مهندسی شیمی ایران
سال:1403 | دوره:23 | شماره:136 |تعداد مقالات:9

در مقالۀ حاضر، اثر امواج فراصوت به منظور امولسیون زدایی سامانۀ روغن در آب و هم چنین تجمع قطره های فاز پراکنده (روغن) بررسی و یک مدل موازنۀ جمعیت برای پیش بینی تعداد و اندازۀ قطره های فاز پراکنده ارائه شده است. در ابتدا معادلۀ ضریب برخورد تحت تأثیر امواج فراصوت به صورت تابعی از فرکانس موج، چگالی انرژی میدان صوتی و قطر قطره­ها برای اولین بار پیشنهاد شد. معادلۀ ضریب برخورد به مدل موازنۀ جمعیت اضافه شد و در این مدل، معادلۀ ریاضی انتگرالی دیفرانسیلی حاصل به کمک روش عددی Fixed Pivot ساده­ سازی و دستگاه معادلات ODE حاصل از آن با نرم افزار MATLAB حل شد. در ادامه، نمودار توزیع حجمی قطره های روغن در زمان­های1 و 3 دقیقه با و بدون استفاده از تأثیر معادلۀ ضریب برخورد امواج فراصوت و هم چنین میانگین قطر قطره ها و حجم کل قطره­ ها ترسیم و با داده های آزمایشگاهی موجود در مطالعات گذشته مقایسه شده است. نتایج نشان داد که با اعمال جدید در مدل ریاضی، تطابق بهتری میان نتایج آزمایشگاهی و نتایج مدل­سازی به دست آمده است. هم چنین از نمودار میانگین قطر قطره ها مشخص است که تحت تأثیر امواج فراصوت قطر متوسط قطره ­ها در زمان 3 دقیقه بیش از 50% رشد داشته است. درنهایت، نمودار حجم کل قطره ها نشان داد که حجم کل قطره ­های روغن (باتوجه به عدم جدایش فاز) در طول زمان 3 دقیقه ثابت مانده که خود دلیلی بر صحت مدل ریاضی استفاده شده است.

هدف از نمک زدایی در واحدهای بهره ­برداری جداسازی نمک و آب از جریان نفت خام، جلوگیری از خوردگی و آسیب به تأسیسات است. در این مطالعه تأثیر مشخصه های مؤثر شامل دما، نرخ تزریق مادۀ امولسیون زدا، میزان تزریق آب رقیق کننده و ولتاژ دستگاه نمک زدا در بازده فرایند نمک زدایی از نفت خام به روش الکترواستاتیک برای رسیدن به شرایط بهینه (رسیدن مقدار نمک و آب همراه در نفت به ترتیب به کمتر از 10 پوند در هزار بشکه و 1/0 درصد حجمی) بررسی شده است. افزایش دمای نفت موجب کاهش گران روی می شود و فرایند نمک­ زدایی را سرعت می بخشد که در این بررسی دمای 48 درجۀ سلسیوس مقدار بهینه به دست آمد. تزریق مادۀ امولسیون زدا به میزان ppm40 و آب رقیق­کننده به مقدار 3% حجمی از نفت برای رسیدن به بالاترین راندمان جداسازی ضروری است. با اعمال 20 کیلوولت جریان مستقیم در نمک زدا می توان به کمترین میزان نمک و مقدار صرف انرژی دست یافت.

