پژوهش های کاربردی در شیمی
سال:1400 | دوره:15 | شماره:1 |تعداد مقالات:13

با رشد جمعیت انسانی، فعالیت های روزافزون کارخانه ها و در پی آن افزایش انتشار آلاینده های زیست محیطی در هوا، نیاز به سنجش سریع این آلاینده ها در محیط های متفاوت بیش از هر زمانی احساس می شود. حسگرهای مبتنی بر چارچوب های فلز-آلی از نظر هزینه ساخت، سادگی روش، زمان پاسخ کوتاه و بازگشت پذیری مناسب گوی سبقت را از دیگر حسگرهای شیمیایی ربوده اند و توانسته اند جایگاه ویژه ای در تشخیص آلاینده های سمی و خطرناک به دست آورند. این ترکیب های نانومتخلخل که با پیوند مراکز فلزی و لیگاندهای آلی از راه پیوند کوئوردیناسیونی ایجاد می شوند، به دلیل پایداری شیمیایی و گرمای بالا، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده اند. بهره برداری از جنبه های متفاوت تهیه و ساختاری جدید این سامانه ها به موفقیت های متنوعی در حوزه ویژگی شیمیایی و فیزیکی منجرشده است که بسیاری از آن ها بی سابقه هستند. چارچوب های فلز-آلی به دلیل داشتن ویژگی بی همتایی مانند اندازه بزرگ حفره ها، مساحت سطح بالا، جذب انتخاب پذیر مولکول های کوچک و پاسخ های نوری در حضور مولکول های مهمان، افق امیدبخشی در کاربرد حسگری نشان داده اند. در این پژوهش مروری به اصول طراحی حسگرهای چارچوب فلز-آلی و سازوکارهای حسگری این ترکیب ها پرداخته شده است.

پیوند آمیدی ستون فقرات پپتیدهای زیستی مهم و همچنین، پروتئین ها را تشکیل می دهد. گروه آمیدی در بسیاری از ترکیب های دارویی موجود است. بنابراین، توسعه کارآمد روش های تشکیل پیوند آمیدی همچنان از نظر علمی موردتوجه است. در این پژوهش روشی ساده برای تهیه مستقیم و بدون حلال آمیدها و شناسایی بلادرنگ فراورده معرفی شده است. ابتدا طیف تحرک یونی نمک پریندوپریل ترشیو بوتیل آمین به دست آمد و گونه های یونی به دست آمده از تبخیر و یونش این نمک در تخلیه کرونا شناسایی شد. در ادامه با اعمال شوک گرمایی در دمای C° 400 به نمک پریندوپریل ترشیو بوتیل آمین و ثبت بی درنگ طیف تحرک یونی، تشکیل فراورده ای با جرم بیشتر از پریندوپریل پروتونه شده به اثبات رسید. با بررسی تغییر شدت پیک ها در طیف های تحرک یونی با گذشت زمان و همچنین، پیش بینی جرم گونه های یونی در طیف تحرک یونی، ماهیت فراورده جدید به عنوان یک ترکیب آمیدی مشخص شد. کارایی روش دو مرجعی برای به کارگیری معادله ارتباط جرم و تحرک یونی برای پیش بینی جرم گونه های یونی در طیف سنجی تحرک یونی به اثبات رسید. از نتیجه های این پژوهش مشخص شد که اعمال شوک گرمایی به نمک پریندوپریل اربومین افزون بر تخریب نمونه، می تواند موجب ایجاد فراورده های جدید از راه تشکیل پیوند آمیدی شود.

