پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
سال:1398 | دوره:3 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

در این مقاله، جاذب های مورد استفاده برای حذف یون سرب با استفاده از عملیات جذب سطحی مرور شده است. انواع جاذب های مورد استفاده برای حذف یون سرب، اصلاح خواص انجام شده روی آن ها، شرایط عملیاتی جذب، همدماها و ظرفیت جذب جاذب ها با مرور مقالات بررسی و مقایسه شده است. اصلاح جاذب ها به روش تلقیح گروه های عاملی نقش موثری در افزایش ظرفیت جذب دارد. pH محلول نقش مهمی در جذب یون سرب دارد و عموما با افزایش pH محلول، ظرفیت جذب افزایش می یابد. مدل همدمای لانگمویر تطابق بیشتری با داده های تعادلی جذب داشته است. در بین جاذب های مرور شده، جاذب های پایه کربنی مثل کربن فعال و اکسیدگرافن که توسط مواد شیمیایی مثل آمونیوم پرسولفات یا پلی آمین ها اصلاح شده اند، ظرفیت جذب بیشتری دارند. زیست توده ها نیز به علت فراوانی و قیمت ناچیز، قابلیت استفاده به عنوان جاذب یون سرب را دارند.

حذف سولفیدهیدروژن از آب ترش قبل از استفاده یا رها سازی آن در محیط زیست ضروری است. با توجه به هزینه بالا روش های متداول برای حذف آن، روش های زیستی به عنوان یک جایگزین مناسب برای حذف سولفید هیدروژن از آب ترش می تواند مورد استفاده قرار گیرد. حذف زیستی سولفیدهیدروژن از آب ترش در راکتور ناپیوسته و با استفاده از گونه تیوباسیلوس به عنوان گونه غالب در جامعه میکروبی، مورد بررسی قرار گرفت. مدلی مفهومی به منظور توصیف فرایند تجزیه زیستی سولفید توسعه داده شد. مدل، انتقال بین فازی اکسیژن و سولفیدهیدروژن، اکسایش زیستی سولفید به گوگرد عنصری و سولفات و همچنین اکسایش شیمیایی سولفید به تیوسولفات را در فاز مایع در نظر می گیرد. معادلات مورد استفاده در مدل با استفاده از مفاهیم بقای جرم و واکنش های زیستی استخراج شد. چندین آزمایش برای به دست آوردن مقادیر تجربی تغییرات غلظت پیش ماده (سوبسترا) و محصولات، نسبت به زمان انجام و کالیبره کردن مدل با استفاده از این داده های تجربی صورت گرفت. برای کالیبره کردن مدل از کمینه کردن اختلاف داده های تجربی و پیش بینی های مدل به وسیله روش بهینه سازی، ازدحام ذرات و حل هم زمان معادلات دیفرانسیل حاکم بر سامانه استفاده شد. آزمایش اضافه برای اعتبارسنجی مدل (استفاده نشده در کالیبره کردن مدل) انجام و نتایج آن با پیش بینی های مدل، مقایسه شد که نشان دهنده دقت بالای مدل ارائه شده بود. یکی از نوآوری های مدل در نظر گرفتن مسیرهای متفاوت برای اکسایش سولفیدهیدروژن است که در حقیقت مفهوم انتخاب پذیری محصول را در خود گنجانده است. یکی از مهم ترین مولفه ها در تعیین میزان فعالیت باکتری ها، نرخ ویژه مصرف اکسیژن است. مقدار تخمین زده شده برای این مولفه در تمامی آزمایش های اکسایش سولفیدهیدروژن، تقریبا ثابت و برابر با 16 (میلی گرم اکسیژن بر گرم زیست توده بر دقیقه) بود که نشان دهنده مستقل بودن این مولفه از غلظت ماده اولیه و باکتری است. نتایج به دست آمده نشان داد که باکتری ها بیشتر تمایل به اکسایش ناقص سولفیدهیدروژن به گوگرد را دارند؛ اگرچه میزان تمایل برای انتخاب مسیر اکسایش به میزان در دسترس بودن پیش ماده و اکسیژن محلول بستگی دارد. علاوه براین مشخص شد که باکتری ها قادر به اکسایش کل پیش ماده به گوگرد حتی در غلظت های بالای پیش ماده نیستند و در هر شرایط، بخشی از پیش ماده به سولفات تبدیل خواهد شد.

