شیمی و مهندسی شیمی ایران
سال:1394 | دوره:34 | شماره:2 |تعداد مقالات:17

پساب های نفتی پالایشگاه ها و مراکز پخش فراورده های نفتی از مهم ترین آلوده کننده های محیط زیست در عصر حاضر می باشند که باید به رفع آن ها اقدام کرد. فناوری های غشایی به دلیل استفاده نکردن از مواد شیمیایی برای شکست تعلیق ها، ساده کردن عملیات تصفیه و وجود دستگاه های خودکار نقش مهمی را در تصفیه پساب های نفتی بازی می کنند. در این پژوهش عملکرد غشاهای کوناگون و همچنین غشای نانوساختار الیاف توخالی پلی اتر سولفون در تصفیه پساب نفتی بررسی شد. تاثیر پارامترهای عملیاتی مانند فشار، غلظت و سرعت جریان خوراک بر روی عملکرد غشا بررسی شد. با افزایش فشار، میزان فشردگی و گرفتگی غشا افزایش و عملکرد غشا کاهش می یابد. بنابراین شرایط بهینه عملیاتی برای انجام آزمایش ها فشار 1 bar و سرعت جریان بالا و غلظت پایین خوراک می باشد. یکی از مهم ترین مشکل هایی که در فرایندهای غشایی روی می دهد گرفتگی سطح غشا با ذره های درشت گازوییل می باشد. ذره های گازوییل بر روی سطح غشا جمع شده و منجر به تشکیل لایه ثانویه ای بر روی سطح غشا می شوند. تشکیل لایه ثانویه منجر به کاهش شار و افزایش پس دهی می شود. در فشارهای بالا (فشارهای 2 bar و (3 bar اثرهای ناشی از گرفتگی غشا به طور کامل قابل دیدن می باشد به گونه ای که در فشارهای بالا، اختلاف شار با حالت غشای تازه بسیار زیاد می باشد. غشاهای مورداستفاده برای آزمایش ها با قابلیت جداسازی 100 درصدی گازوییل از پساب، از پرکاربردترین غشاها در تصفیه پساب های نفتی به شمار می آیند.

یکی از سامانه های بسیار کارا در انتقال انرژی از نیروگاه ها و صنایع شیمیایی به محیط، برج های خنک کن تر می باشد. ناخالصی محلول در آب برج های خنک کن تر، که با آب تغذیه به آن وارد می شود، توسط زیراب محدود می شود. در این پژوهش به کیفیت آب در برج خنک کن تر پرداخته شد. در تحلیل های به عمل آمده نشان داده شد که زیراب پیوسته کاراتر از زیراب تناوبی می باشد. همچنین در چند برج خنک کن تر می توان سامانه زیراب برج ها را به گونه ای مورد استفاده قرار داد تا با یک زیراب کلی معین ناخالصی محلول در برج های خنک کن کاهش یابد. در یک مورد اثربخشی زیراب در یک گروه شامل 5 برج خنک کن موردبررسی قرار گرفت و نشان داده شد که با زیراب 20% مقدار متوسط ناخالصی در برج ها را می توان از 6 برابر ناخالصی محلول در آب تغذیه به 2.74 کاهش داد.

فاکتور رشد اپیدرمی (EGF) انسانی با 53 اسیدآمینه و وزن مولکولی 6.2 کیلو دالتون، پروتئینی با قابلیت تحریک رشد چندین نوع سلول است و به دلیل همین ویژگی در موارد پزشکی و تهیه فراورده های آرایشی کاربردهای بسیاری دارد. در این پژوهش، ابتدا پلاسمید pET23a(+) حاوی ژن EGF به باکتری اشرشیاکلی سویه BL21(DE3) منتقل شد که سویه نوترکیب به دست آمده قادر به تولید فاکتور رشد اپیدرمی انسانی به صورت درون ریز بود. روند خالص سازی استفاده شده در این پژوهش، روشی آسان و به صرفه و دارای سه مرحله اصلی شامل بازکردن تاخوردگی مولکولی و واسرشتگی مولکول ها، خالص سازی پایانی به روش فراتصفیه و ایجاد تاخوردگی دوباره مولکول های جداشده می باشد. در این پژوهش، از روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا در ستون فاز وارون در کنار آزمایش SDS-PAGE برای سنجش نتیجه های مرحله های گوناگون خالص سازی استفاده شد. درآخرین مرحله خالص سازی نتیجه های هردو آزمایش نشان دهنده خلوص بالا برای پروتئین جداشده می باشد.