در این پژوهش، نانوذره های CdO با روش کاهش شیمیایی در شش دمای متفاوت تهیه شده اند. به دلیل تغییر دمای کلسینه شدن، نانوذره های CdOدر شش اندازه متفاوت تهیه شده اند. ویژگی های ساختاری و نوری نانوذره ها با پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف سنجی مرئی-فرابنفش (UV-Vis) بررسی شده اند. برپایه تجزیه های انجام شده، نانوذره های کادمیم اکسید دارای ساختار مکعبی بوده و میانگین اندازه ذره ها 27 الی 60 نانومتر محاسبه شده است. برای بررسی رفتار فوتوکاتالیستی نانوذره ها، تخریب رنگ و رنگبری متیلن بلو درحضور نانوذره های کادمیم اکسید تحت تابش فرابنفش به صورت تابعی از زمان با pH های متفاوت در یک واکنشگاه ناپیوسته بررسی شده است. بررسی طیف های جذب نوری مرئی-فرابنفش نشان داد که میزان جذب نوری محلول در معرض پرتو فرابنفش به صورت تابعی از زمان کاهش یافته است. واکنش فوتوکاتالیستی نشان داد که تخریب رنگ و نرخ رنگ بری با افزایش سطح pH شتاب می گیرد.

یکی از مهم ترین فرایند ها در صنعت پتروشیمی فرایند فیشر-تروپش (FTS) است. در این فرایند، گاز سنتز که به طور عمده شامل گازهای H2 و CO است به مخلوطی از هیدروکربن ها تبدیل می شود. بخش مهم و تعیین کننده در این فرایند، کاتالیست است. در این پژوهش، کاتالیست سه فلزی کبالت-منگنز-سریم بر پایه آلومینا (Al2O3) با روش تلقیح مرطوب ساخته شد. شناسایی کاتالیست با روش-های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) و تجزیه وزن سنجی گرمایی (TGA) انجام شد. همچنین، مساحت سطح کاتالیست با روش BET اندازه گیری شد. کاتالیست ساخته شده به منظور انجام فرایند فیشر-تروپش در ریزواکنشگاه بستر ثابت آزمایشگاهی به کارگرفته شد و اثر عامل های عملیاتی مانند دما، فشار و نسبت خوراک بر گزینش پذیری و فعالیت کاتالیست بررسی شد. با توجه به نتایج، دمای C° 300، فشار 1 اتمسفر و نسبت مولی خوراک H2/CO برابر با 1/1، به عنوان شرایط عملیاتی بهینه کاتالیست انتخاب شد.

یون نیترات موجود در آب موجب مسمومیت انسان می شود و بسیار خطرناک است. حذف فوتوکاتالیستی نیترات از آب و تبدیل آن به گاز نیتروژن از اهمیت زیادی برخوردار است. در این مطالعه، نانوچندسازه ناهمگن کربن نیترید گرافیتی/کائولن به دلیل داشتن بستر طبیعی کائولن با خواص ویژه، برای کاهش نیترات تحت تابش پرتو فرابنفش درنظرگرفته شد. نتیجه های به دست آمده از تجزیه و تحلیل فوتوکاتالیستی نانوچندسازه با روش های طیف شناسی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) و طیف شناسی تفکیک انرژی (EDS) به روشنی نشان داد که سطح کائولن با یک لایه کربن نیترید گرافیتی پوشانده شده است. محلول آبی حاوی 50 میلی گرم بر لیتر یون نیترات تحت واکنش فوتوکاتالیستی قرار گرفت. نتیجه های به دست آمده حذف نیترات با نانوچندسازه کربن نیترید گرافیتی/کائولن در مقایسه با کربن نیترید گرافیتی و کائولن، بالاترین مقدار تخریب نیترات را در 60 دقیقه اول نشان داد. با روش یادشده و با بازده حذف 15/93 %، غلظت اولیه ppm 50 یون نیترات به ppm 5/3 رسید که این مقدار زیر حد مجاز نیترات برپایه استاندارد سازمان بهداشت جهانی است. بنابراین، به کارگیری این نانوچندسازه، به دلیل سادگی روش تهیه و دسترسی تجاری به واکنشگرهای موردنیاز در تهیه آن، و همچنین، راندمان و انتخاب گری بالای تولید گاز نیتروژن در تخریب نیترات و نبود آلایندگی پساب، روشی مناسب در حذف فوتوکاتالیستی نیترات از آب آشامیدنی است.