در سال های اخیر، به دلیل محدودیت منابع فسیلی و افزایش غیرمعمول قیمت محصولات پایه نفتی، تلاش های بسیاری در راستای بهره برداری صنعتی از چسب های مشتق از منابع طبیعی صورت گرفته است. اما استحکام چسبندگی این دسته از چسب ها نیازمند اصلاح است. در مطالعه جاری، استحکام برشی لب به لب پلیمر طبیعی صمغ پارسی (Persian gum، PG) تراوش شده از درخت بادام کوهی بر سه زیرآیند شیشه، پلی(اتیلن ترفتالات) و پارچه سلولزی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، به منظور تهیه چسب پودری اکریلیکی و ارزیابی چسبندگی آن بر زیرآیندهای مذکور، آلیاژسازی پراکنه صمغ با لاتکس کوپلیمر پلی(متیل متاکریلات-تصادفی-بوتیل اکریلات) با 30 درصد وزنی متیل متاکریلات (Poly(methyl methacrylate-co-butyl acrylate) with 30 wt. % methyl methacrylate، MBC30) انجام شد. برهم کنش های مولکولی PG، MBC30 و آلیاژ حاوی 50 درصد وزنی PG با طیف سنجی فروسرخ شناسایی گردید. همچنین مورفولوژی آلیاژهای حاوی مقادیر مختلف PG با استفاده از میکروسکوپی الکترونی روبشی از سطح مقطع شکست آن ها ارزیابی شد. مفصل سلولزی تهیه شده با پراکنه آبی PG استحکام برشی بالایی برابر با 340 کیلوپاسکال نشان داد؛ در حالی که PG به دلیل عدم توانایی تشکیل فیلم یکپارچه، تردی زیاد و عدم قابلیت نفوذ و درهم تنیدگی مکانیکی با زیرآیندهای شیشه ای و پلی استری، مفصل مناسبی تشکیل نداد. نتایج نشان داد که با افزودن 50 درصد وزنی PG به MBC30، علاوه بر امکان تهیه چسب پودری، استحکام برشی MBC30 بر زیرآیندهای گوناگون از قبیل شیشه، پلی(اتیلن ترفتالات) و پارچه به ترتیب 20، 11 و 14 برابر MBC30 خالص افزایش یافت. به عبارت دیگر، با تقویت برهم کنش اجزای سازنده چسب و در نتیجه افزایش هم چسبی (Cohesiveness) آمیزه از یک سو و افزایش چسبندگی آمیزه چسب با زیرآیند از سوی دیگر می توان استحکام برشی چسب را بهبود بخشید. در پژوهش حاضر، صمغ پارسی به عنوان عامل بازپراکنش چسب های فشار-حساس اکریلیکی در آب معرفی و سامانه های چسبی جدیدی با قابلیت استفاده در صنایع سلولزی ابداع شد.

حذف رنگ از پساب های صنعتی به خصوص کارخانه های نساجی و رنگرزی همواره از اقدامات مهم برای کنترل آلودگی آن ها است. استفاده از جاذب های پلیمری روش موثر در حذف رنگ از پساب صنعتی است. در این پژوهش طراحی و ساخت نوعی جاذب بر پایه پلی وینیل الکل (PVA) با قابلیت مناسب برای جذب رنگزای مالاکیت از پساب های صنعتی گزارش شده است. برای ساخت جاذب محلول %4 از PVA در حضور عامل اتصال عرضی %10 گلوتارآلدهید (GA) به ژل تبدیل شد. سپس با استفاده از پانچ به قطعات یکسان تقسیم شد. هیدروژل های پانچ شده درون خشک کن انجمادی متخلخل شدند. برای بهبود قابلیت جذب از نانوذرات گرافن و اکسید گرافن استفاده شد. میزان جذب زنگ زای مالاکیت توسط جاذب در زمان های مختلف اندازه گیری شد تا درصد بهینه هر یک از نانوذرات مشخص شود. همچنین تاثیر مولفه های زمان تماس جاذب و نور UV بر روی میزان جذب آلودگی مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت هم دماهای جذب و مطالعات ترمودینامیکی در دماهای مختلف بررسی گردید. نتایج درصد جذب آلودگی توسط جاذب PVA/گرافن در زمان های مختلف نشان داد %0. 5 میزان بهینه گرافن در ماتریس PVA است. این مقدار برای دی اکسید تیتانیوم معادل %3 وزنی بود. درصد جذب، توسط جاذب بهینه در شرایط تاریکی نشان داد که یک دقیقه بعد از اضافه کردن جاذب، میزان جذب آلودگی حدود %75 است که نشان دهنده قابلیت بالای این جاذب در جذب آلودگی مذکور بود. ساختار متخلخل جاذب توسط تصاویر SEM تایید گردید. با مقایسه ضریب همبستگی در هم دماهای لانگمویر و فروندلیچ مشخص شد هم دمای فروندلیچ مطابقت بهتری با یافته های این پژوهش دارد؛ به عبارت دیگر جذب رنگزای مالاکیت توسط جاذب ساخته شده به صورت چند لایه ای انجام شده است. مطالعات ترمودینامیکی نشان داد که با توجه به منفی بودن انرژی آزاد گیبس واکنش جذب رنگزای مالاکیت توسط جاذب ساخته شده خودبه خودی است.