کروم (VI) به وسیلۀ پساب های صنایع رنگ، دباغی و آبکاری وارد منابع آب می شود. کروم (VI) در آب، آلاینده ای خطرناک و سرطان زا است. در این کار، برای حذف کروم (VI) از آب، از روش جذب سطحی و بیوجاذب پوست شلغم استفاده شد. تصاویر SEM، ساختار متخلخل پوست شلغم را نشان دادند. مساحت سطح ویژۀ پوست شلغم 4/436m2/g  اندازه گیری شد. اثر شرایط عملیاتی شامل غلظت (از 5 تا mg/L 20) و pH اولیۀ محلول کروم (VI) (از 2pH  تا 10)، مقدار جاذب (از 10 تا 30g/L )، زمان (از 0 تا دقیقه 150) و دما ( از 25 تا85 درجه سلسیوس ) بررسی شدند. ایزوترم جذب سطحی با مدل لانگمویر مطابقت داشت و حداکثر ظرفیت جذب سطحی برابر با 14/45mg/g  در pH برابر با 5 تعیین شد. در شرایط عملیاتی مقدار غلظت10 میلی گرم بر لیتر، pH برابر با 5، مقدار جاذب 20g/L، زمان دقیقه 60، و دمای 25 درجه سلسیوس  مقدار حذف کروم (VI) معادل 78/36% به دست آمد، با افزایش دما (تا حدود 85 درجه سلسیوس) یا کاهش pH ( pH برابر با 2) حذف کامل کروم (VI) به دست آمد. هزینۀ اندک، ظرفیت جذب سطحی بزرگ و زمان کوتاه برای رسیدن به تعادل، برتری های اصلی بیوجاذب پوست شلغم هستند و توانایی خوب بیوجاذب ها را که معمولاً از ضایعات کشاورزی تهیه می شوند در حذف آلاینده کروم (VI) از آب نشان می دهند.

در پالایشگاه های تصفیۀ گاز ازجمله شرکت پالایش گاز ایلام، برای حذف ترکیبات اسیدی و شیرین سازی گاز از بازهایی مانند آلکانول آمین­ها استفاده می ­شود. نمک­های پایدار حرارتی (HSS) Heat Stable Salt تولیدشده در فرایند شیرین سازی گاز در محلول آمین منجربه مشکلاتی هم چون غیرفعال شدن آمین، خوردگی تجهیزات و کاهش ظرفیت سامانه می­ شود؛ بنابراین، باتوجه به میزان بالای نمک پایدار حرارتی در محلول آمین Methyl DiEthanol amine (MDEA) شرکت پالایش گاز ایلام، حذف نمک­های پایدار حرارتی به وسیلۀ بسترهای رزینی آنیونی قوی INDION GS 300، Amberjet 4200 و Purolite A400 باهدف انتخاب مناسب ترین رزین برای حذف نمک­های پایدار حرارتی محلول آمین عملیاتی شد. عملکرد رزین­های مذکور در حذف نمک­های پایدار حرارتی در سه مرحلۀ احیای اولیۀ رزین (حذف کلراید اولیه)، احیای محلول آمین (حذف آنیون­های نمک پایدار حرارتی) و احیای ثانویۀ رزین­ها بررسی شد. درنهایت رزین آنیونی Amberjet 4200 باتوجه به اهمیت مشخصه هایی هم چون کمترین مصرف محلول سدیم هیدروکسید در مرحلۀ احیای اولیه (4200ml)، صرف مدت زمان کمتر برای احیای اولیه (150min)، بیشترین میزان محلول آمین احیاشده (7400ml)، بیشترین مدت زمان احیا (360min)، بیشترین میزان حذف نمک­های پایدار حرارتی (2/99%) در زمان 30 دقیقۀ ابتدای فرایند احیای محلول آمین، بهترین عملکرد در حذف آنیون­های نمک پایدار حرارتی بعد از احیای ثانویه و مسائل اقتصادی نسبت به دو رزین Purolite A400 و INDION GS 300 مناسب ترین رزین در دسترس برای احیای محلول آمین شناسایی شده است.