حشره کش ها پس از استفاده می توانند در مواد غذایی باقی بمانند و در محیط، خاک سطحی و آب زیر زمینی گسترش یابند. حضور باقیمانده حشره کش ها در مواد غذایی یکی از نگرانی های مهم برای مصرف کنندگان است و آن ها در دراز مدت اثرات نامطلوبی بر سلامت انسان دارند. در این پژوهش، یک روش میکرو استخراج مایع پخشی با امواج فراصوت بر پایه به کارگیری حلال های آلی با چگالی کمتر از آب برای استخراج و اندازه گیری حشره کش فنیتروتیون در نمونه های سبزی و آب توسعه داده شد. عامل های موثر بر استخراج شامل نوع و حجم حلال استخراج کننده، دما، قدرت یونی و زمان جداسازی با گریزانه بررسی و بهینه سازی شدند. در شرایط بهینه استخراج، منحنی واسنجی در گستره 0/2 تا 100 میکروگرم بر لیتر در نمونه آبی و در گستره 02/0 تا 20 میلی گرم بر کیلوگرم در نمونه گیاه به دست آمد. قابلیت کاربرد روش در استخراج و اندازه گیری فنیتروتیون در نمونه سبزی و آب به طور موفقیت-آمیزی مورد ارزیابی قرار گرفت.

در این پژوهش، نانوذره های فلزی نیکل و کبالت به روش تک ظرفی و سبز بر روی بستر گرافن اکسید تهیه و با روش های طیف شناسی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپی الکترونی پویشی گسیل میدانی (FESEM)، پراش پرتو ایکس (XRD) و مغناطیس سنجی نمونه ارتعاشی (VSM) شناسایی و کارایی آن در واکنش کاهش 4-نیتروفنل، واکنش های جفت شدن هک و سونوگاشیرا بررسی شد. درصد تبدیل واکنش دهنده ها با به کارگیری طیف شناسی فرابنفش-مرئی (UV-Vis) و سوانگاری گازی (GC) محاسبه شد. نتیجه ها نشان داد که ذره های مغناطیسی نیکل و کبالت با اندازه در حدود 20 تا 40 نانومتر به طور یکنواخت بر نانوصفحه های گرافن اکسید قرارگرفته و واکنش های آلی تحت تاثیر کاتالیست حاوی نیکل وکبالت در شرایط بهینه با بازده بالا قابل انجام است. با توجه به رفتار فرومغناطیس این نانوکاتالیست ها، قابلیت جداشدن و چندین مرتبه استفاده را داشتند و درنتیجه می توان از آن به عنوان یک کاتالیست مطمئن و موثر در واکنش های جفت شدن آلی بهره برد.

هدف اصلی این پژوهش، ساخت و ارایه الکتروکاتالیست هایی غیرفلزی با عملکردی مطلوب برای به کارگیری در کاتد پیل های سوختی است. به همین منظور، 5 الکتروکاتالیست شامل، گرافن اکسید (GO)، گرافن اکسید عامل دارشده با نیتروژن و گوگرد (NS – RGO)، چارچوب فلزی آلی مس (Cu – MOF)، MOF GO-Cu-6 % و MOF NS-RGO-Cu-8 % با روش های آب گرمایی تهیه شدند. در ادامه، عملکرد، فعالیت و ساختار الکتروکاتالیست های تهیه شده با آزمایش های الکتروشیمیایی و فیزیکی موردبررسی قرارگرفت و با الکتروکاتالیست تجاری Pt/C 20 % مقایسه شد. برپایه نتیجه های به دست آمده، ساختار الکتروکاتالیست ها یکنواخت است و لایه نشانی های موردنظر به درستی انجام شده است. همچنین، برپایه تحلیل ریخت شناسی الکتروکاتالیست ها، اندازه ذرات در گستره نانومتر است. الکتروکاتالیست MOF NS-RGO-Cu-8 % بهترین فعالیت الکتروشیمیایی را داشت، که پتانسبل آغاز آن در مقابل Ag/AgCl، V 06/0-محاسبه شد. پیک مربوط به واکنش کاهش اکسیژن در ولتاژ V 08/0-نمایان شد که چگالی جریان در این ولتاژ، mA/cm2 8/4-بود. مقدار الکترون منتقل شده با این الکتروکاتالیست 53/3 محاسبه شد که نشان می دهد به مسیر چهار الکترونی برای واکنش کاهش اکسیژن بسیار نزدیک است. همچنین، پتانسیل آغاز الکتروکاتالیست MOF GO-Cu-6 %، V 11/0-به دست آمد.

