پژوهش های کاربردی در شیمی
سال:1404 | دوره:19 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

امروزه باتوجه به افزایش نیاز به انرژی و محدودیت سوخت­های فسیلی به عنوان منابع رو به اتمام و آلاینده محیط­زیست، نیاز به منابع انرژی تجدیدپذیر بیشتر از پیش احساس می­شود. یک سوم کل انرژی مصرف شده در جامعه را بخش صنعت تشکیل می­دهد که بخش چشمگیری از آن در نهایت به­دلیل ناکارآمدی تبدیل به گرمای تلف شده می­شود. یکی از انرژی­هایی که کاربردی روبه افزایشی دارد، انرژی گرمایی است. برای ذخیره­سازی انرژی گرمایی می­توان از روش های متفاوتی مانند مواد تغییرفازدهنده استفاده کرد که حین تغییر فاز، انرژی گرمایی را ذخیره و به هنگام نیاز آزاد کند. برای افزایش کارایی از نانوچندسازه مواد تغییرفازدهنده که اثرهای گوناگونی مانند افزایش ظرفیت گرمایی، افزایش ضریب انتقال گرما، پایداری گرمایی و شیمیایی دارند، می­توان در صنایع متفاوت مانند صنایع نفت و گاز استفاده کرد. در این پژوهش، به بررسی انواع ذخیره­سازی انرژی گرمایی با تکیه بر نانوچندسازه مواد تغییرفازدهنده در صنایع نفت و گاز پرداخته شده است. در این راستا، مقایسه بین دو نوع نانوذره­ در فرایند ذوب مواد تغییرفازدهنده در شرایط متفاوت و بررسی بازده گرمایی آن­ها صورت پذیرفته است.

حذف آلاینده های رنگی از پساب واحدهای نساجی همواره چالش برانگیز است. فرایند برجذب، روش کارآمد و مناسبی برای حذف آلاینده ها است. در پژوهش حاضر، روی اکسید متخلخل با سنتز احتراقی در محلول تهیه و سپس، نقطه های کوانتومی کربنی، از آب لیمو و آب پیاز، داخل حفره ها و سطح روی اکسید بارگذاری شدند. پراش پرتو ایکس، سنتز روی اکسید در سامانه بلوری شش گوشه ای را تأیید کرد. چندسازه به دست آمده، برای حذف قرمز کنگو از محلول آبی به­کارگرفته شد. تأثیر pH، زمان، دما و غلظت قرمز کنگو بر بازده حذف آن در حضور چندسازه سنتزی، به­ کمک طراحی آزمایش با نرم افزار Design Expert 12 و روش سطح پاسخ مطالعه شد. با گرما­دهی جاذب سیر از رنگ، روی اکسید بازیابی و دوباره نقطه های کوانتومی کربنی بر آن بارگذاری شدند. بیشینه درصد حذف آلاینده قرمز کنگو (برابر 39/97 درصد) در pH برابر با 6، دما 50 درجه سلسیوس، زمان 30 دقیقه و غلظت اولیه رنگ ppm 30 به­ دست آمد. پس از پنج بار بازیابی بستر اکسیدی، درصد حذف رنگ از 58/88 به 41/67 کاهش یافت. تعیین غلظت قرمز کنگو باقی مانده پس از برجذب، با طیف­ سنجی UV-Vis نشان داد که چندسازه دو جزئی روی اکسید و نقطه های کوانتومی کربنی می­ تواند برای حذف مؤثر آلاینده قرمز کنگو در پساب واحدهای نساجی به ­کارگرفته شود.

واکنش ‏های تراکم آلدول ترکیب­ های بتا-هیدروکسی کربونیل فعال نوری را تولید می‏کند که به ­طور گسترده برای تولید واسطه ‏های داروهای پادفشارخون و پادکنشگرهای کلسیم استفاده می ‏شوند. در مطالعه حاضر، نانوذره­های نیکل اکسید به­عنوان یک کاتالیست کارآمد با روش سل-ژل برای واکنش آلدول سنتز شد. مشخصه­ یابی کاتالیست تهیه شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و پراش پرتو ایکس (XRD) انجام گرفت. کارایی کاتالیستی نانوذره­ های نیکل اکسید در واکنش آلدول با یک روش سازگار با محیط زیست بررسی شد. بدین ترتیب که از نانوذره ­های حاوی مرکز NiO به­ عنوان اسید لوئیس در واکنش های آلدول نامتقارن، استفاده شد و مشخص شد بازده فراورده ­های آلدول مربوط، به مقدار چشم گیری افزایش می‏ یابد. همچنین، کاتالیست موردنظر را با تخلیه مغناطیسی می ‏توان بازیافت کرد و از آن در واکنش ‏های متوالی بدون از دست دادن کارایی قابل توجه استفاده کرد. حلال‏ های متفاوت ارزیابی شدند که از میان آن­ها، آب در دمای محیط بهترین بازده واکنش (82 درصد) را نسبت به سایر حلال‏ های آلی داشت. روش سطح پاسخ برپایه طراحی مرکب مرکزی برای بهینه­ سازی عامل های تجربی واکنش آلدول و همچنین، بررسی برهم­کنش بین عامل ها به کارگرفته شد. بررسی‏ نتیجه ­ها نشان داد در دمای 25 درجه سلسیوس، مقدار کاتالیست 30 میلی­مول و زمان تماس 5 ساعت، بالاترین کارایی (مقدار واقعی: 81 درصد، مقدار پیش ‏بینی شده: 94/80 درصد) به­ دست آمد. در مقایسه با سایر مطالعه ­ها، نانوذره­ های نیکل اکسید با آب به­­ عنوان یک حلال دوست­ دار محیط زیست در زمان کوتاه ‏تری توانستند هیدروکسی کتون‏‏ هایی با بازده بالا تولید کنند.