در دهۀ اخیر، روش های مبتنی بر تزریق مواد شیمیایی به مخزن، راهکاری مؤثر به منظور افزایش تولید نفت محسوب می شود. مایعات یونی با خواص منحصربه فرد هم چون مقاومت در برابر دما، یون ها، زیست تخریب پذیری و قطبی بودن، می توانند به عنوان نسل جدید مواد در ازدیاد برداشت نفت معرفی شوند. گستردگی ساختار مایعات یونی در کنار امکان طراحی وابسته به کاربرد آن ها، یک برتری مهم در به کارگیری آن ها به شمار می آید. در این مقاله، ضمن بررسی و طبقه بندی انواع مایعات یونی با تأکید بر اثر عوامل مختلف بر عملکرد آن ها مانند غلظت بحرانی میسل، دما، یون های موجود در آب سازند و نوع سنگ مخزن، به ارائۀ انواع سازوکار های مایعات یونی در تغییر خصوصیات مخازن پرداخته شده است. براین اساس، کاتیون ایمیدازولیوم و آنیون های هالوژن بیشترین سهم را در ساختار مایعات یونی به خود اختصاص داده و کاهش کشش بین سطحی و تغییر ترشوندگی نیز به عنوان دو سازوکار غالب در توجیه عملکرد آن ها در ازدیاد برداشت نفت، معرفی شده است. مایعات یونی با زنجیرۀ آلکیل طولانی اثربخشی بالاتری دارد و حضور نمک و افزایش دما نیز باعث تقویت فعالیت سطحی آن ها می­شود. تزریق اکثر مایعات یونی باعث تغییرات ترشوندگی در سنگ های ماسه سنگی و کربناته به رژیم آب دوست می­شود که قابلیت هم افزایی این سازوکار ها با سایر مواد شیمیایی هم چون سورفکتانت ها و پلیمرها مشخص شده است. باتوجه به نتایج امیدوارکنندۀ تحقیقات در دهۀ گذشته، پتانسیل بالای این مواد برای افزایش تولید نفت قابل نتیجه گیری است.

در این پژوهش، سینتیک رهایش داروی آتورواستاتین- که دارویی آب گریز است- از بین لایه های نانوذرات هیدروکسید دوگانۀ لایه ای بررسی شده است. بدین منظور، نانوذرات هیدروکسید دوگانۀ لایه ای (LDH) با روش هم رسوبی و استفاده از دو شیوۀ اختلاط (با همزن مغناطیسی و همگن ساز) سنتز شد و سپس، داروی آتورواستاتین درمیان لایه های نانوذرات سنتزی LDH بارگذاری شد. ذرات LDH سنتزی باکمک آزمون های FTIR، XRD و SEM مشخصه یابی شد. آزمون SEM نشان داد که با افزایش سرعت اختلاط در سنتز، اندازۀ ذرات به مقدار شایان توجهی کاهش یافت. آزمون XRD نیز مشخص کرد که بلورینگی با کوچک تر شدن اندازۀ ذرات کاهش می یابد که ناشی از وجود نقص های بیشتر در ساختار ذرات کوچک تر است. فاصلۀ بین لایه ها برای ذرات LDH پیش از بارگذاری دارو 7/8 آنگستروم بود و پس از بارگذاری دارو و انتقال پیک (003) به زاویۀ کوچک تر، به 3/33 آنگستروم افزایش یافت. برای محاسبۀ مقدار داروی بارگذاری شده و به دست آوردن الگوی رهایش دارو از طیف سنجی مرئی- فرابنفش استفاده شد. نتایج نشان داد که مقدار داروی بارگذاری شده در ذرات LDH سنتزی به کمک اختلاط با همگن ساز، بیش از 1/8برابر داروی بارگذاری شده در ذرات LDH سنتزشده به کمک همزن مغناطیسی است. رهایش دارو نیز با چهار مدل سینتیکی درجۀ صفر، درجۀ اول، Rigter-Peppas و Higuchi مطالعه شد. مطالعۀ سینتیک رهایش داروی آتورواستاتین از نمونه های مختلف نشان داد که رهایش دارو غیرخطی است و مدل Higuchi بیشترین و مدل درجۀ صفر کمترین انطباق را با نتایج تجربی دارد.