این پژوهش روش ساده، حساس و سریع طیف سنجی فرابنفش-مرئی برای تعیین مقادیر بسیار ناچیز داروی رانیتیدین (RAN) در برخی نمونه ها مانند آب آشامیدنی، قرص، سرم خون و ادرار انسان با به کارگیری نانوذره های طلا (AuNPs) را معرفی می کند. ویژگی تشدید پلاسمون سطحی (SPR) نانوذره های طلا و برهم کنش بین رانیتیدین و نانوذره های طلا پایه این روش است. افزودن رانیتیدین به نانوذره های طلا منجر به تجمع نانوذره ها شد. میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) تجمع نانوذره های طلا در حضور رانیتیدین را اثبات کرد. همچنین، توزیع اندازه نانوذره ها با پراکندگی نور پویا (DLS) بررسی شد. عامل های موثر بر جذب مانندpH، نوع و حجم بافر، غلظت AuNPs، زمان برهم کنش، قدرت یونی و یون های مداخله کننده بررسی شد و شرایط بهینه به دست آمد. گستره خطی در شرایط بهینه 5/2 تا 30 میکروگرم برلیتر به دست آمد. همچنین، ضریب تعیین (2R) برابر با 9955/0، حد تشخیص (LOD) و حد تعیین کمی (LOQ) به ترتیب برابر با 45/1 و 63/1 میکروگرم برلیتر بود. افزون براین، اثر گونه های مداخله کننده بررسی شد. درنهایت، نتیجه ها نشان داد که روش پیشنهادی از پتانسیل بالایی برای تعیین سریع، حساس و دقیق رانیتیدین برخوردار است.

در پژوهش حاضر، نانوچندسازه های رسانای جاذب امواج الکترومغناطیس برپایه لاستیک اتیلن-پروپیلن-دی ان-مونومر (EPDM) و نانولوله های کربنی چند دیواره (MWCNT) با عامل پف زای شیمیایی و روش قالب گیری فشاری تهیه شدند. نتیجه های به دست آمده نشان داد که نانوچندسازه های اسفنجی آستانه نفوذ الکتریکی پایین تر و جذب امواج الکترومغناطیس بالاتری نسبت به ترکیب های جامد همانند خود داشتند. نانوچندسازه های اسفنجی، پوشش دهی امواج 28 تا 45 دسی بل را در گستره بسامد نوار ایکس (4/12-2/8 گیگاهرتز) از خود نشان می دهند. همچنین، بازده پوشش دهی الکترومغناطیس نمونه اسفنجی تحت خمش های مکرر، نسبت به نمونه غیرمتخلخل، به دلیل رفتار بازیابی بالا، کاهش ناچیزی از خود نشان داد. نتیجه ها حاکی از قابلیت بالای اسفنج های شبکه ای شده EPDM/MWCNT به عنوان جاذب امواج الکترومغناطیس با وزن کم و انعطاف پذیری و تغییر فرم بالا است.

در این مطالعه، استخراج یون های کبالت دو ظرفیتی از محلول کلرید با استخراج کننده سیانکس 301 و با دو روش استخراج با حلال و غشای مایع تثبیت شده بر پایه، بررسی شد. تأثیر عامل های متفاوتی مانند pH محلول خوراک، غلظت استخراج کننده سیانکس 301، غلظت اسید بازیاب کننده برای تعیین شرایط بهینه مورد بررسی قرار گرفت. در فرایند غشایی، pH خوراک آبی برابر با 5/7 و غلظت سیانکس 301 برابر با M 1 بهترین شرایط را برای استخراج نشان داد، در حالی که بهترین بازده استخراج از راه روش با حلال با غلظت M 1/0 به دست آمد. بازده استخراج برابر با 11/99 % در مدت 15 دقیقه با روش استخراج حلال به دست آمد، در حالی که بیشینه استخراج کبالت برابر با 76/44 % در 180 دقیقه با به کارگیری غشای مایع به دست آمد. نتیجه ها نشان داد که بهبودی در فرایند استخراج کبالت با غشای مایع تثبیت شده در مقایسه با روش استخراج حلالی به دست نیامده است.