چهار نمونه نانوچندسازه ای تیتانیم دی اکسید/روی اکسید با درصد حجمی تقریبی0، 3، 5 و 7 از روی اکسید، با روش سل-ژل سنتز شدند. سنتز موفق نمونه­ها با الگوی پراش پرتو ایکس (XRD)، تأیید و ریخت­شناسی سطح لایه­ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام شد. برای بررسی ویژگی نوری لایه­ها، طیف نورسنجی UV-Vis و فوتولومینسانس و برای بررسی رفتار (I-V) نمونه­ها، گالوانوستات/پتانسیوستات سه الکترودی به کارگرفته شدند. نتیجه­های به دست آمده حاکی از آن بود که افزودن روی اکسید به تیتانیم دی اکسید، انرژی کاف نواری آن را به­طور چشمگیری کاهش می دهد و بهبود قابل توجهی در کارایی فوتوالکتروشیمیایی چندسازه ها ایجاد می کند. نمونه حاوی 5 درصد حجمی از روی اکسید، باریک ترین انرژی کاف نوار (28/3 الکترون ولت)، کم ترین شدت طیف فوتولومینسانس و پایین ترین مقدار مقاومت انتقال بار (80 کیلو اهم) را از خود نشان داد. همچنین، چگالی جریان پایدار این نمونه بیشترین مقدار را داشت (1/1 میلی آمپر بر سانتی مترمربع). کارایی برتر فوتوالکتروشیمیایی این نمونه در مقایسه با دیگر نمونه ها، گواهی بر کارایی بالای آن است.

دی­متیل­کربنات (DMC) ویژگی بسیار خوبی برای آمیختن با بنزین موتور دارد. در این پژوهش، برای بهبود بازده، پایداری احتراق و کارایی مؤثر در کاهش آلاینده های احتراق در یک موتور درون­سوز، DMC به­عنوان یک افزودنی اکسیژن دار به بنزین افزوده شد و برای نخستین بار اثر آن بر بنزین به­عنوان افزودنی بررسی شد. در این راستا، اثر احتراق بنزین پایه (100 درصد) و نسبت­های آمیختگی 3، 6 و 9 درصد حجمی بر کارکرد موتوری و آلایندگی یک موتور چهار سیلندر بررسی شد. گازهای خروجی اگزوز با یک تجزیه گر گازی ویژه اندازه گیری شد. نتیجه­های به­دست آمده نشان ­داد که آمیختن DMC با بنزین تأثیر نامطلوبی بر شاخص­های کیفی بنزین موتور نداشت و افزون بر قابلیت افزایش عدد اکتان بنزین پایه، موجب افزایش توان موتور، گشتاور، کاهش مصرف سوخت و کاهش آلاینده­های HC و NOX و ذره­های معلق نیز شد. کربن مونوکسید هم تا حدود 29 درصد وزنی کاهش یافت. همچنین، مقدار هیدروکربن و ترکیب­های نیتروژن داره به­ترتیب تا حدود 50 و 73 درصد وزنی در دور موتورهای متفاوت، کاهش داشتند.

افزایش تقاضا برای مصرف برنج، منجر به تولید حجم انبوهی از پوست برنج (RHs) می شود که استفاده از آن در صنایع متفاوت می تواند مشکل دفع پوست برنج (RHs) به ­عنوان پسماند را برطرف کند. در این پژوهش، نانوذره های سیلیکای متخلخل اَریخت با سطح ویژه بالا از RHs به روش سل-ژل با بازده بالا استخراج شد. این نانوذره ها سطح ویژه، واکنش پذیری و فعالیت بالایی نسبت به حال بلوری آن داشتند. برای شناسایی نانوذره ­ها، روش های پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، طیف سنجی فلوئورسانس پرتو ایکس (XRF)، طیف سنجی تفکیک انرژی (EDS)، میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM)، پراکندگی نور دینامیکی (DLS)، BET و BJHبه کارگرفته شد. نتیجه ­ها نشان داد که نانوذره ­ها اَریخت هستند و گروه های عاملی هیدروکسیل بر سطح آن ها قرار دارند. روش DLS نشان داد که توزیع اندازه نانوذره ­های سنتزشده از 5 تا 40 نانومتر متغیر و میانگین قطر آن ها به ­طورتقریی 6/14 نانومتر بود. درصد خلوص و مساحت سطح ویژه (SSA) نانوذره­ ها به ­ترتیب 41/98 درصد و m²/g 867 به­ دست آمد.