در سالیان اخیر مطالعات زیادی در مورد استفاده از مواد فعال سطحی در زمینه افزایش برداشت از مخازن نفتی انجام شده است؛ ولی تا کنون تحقیقات اندکی در مورد مقایسه عملکرد مواد فعال سطحی زیستی و شیمیایی صورت گرفته است که عموما شامل مقایسه عملکرد ماده فعال سطحی زیستی با ماده فعال سطحی شیمیایی بوده و مطالعات جامعی در این زمینه انجام نشده است. لذا در این تحقیق کارایی انواع مواد فعال سطحی با تزریق در میکرومدل شیشه ای بررسی شد. با کشت سویه سودوموناس آئروژینوزا HAK01 در محیط کشت تخصصی، ماده فعال سطحی زیستی رامنولیپیدی تولید، جداسازی و شناسایی شد و پایداری آن در محیط شور بررسی گردید. سپس محلول این ماده به همراه محلول مواد فعال سطحی SDS، SDBS، CTAB و DTAB (در غلظت بحرانی میسل) در آزمون های سیلابزنی میکرومدل استفاده شدند. در این تحقیق برای نخستین بار کارایی رامنولیپید تولیدی در ازدیاد برداشت نفت بررسی شد. از آزمون های گرانروی، کشش سطحی و بین سطحی و همچنین آزمون زاویه تماس برای برررسی مکانیسم های حاکم بر فرایند استفاده شد. استفاده از مواد فعال سطحی فوق سبب افزایش میزان برداشت نفت در مقایسه با سیلاب زنی آب گردید. رامنولیپید، SDBS وSDS به ترتیب با 40%، 36% و 34% بازدهی، بیشترین میزان برداشت را به خود اختصاص دادند. رامنولیپید تولیدی با کاهش کشش سطحی آب بهmN/m 28 عملکرد بهتری در مقایسه با سایر مواد فعال سطحی داشت. همچنین این مواد سبب تغییر ترشوندگی از حالت نفت دوست به آب دوست شدند؛ به طوری که رامنولیپید با تغییر زاویه تماس از 106 به 6، 94. 3% تغییر، بهترین عملکرد را در بین مواد فعال سطحی فوق داشت. SDBS، SDS، CTAB و DTAB به ترتیب با 92. 7%، 92. 0%، 88. 9% و86. 6% تغییر در رده های بعدی قرار گرفتند. کاهش کشش بین سطحی و تغییر ترشوندگی، سازوکارهای اصلی حاکم بر فرایند بودند. بر اساس نتایج به دست آمده رامنولیپید تولید شده از توانایی بالایی در زمینه برداشت نفت برخوردار بوده و موثرتر از سایر مواد فعال سطحی در این زمینه عمل کرد.

زباله سوزها و سامانه های متنوع دیگر دما بالا که برای منهدم کردن زباله ها طراحی شده اند، به عنوان سامانه های عملیات حرارتی یاد می شوند. سوزاندن مواد زایدی مانند زباله ها، آن ها را به خاکستر جمع شده در کف زباله سوز، گازهای خروجی از دودکش، ذرات بسیار ریز و از همه مهم تر حرارت تبدیل می کند که این حرارت می تواند برای تولید توان الکتریکی به کار گرفته شود. در این تحقیق ابتدا به بررسی بازده انرژی و اگزرژی چرخه توان زباله سوز به همراه استفاده از پسماند پتروشیمی لرستان به عنوان سوخت اضافی زباله سوز پرداخته و از این طریق میزان انرژی مورد نیاز برای تولید بخارآب لازم برای غیرفعال کردن کاتالیزور زیگلر ناتا در تولید پلی اتیلن سبک خطی محاسبه شد. پس از آن مدل ساده ای برای واکنش غیرفعال شدن کاتالیزورهای زیگلر ناتا با استفاده از بخارآب تولیدی از دستگاه زباله سوز ارائه شد و سپس معادلات ریاضی این واکنش ها با استفاده از قانون واکنش های ابتدایی به دست آمد. با وارد کردن این واکنش ها در مدل واکنش، معادله جدیدی برای مدل واکنش به دست آمد که لحظات پس از زمان انحراف را نیز تا حد قابل قبولی پوشش می دهد. این امر نشانگر غلبه واکنش های غیرفعال سازی بر واکنش های تولید مراکز فعال در مراحل پایانی واکنش است. بازده های انرژی و اگزرژی چرخه توان زباله سوز به همراه استفاده از پسماند پتروشیمی لرستان به عنوان سوخت اضافی زباله سوز مورد بررسی قرار گرفت و از این طریق میزان انرژی مورد نیاز برای تولید بخارآب لازم برای غیرفعال کردن کاتالیزور زیگلر ناتا در تولید پلی اتیلن سبک خطی محاسبه شد. برای شروع این کار، چرخه ترکیبی پیشنهاد شد و بازده های انرژی و اگزرژی آن مورد بررسی قرار گرفت. همچنین با تغییر مولفه های کلیدی نظیر چگونگی ترکیب محلول آمونیاکی، دمای تقطیر محلول آمونیاکی و فشارهای ورودی و خروجی توربین، راه کاری برای دستیابی به انرژی مورد نیاز برای تولید بخارآب لازم برای غیرفعال کردن کاتالیزور زیگلر ناتا در تولید پلی اتیلن سبک خطی ارائه شد.