در پژوهش حاضر جاذب قالب مغناطیسی تهیه شده با روش بسپارش نامیزه ای پیکرینگ به عنوان جاذب گزینش پذیر مقادیر ناچیز نیکل II معرفی شده است. در ابتدا لیگاند کیلیت کننده 2-استیل بنزوفوران تیوسمی کاربازون و نانوذره های مغناطیسی آب گریز هسته-پوسته (Fe3O4@OA) تهیه و سپس بسپارش در حضور نسبت مناسب کمپلکس لیگاند-نیکل (II)، اتیلن گلیکول دی متاکریلات، متاکریلیک اسید، آزوبیس ایزوبوتیرونیتریل، ذره های کیتوسان و نانوذره های مغناطیسی آب گریز به ترتیب به عنوان قالب یونی، شبکه ساز، تکپار، آغازگر و عامل تثبیت کننده و حامل مغناطیسی نامیزه آب-روغن انجام گرفت. شناسایی لیگاند و بسپار در مراحل متفاوت با طیف های فروسرخ تبدیل فوریه، ریزنگار نوری، میکروسکوپ الکترونی پویشی، پراکندگی انرژی پرتو ایکس، مغناطیس سنج نمونه، هم دما جذب-وا جذب نیتروژن، زاویه تماس ایستا آب و نسبت استوکیومتری لیگاند به فلز صورت پذیرفت. با روش طراحی آزمایش چندمتغیره (طرح باکس-بنکن)، شرایط بهینه آزمایش با زمان فراصوت 46 دقیقه، pH برابر با 78/7 و مقدار جاذب 85/78 میلی گرم تعیین شد. داده های هم دما بسپار قالب یونی با مدل هم دما لانگمویر همخوانی دارد که نشان دهنده جذب سطحی نامنظنم نیکل است. گستره دینامیکی خطی، حد تشخیص و انحراف استاندارد نسبی برای اندازه گیری یون های نیکل به ترتیب 01/0 تا mg/l 70، mg/l 004/0 و 21/3 % با طیف شناسی جذب اتمی، گزارش شده است. با بسپار تهیه شده جدید، اندازه گیری مقدار نیکل II در نمونه های ماهی از جمله ماهی قزل آلا، ماهی حلوا، ماهی تیلاپیا و ماهی تون به طور موفقیت آمیزی بررسی شد.

استفاده از کاتالیست های مغناطیسی و قابل بازیافت برای تشکیل انتخابی پیوند کربن-کربن می تواند در طراحی فرایندهای شیمیایی ایمن تر و "سبزتر" کمک کند. در این کار، تهیه کمپلکس نیکل (II) و نشاندن آن بر بستر نانوذره های مغناطیسی (Fe3O4@PCA-Pic/NiII) به عنوان یک کاتالیست نیم ناهمگن جدید و ارزیابی فعالیت کاتالیستی آن در واکنش هنری (نیتروآلدول) بین نیترواتان و انواع آلدهیدها در محیط آبی گزارش شده است. ساختار کاتالیست تهیه شده با روش های متفاوت میکروسکوپی و طیف سنجی مانندFT-IR، UV-Vis، TGA، SEM، TEM، ICP، XRD، XPS و VSM تعیین شد. کاتالیست Fe3O4@PCA-Pic/NiII تهیه شده، عملکرد کاتالیستی عالی و ناقرینه پارگزینی بسیار خوبی را در واکنش نیتروآلدول نشان داد. از دیگر مزایای قابل توجه این کار، می توان به پایداری بالا و قابلیت استفاده دوباره از کاتالیست، شرایط واکنش سبز، سادگی جداسازی فراورده ها و ارزان بودن اشاره کرد. همچنین، این کاتالیست با یک میدان مغناطیسی خارجی قابل بازیافت است و تا ده بار می تواند بدون کاهش محسوس در فعالیت کاتالیستی در واکنش های بعدی مورد استفاده قرار گیرد.