کاهش استفاده از سوخت های فسیلی و افزایش استفاده از سوخت های تجدیدپذیر، باعث جلوگیری از آلودگی محیط زیست و کاهش دمای هواکره می شود. امروزه، به دلیل افزایش جمعیت، افزایش مصرف انرژی چالشی در پیش رو است؛ بنابراین، استفاده از روش های ساده و مقرون به صرفه برای تأمین انرژی ضروری است. یکی از روش های این تأمین انرژی، شکافت آب بااستفاده از نور خورشید و فتوکاتالیست برای تولید هیدروژن است. در سال های اخیر، پیشرفت های حاصل از تحقیقات علمی بنیادی تا کاربردهای عملی مقیاس پذیر در حوزۀ شکست آب فتوکاتالیستی تحقق یافته است. در این بررسی، ابتدا عوامل مؤثر در طراحی یک فتوکاتالیست ازجمله عوامل فداشونده، اثر نانوذرات، طیف نور خورشید و معرفی فتوکاتالیست های در ناحیۀ نور UV بررسی شد. سپس، پیشرفت های اخیر مواد دوبعدی و ساختارهای ناهمگون برای کاربردهای شکست آب ازدیدگاه نظری خلاصه شد که به طور خاص، تعدادی از مواد دوبعدی و ساختارهای ناهمگون مورد استفاده برای شکافت آب بحث وبررسی شد. درنهایت، بر پیشرفت های اخیر درزمینۀ توسعۀ مواد جدید جاذب نور در ناحیۀ مرئی، نگرش و راه برد ها تمرکز شد.

استفاده از آب در شرایط مادون بحرانی (دما و فشار بالای 100 درجۀ سلسیوس و 1 اتمسفر) باعث تغییر قطبیت آن به سمت حلال های آلی می شود که به راحتی می توان از آن در استخراج ترکیبات باارزش از منابع گیاهی استفاده کرد. در پژوهش حاضر، شبیه سازی شرایط عملیاتی استخراج ساپونین از چوبک به روش آب مادون بحرانی بااستفاده از نرم افزار شبیه ساز  انجام پذیرفت. نتایج شبیه سازی نشان داد که با اعمال دمای خارجی 120، 140، 160، 180 و 200 درجۀ سلسیوس بعد از زمان 120 دقیقه، دمای آب مادون بحرانی داخل اتوکلاو به ترتیب 107، 124، 144، 161 و 178 درجۀ سلسیوس است. استخراج ساپونین با دو روش خیساندن در آب و آب مادون بحرانی انجام شد؛ نتایج نشان داد که میزان چربی موجود در چوبک 3% وزنی است. نتایج داده های شبیه سازی نشان داد که در شرایط دمایی 130 درجۀ سلسیوس و زمان 120 دقیقه، دمای آب درون اتوکلاو 116 درجۀ سلسیوس است. هم چنین، نتایج استخراج نشان داد که میزان کف کنندگی و قدرت امولسیون کنندگی در نمونۀ استخراجی با آب مادون بحرانی به ترتیب 2/7 و 1/5 برابر نمونۀ استخراجی با آب است.

امروزه از نانوذرات و میکروذرات مغناطیسی در کاربردهای مختلف پزشکی و درمان مانند MRI، ترمیم بافت، رهایش دارو، هایپرترمی و جداسازی سلول ها استفاده می شود. یکی از مهم ترین سلول هایی که باید جداسازی شود، سلول های لنفاوی است؛ زیرا نقش بسیار مهمی در درمان سرطان های لنفوم و ایمونوتراپی دارد. لذا، در این مطالعه سلول های B از PBMCs بااستفاده از نانوذرت مغناطیسی اکسید آهن پوشش داده شده با پکتین جدا شده است. به منظور جداسازی هدفمند سلول های B، آنتی بادی FITC anti-human CD20 بااستفاده از EDC/NHS به نانوذرات، متصل و با فلوسایتومتری آنالیز شده است. در مرحلۀ بعد، سلول های B با نانوذرات حاوی آنتی بادی از بقیۀ سلول ها جدا و با فلوسایتومتری بازده جداسازی بررسی شده است. نتایج فلوسایتومترینشان می دهد که آنتی بادی به نانوذرات متصل شده و میزان MFI آن برابر با 55 است. بازده جداسازی سلول ها 75 تا 82 درصد است. هم چنین، مشخص شد که با رنگ آمیزی سلول ها بعد از جداسازی، میزان بازده واکنش تا حدودی نسبت به حالت بدون رنگ آمیزی و آنالیز مستقیم سلول ها بعد از شست وشو با فلوسایتومتری از 81 درصد به 76 درصد کاهش می یابد. علاوه بر این، نتایج نشان داد که مقدار مناسب نانوذرات در واکنش با سلول ها 50 میکرولیتر است و کاهش آن موجب کاهش 30 درصدی در بازده جداسازی می شود.