتن راهکاری مؤثر برای حذف این فلزها بسیار مهم است. در پژوهش حاضر، ابتدا نانوذرات مغناطیسی عامل دارشدۀ سطحی با N-فسفونومتیل آمینو دی استیک اسید سنتز و سپس خصوصیات این نانوذرات شناسایی شدند. سپس عملکرد این نانوجاذب سنتزی در حذف یون­های نیکل (II)، سرب (II) و وانادیوم (V) از محلول­های آبی با بررسی مشخصه های مختلف هم چون مقدار جاذب، اثر زمان تماس بر میزان جذب و اثر pH ارزیابی شد. نتایج نشان می­د­هد که با افزایش میزان pH، بازده جذب افزایش­ می یابد و بهترین عملکرد جاذب در فرایند جذبی یون­های نیکل (II)، وانادیوم (V) در 7-6=pH و سرب (II) در 5/5-5=pH مشاهده شد. ایزوترم­های جذب یون­های فلزی با مدل­های لانگمویر و فرندلیچ، بررسی و ارزیابی شد. علاوه بر این قابلیت بازیافت و بازاستفادۀ جاذب نشان می­دهد که این جاذب به­راحتی با به کارگیری یک مگنت مغناطیسی قابل جداسازی و بدون کاهش جدی در فعالیت قابل استفاده در چرخه­های متوالی جذب- واجذب یون های فلزی است. ظرفیت جذبی عالی به دلیل گروه­های کربوکسیلیک اسید و هترواتمی سطحی، به کارگیری از مقادیر کم جاذب به منظور بیشینۀ ظرفیت جذب، آسانی سنتز، عملکرد جذبی در دمای محیط، قابلیت بازیافت و استفادۀ مجدد از ویژگی های بارز نانوجاذب سنتزی است.

در این مطالعه، شبیه سازی استخراج مایع- مایع روی با استفاده از تری فلوئورو استیل استون به عنوان حلال در تماس دهندۀ غشایی فیبر توخالی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی انجام شد. معادلات موازنۀ جرم و مومنتوم (ناویر- استوکس) برای بیان انتقال املاح روی به وسیلۀ تماس دهنده غشایی استفاده شدند. پس از اعمال شرایط، معادلات حاکم با استفاده از روش المان محدود شبیه سازی شدند. پس از اعتبارسنجی نتایج، شبیه سازی برای مطالعۀ توزیع غلظت روی به صورت دو­بعدی و سه­بعدی و هم چنین بررسی اثر مؤلفه های مختلف مانند ضریب توزیع و شدت جریان بر بازده استخراج انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش ضریب توزیع از 1 به 10، میزان استخراج یک­بار گذر از 10 به 100 درصد افزایش پیدا کرد. هم چنین راندمان استخراج در جریان ناهمسوی لوله و پوسته نسبت به جریان همسو 9 درصد بیشتر است. علاوه بر این، با بررسی نتایج می ­توان به این نتیجه دست یافت که دینامیک سیالات محاسباتی می تواند به عنوان یک ابزار مؤثر برای توسعۀ فرایندهای استخراج مبتنی بر غشا، استفاده شود.