در این پژوهش، تجزیه گرمایی آمونیوم پرکلرات با افزودن نانوذره های CuO تجاری بررسی شده است. نانوذره های CuO با روش های مشخصه یابی پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) بررسی شد. تصویر آنالیز TEM نشان می دهد که نانوذره های CuO دارای مورفولوژی به تقریب کروی هستند. فعالیت کاتالیستی نانوذره های CuO بر تجزیه گرمایی آمونیوم پرکلرات (AP) با آنالیزهای گرمایی DSC و TGA بررسی شد، که نتیجه ها نشان می دهند دماهای تجزیه گرمایی AP در حضور 2 و 5 درصد وزنی از نانوذره های CuO به ترتیب 61.11 و 72.59oC کاهش می یابد. همچنین، نتیجه ها دلالت بر این دارند که گرمای تجزیه AP در حضور 2 و 5 درصد وزنی از نانوذره های CuO به ترتیب 528.51 و 535.11J/g افزایش می یابد. نتیجه های آنالیز TGA برای ارزیابی پارامترهای سینتیکی نمونه ها با استفاده از روش برازش مدل برای محاسبه مقدارهای A، Ea، ∆G¹، ∆H≠ و ∆S≠ استفاده شده است.

پوشش های کامپوزیتی پلیمر/ سرامیک از گزینه های مناسب برای جلوگیری از خوردگی لوله های انتقال آب و پساب محسوب می شوند. در این پژوهش، ابتدا نانوپودر روی اکسید به روش سوختن سل ـ ژل تولید شد و سپس دو نوع پوشش کامپوزیتی اپوکسی/ روی اکسید و پلی آنیلین/ روی اکسید، بر روی لوله های فولادی اعمال شد و ویژگی های آنها بررسی شد. به منظور بررسی ویژگی های نانوپودر و پوشش ها، آنالیزهای XRD، SEM،FT-IR  و آزمون های ویژگی های مکانیکی انجام شد. میزان ورود عناصر پوشش به داخل آب آشامیدنی نیز اندازه گیری شد. نتیجه ها نشان داد که غلظت فلزهای وارد شده به آب کمتر از استاندارد بوده و سلامت آب را به خطر نمی اندازد. برای بررسی رفتار خوردگی پوشش اعمال شده بر لوله فلزی، پتانسیل مدار باز بر روی دو نوع پوشش انجام شد. برای ارزیابی توانایی پوشش در کاهش سرعت خوردگی نیز، منحنی های تافل رسم شدند و مطالعه های خوردگی بر روی نمونه ها صورت پذیرفت. نتیجه ها نشان دادند که حضور ذره های 25 نانومتری روی اکسید در کنار پلیمر، مقاومت به خوردگی لوله های فولادی را به میزان زیادی افزایش می دهد، و در این رابطه پوشش های اپوکسی/ روی اکسید بهتر عمل می کنند.

فرایند تثبیت و جامدسازی یکی از روش های دفع پسماندهای خطرناک می باشد. در این پژوهش از اختلاط آب مقطر، سیمان پرتلند تیپ دو، آهک و منیزیم اکسید برای تثبیت و جامد سازی لجن صنایع آبکاری استفاده شد. در این مطالعه مقاومت فشاری و میزان غلظت کروم و روی در شیرابه TCLP به عنوان پاسخ در نظر گرفته شد. طراحی 30 آزمایش بر اساس طرح مرکب مرکزی برای محاسبه معادله مدل در روش سطح پاسخ و آموزش شبکه عصبی مصنوعی انجام شد. از طراحی تصادفی 10 آزمایش برای صحت سنجی روش های چند متغیره استفاده شد. سپس بهینه سازی فرایند تثبیت و جامدسازی با استفاده از روش سطح پاسخ و شبکه عصبی مصنوعی با یکدیگر مقایسه شد. با توجه به نتیجه های مطالعه، از هر دو روش می توان با اطمینان بالا در بهینه سازی فرایند استفاده کرد. شبکه عصبی مصنوعی نسبت به روش سطح پاسخ، روشی دقیق تر در مدل سازی فرایند تثبیت و جامدسازی بود. همچنین برای رسیدن به بیش ترین لجن خشک قابل دفن طبق استاندارد، میزان منیزیم اکسید، آهک، آب و سیمان مصرفی با توجه به مدل روش سطح پاسخ به ترتیب برابر 15.3، 3.6، 49.5، 19 گرم و بر اساس شبکه عصبی مصنوعی به ترتیب برابر 14.9، 3.4، 46، 18.5 گرم برای 100 گرم لجن خشک صنایع آبکاری به دست آمد.

پس از انقلاب صنعتی، غلظت گازهای گلخانه ای در جو به سرعت افزایش یافت. گرم شدن کره زمین با انتشار گازهای گلخانه ای ایجاد می شود و انتشار کربن دی اکسید از مهم ترین دلیل های آن محسوب می شود. در حال حاضر روش های گوناگونی برای حذف کربن دی اکسید از جریان های گازی وجود دارد. یکی از روش های پیشنهاد شده، استفاده از زئولیت به عنوان جاذب است که با روش غربال مولکولی، گاز کربن دی اکسید را جدا می کند. در این مطالعه، امکان حذف کربن دی اکسید موجود در گاز دودکش کارخانه سیمان سبزوار توسط زئولیت کلینوپتیلولیت سبزوار بررسی شد. بدین منظور ستونی در مقیاس آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد و تاثیر سه عامل اندازه زئولیت، نسبت ارتفاع به قطر ستون پرشده با زئولیت (L/D) و فشار گاز ورودی به ستون، بر فرایند جذب با استفاده از روش آماری تاگوچی در سه سطح مورد بررسی قرارگرفت. تجزیه و تحلیل نتیجه های آزمایش ها نشان داد که در بازه متغیرهای مورد بررسی، مهمترین عامل موثر بر فرایند جذب، اندازه ذره های زئولیت است. (L/D) نیز اثر چشمگیری بر میزان جذب داشت. در شرایط بهینه به دست آمده، اندازه ذره های 2-2.36 میلی متر، نسبت ارتفاع به قطر ستون 10.8 و فشار 95-90 کیلو پاسکال، پس از 10 دقیقه حدود 80 درصد و پس از یک ساعت بیش از 60 درصد CO2 موجود در گاز دودکش توسط ستون زئولیت حذف شد.

از پلیمرها به عنوان حمایت کننده در تهیه ترکیب های آلی استفاده زیادی می شود. مهم ترین دلیل استفاده از پلیمرها، سادگی جداسازی آن ها است. پلیمرهای حمایت کننده کاتالیست، جذاب ترین نوع پلیمرهای حمایت کننده واکنش ها هستند. این پلیمرها در یک شکل مناسب برای استفاده دوباره به آسانی با یک جداسازی ساده و یا با دما بازیافت می شوند. از جمله پلیمرهای حمایت کننده که بیش ترین استفاده را دارند می توان پلی اتیلن گلیکول و پلی وینیل الکل را نام برد. پلیمرهای هیبریدشده گزینه های بسیار مناسبی برای تهیه کاتالیست های ناهمگن (قابل بازیافت) و استفاده از آن ها در واکنش ها هستند. بیش ترین استفاده از پلیمرها در تهیه کاتالیست ها، به کارگرفتن آن ها به عنوان حمایت کننده فلزهای Pt, Pd, Au, Ni, Fe, Ag می باشد. تهیه کاتالیست های ناهمگن موثر و قابل استفاده دوباره با استفاده از پلیمرهای حمایت کننده فلزی، برای تعداد زیادی از واکنش ها از جمله واکنش های جفت شدن متقاطع استفاده می شود. این واکنش ها، کاربرد گسترده ای در داروسازی، شیمی کشاورزی (شیمی خاک) و صنعت دارند. در این پژوهش، از پلی وینیل الکل با انجام تعدادی واکنش های شیمیایی و اصلاح آن، لیگاند برای پالادیوم و سرانجام برای واکنش جفت شدن تهیه شد. برای اینکه پلیمر حمایت کننده طراحی شده مناسب تر باشد، به صورت هیبرید تهیه شد تا مشکل جداسازی پس از واکنش های شیمیایی برطرف شود. درنتیجه طراحی کلی به این شرح است: الف- تهیه هیرید پلی وینیل الکل و تترااتوکسی سیلان، ب- اکسایش هیبرید تهیه شده به وسیله معرف جونز، ج- تهیه ایمین با استفاده از هیبرید اکسیدشده وهیدروکسیل آمونیوم کلرید، د- تهیه کمپلکس پالادیوم با هیبرید عامل دار شده، هـ- واکنش جفت شدن (هک) بین یدوبنزن و متیل آکریلات بااستفاده از کمپلکس تهیه شده. فراورده های واکنش به وسیله دستگاه IR و UV-Vis و GC-Mass شناسایی شد.