تزریق آب داغ همواره یکی از سازوکارهای رایج در افزایش میزان بازیابی نفت از مخازن است؛ اما امروزه از روش های نوین ازدیاد برداشت برای بازیافت نفت استفاده می شود که یکی از این روش ها، سیلاب زنی محلول های بسپاری درون مخازن است. هدف از این تحقیق، بررسی فرایند بهبود بازیافت نفت گران رو با تزریق آب مقطر و محلول بسپاری پلی آکریل آمید از یک محیط متخلخل دو بعدی به صورت تجربی است. برای مطالعۀ الگوهای جریان حین تزریق سیال پایه و محلول بسپاری، تزریق سیالات جابه جاکننده در دبی ثابت 4mL/min انجام گرفت. هم چنین، برای بررسی اثر دمای سیال تزریقی در جابه جایی سیال- سیال و بهبود بازده بازیابی نفت، سیالات جابه جاکننده در دما­های 25 و 90 درجه سلسیوس تزریق شدند. نتایج مطالعۀ حاضر نشان داد که با افزودن پلی آکریل آمید به آب، گران روی سیال جابه جاکننده به میزان قابل توجهی افزایش پیدا کرده که منجربه افزایش عدد مویینگی شده و این امر سبب بهبود بازیافت نفت تا 2/65% هنگام تزریق محلول پلی آکریل آمید 5000 پی پی ام در دمای محیط می شود. هم چنین، افزایش دما با کاهش نسبت تحرک پذیری سیالات جابه جاشونده و جابه جاکننده، میزان برداشت نفت با تزریق محلول بسپاری 5000 پی پی ام تا 4/66% افزایش پیدا می کند که این مقدار، بیشترین میزان بازیافت نفت پایه با تزریق سیالات جابه جاکننده در مطالعۀ حاضر است.

در این مقاله، فرایند ریفورمینگ متانول با بخار آب در یک میکروراکتور و براساس داده ­­های سینتیکی گزارش شده در منابع شبیه ­سازی شده است. در ابتدا با استفاده از داده ­های تجربی موجود، میزان دقت شبیه ­سازی بررسی شد که توافق خوبی بین داده های تجربی و نتایج شبیه ­سازی مشاهده شد. در ادامه ایدۀ یک پارچه ­سازی واکنش ­های احتراق و ریفورمینگ و استفاده از گازهای احتراق به عنوان خوراک بخش ریفورمینگ ارزیابی شد. نتایج شبیه ­سازی نشان داد که با استفاده از این روش امکان دست یابی به محصول با خلوص بیش­ از 60 درصـد هیـدروژن و مقدار CO کمتر از 2 درصد وجود دارد. اثر دمای راکتور و زمان اقامت متانول بر کارکرد میکروراکتور بررسی و نشان داده شد که با افزایش هریک از این مشخصه ها درصد تبدیل متانول افزایش می ­یابد. هم­چنین نشان داده شد که افزودن مقداری آب به خوراک ورودی سبب کاهش میزان CO تولیدی خواهد شد.

پروپیلن یک مادۀ استراتژیک برای تولید محصولات گوناگون مانند پلی پروپیلن، پلی اکریلونیتریل، آکرولئین و آکریلیک اسید است. پیش تر پروپیلن عمدتاً از روش کراکینگ کاتالیستی سیال و کراکینگ با بخار تولید می شد. باتوجه به رشد چشم گیر تقاضا برای پروپیلن، تولید پروپیلن از روش هیدروژن زدایی مستقیم پروپان، نظر صنایع را به طور جدی به خود جلب کرده است. فرایند هیدروژن زدایی پروپان را شرکت های گوناگونی تجاری کرده اند و مهم ترین تفاوت در بین فناوری های مختلف، نوع راکتور و کاتالیست استفاده شده در فرایند است. کاتالیست های مبتنی بر پلاتین از پر استفاده ترین کاتالیست­ها در این فناوری است و به سبب قیمت بالای آن، در کاتالیست های نسل جدید سعی شده است که کمترین میزان پلاتین در کاتالیست به کار برده شود، لذا این مقاله بر آن است که در ابتدا به طور کلی به فرایند هیدروژن زدایی پروپان و تبدیل آن به پروپیلن بپردازد، سپس کاتالیست های مبتنی بر پلاتین را از لحاظ جایگاه های فعال، پایه های مورد استفاده و انواع ارتقادهنده­ها، برای افزایش بازدهی بررسی کند. در خاتمه، اختراع های مربوط به تولید کاتالیست های مبتنی بر پلاتین تشرکت UOP جمع آوری و بررسی شده است.