در این پژوهش، تصفیه پساب دارای رنگزای آزویی اسید اورانژ 7 مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به قابلیت پایین فرایند فتوکاتالیستی معمول نسبت به فرایند ازن زنی در تصفیه پساب های رنگی و نیز به دلیل توانایی بالای ازن در حذف رنگ، از سامانه ازن زنی/ فتوکاتالیستی ارتقا یافته (تثبیت شده- معلق) به وسیله نانوذره های TiO2 برای تصفیه استفاده شد. اثر pH (3، 5، 7 و 9) و غلظت اولیه (5، 35 و 50 میلی گرم بر لیتر) بر راندمان حذف بار آلی در فرایند فتوکاتالیستی و سامانه ازن زنی/ فتوکاتالیستی بررسی شد. مقدار بهینه پارامترهای موثر بر سامانه ازن زنی/ فتوکاتالیستی در تصفیه پساب واقعی، از روش طراحی سطح پاسخ با تابع هدف بیشینه حذف بار آلی برای متغیرهای(5) pH ، توان منبع نور (119/9W)، میزان ازن تزریقی (1.2g/h)، غلظت نانوماده (128mg/L) و زمان ماند (2.95 روز) به دست آمد.

در این پژوهش، تهیه و مطالعه رفتار الکتروشیمیایی کامپوزیت پلی آکریل آمید ـ روی اکسید (Polyacrylamide-ZnO) انجام شد. نانو کامپوزیت پلی آکریل آمید ـ روی اکسید با مقدارهای گوناگون روی اکسید به روش پلیمریزاسیون شیمیایی تهیه شد. مورفولوژی، ساختار بلوری، پایداری گرمایی و مطالعه های پرتو سنجی این نانوکامپوزیت به ترتیب توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، پراش پرتو(XRD) X- ، تجزیه گر گرما وزنی (TGA) و پرتوسنجی تبدیل فوریه ـ فروسرخ (FT-IR) انجام شده است. ظرفیت الکتروشیمیایی به عنوان الکترود در یک ابرخازن نانو کامپوزیت پلی آکریل آمید ـ روی اکسید با روش ولتامتری چرخه ای (CV) در محلول 0.1 مولار Na2SO4 مورد مطالعه قرار گرفت. پلی آکریل آمید به تنهایی هیچ گونه ظرفیت خازنی از خود نشان نداد. با افزودن روی اکسید (به میزان 5%، 15%، 30% و 50%)، کامپوزیت، ظرفیت خازنی نشان داد. منحنی ولتامتری چرخه ای برای کامپوزیت ها نشان داد که این کامپوزیت ها از نظر الکتروشیمیایی رفتاری برگشت پذیر دارند که این رفتار در انتخاب آن ها به عنوان الکترود، در یک ابر خازن الکتروشیمیایی، بسیار مهم است. نتیجه های این پژوهش بر این نکته تاکید دارد که اگر چه تعیین میزان حضور روی اکسید در بستر پلیمری این کامپوزیت بر رفتار الکتروشیمیایی کامپوزیت به دست آمده لازم است، اما مورفولوژی مناسب و پایداری گرمایی کامپوزیت، شرط کافی در ایجاد ظرفیت الکتروشیمیایی بالا برای این نوع کامپوزیت به عنوان الکترود در یک ابر خازن است. به طوری که در کامپوزیتی با مقدار روی اکسید 15% ظرفیت الکتروشیمیایی دیده شده بیش از کامپوزیتی با 5%، 30% و 50% روی اکسید است. ایجاد ساختار نانومتری از کامپوزیت در حالت 15% به عنوان دلیل های این ظرفیت بالای الکتروشیمیایی گفته شده است.