فهرست مطالب

دو ماهنامه علوم و تکنولوژی پلیمر
سال سی و ششم شماره 4 (پیاپی 186، مهر و آبان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/08/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • هاجر جمشیدی، محمدحسین بهشتی*، محمدعلی فتحی زاده صفحات 327-363

    پلی استرهای اشباع نشده شامل انواع ارتو، ایزو، بیس فنولی و وینیل استر بوده که به شکل ماتریس و پوشش پرمصرف ترین رزین های پلیمری گرماسخت هستند و حدود سه چهارم کل رزین های گرماسخت مصرفی در صنعت را تشکیل می دهند. از برتری های عمده رزین های پلی استر اشباع نشده می توان به قیمت کم، گران روی کم، خواص مکانیکی و مقاومت شیمیایی خوب، سبکی، جذب رطوبت کم، پخت بدون تشکیل محصول فرار و قابلیت فراورش ساده با روش های فراوری متداول، اشاره کرد. پلی استرهای اشباع نشده در گستره ای از کاربردهای صنعتی مهم شامل کامپوزیت ها، پوشش ها، درزگیرها و نیز در خطوط لوله، مخزن های ذخیره مواد شیمیایی و سوخت و قطعات کارآمد برای صنایع ساختمان، الکتریکی و حمل ونقل زمینی و دریایی استفاده شده اند. اما جمع شدگی زیاد پس از پخت، پایداری ضعیف در برابر آتش و آلودگی زیست محیطی ناشی از فراریت استیرن، کاربرد آن ها را در بعضی زمینه ها محدود می کند. در دهه های گذشته، استفاده از نانوپرکننده در پلیمرها برای تشکیل نانوکامپوزیت های پلیمری به دلیل قابلیت ترکیب کردن برتری های نانوپرکننده ها و پلیمرها، توجه پژوهشگران را جلب کرده است. از این رو، توسعه نانوکامپوزیت های رزین های پلی استر اشباع نشده این رزین ها را برای کاربردهای فعلی و نوظهوری مطلوب می سازد که نیازمند استحکام ویژه زیاد، حفاظت الکترومغناطیسی و بهبود پایداری گرمایی هستند. اما، چالش اصلی در تهیه نانوکامپوزیت ها دستیابی به پراکنش همگن نانوپرکننده درون ماتریس پلیمر بوده که کلید اصلی دستیابی به خواص دلخواه است. بنابراین، هدف مطالعه حاضر ارزیابی پژوهش های انجام شده در زمینه تهیه نانوکامپوزیت های رزین پلی استر اشباع نشده و بررسی خواص آن ها و در نهایت بیان محدودیت ها در ساخت این نانوکامپوزیت هاست. بدین منظور، ابتدا انواع نانوپرکننده های استفاده شده در این سامانه ها دسته بندی شده و روش های اختلاط نانوپرکننده ها با رزین های پلی استر اشباع نشده معرفی می شوند. سپس، با توجه به پژوهش های انجام شده در این زمینه اثر افزودن نانوپرکننده ها بر خواص این نانوکامپوزیت ها مرور می شوند.

    کلیدواژگان: رزین، پلی استر اشباع نشده، نانوکامپوزیت، روش های پراکنش، خواص
  • الهام آرام* صفحات 365-391

    امروزه رشد اقتصادی کشورها به تامین منابع انرژی وابسته است. در بیشتر کشورها این منابع شامل زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی و نیز انرژی هسته ای است. با وجود این، استفاده از این منابع با چالش های مختلفی از قبیل پایان پذیری، آلودگی و هزینه زیاد رو به روست. به منظور کاهش اتکای جهانی به منابع طبیعی پایان پذیر و سوخت های مخرب محیط زیست، تلاش های فراوانی در جایگزینی آن ها با منابع تجدیدپذیر از قبیل انرژی خورشیدی، آب و باد انجام شده است. لازمه استفاده از سامانه های تجدیدپذیر در تامین انرژی، ذخیره سازی و امکان استفاده تمام اوقات از آن هاست. بدین منظور، باتری ها به عنوان یکی از فناوری های کاربردی جزو دستگاه های ذخیره انرژی مهم در زندگی روزانه ما هستند که نقش مهمی در ابزارهای الکتریکی و الکترونیکی دارند. با وجود این، کاربردهای عملی آن ها با مسایل ایمنی ناشی از الکترولیت مایع مواجه است، به ویژه زمانی که باتری ها در معرض شرایط سخت مکانیکی، گرمایی یا الکتریکی قرار می گیرند. الکترولیت های پلیمری به عنوان جایگزین الکترولیت مایع برای ساخت باتری های لیتیم ایمن پیشنهاد می شوند. در این مقاله، الکترولیت های پلیمری به دوگروه بزرگ الکترولیت پلیمری جامد و ژلی دسته بندی می شوند. ابتدا، خواص و مشخصه های الکترولیت های پلیمری جامد و ژلی بحث می شود. سپس، پیشرفت های اخیر پلیمرهای رایج از قبیل پلی (اتیلن اکسید)، پلی (متیل متاکریلات)، پلی آکریلونیتریل، پلی (وینیلیدن دی فلویورید) و کوپلیمر پلی (وینیلیدن فلویورید-هگزا فلویوروپروپیلن)، زیست پلیمرها (سلولوز، پلی یورتان و پلی کاپرولاکتون)، پلی کربنات و پلی سیلوکسان ها به عنوان پلیمر میزبان الکترولیت های پلیمری در باتری لیتیم بحث می شوند. در نهایت، چالش ها و چشم اندازهای آتی الکترولیت های پلیمری برای باتری های لیتیمی بیان می شود. امید می رود، این مقاله بتواند اطلاعات مفیدی را برای توسعه الکترولیت های پلیمری جدید با خواص عالی به منظور کاربرد در باتری لیتیمی فراهم کند.

    کلیدواژگان: پلیمر، باتری لیتیمی، الکترولیت ژل پلیمری، الکترولیت جامد پلیمری، هدایت یونی
  • مهدی نجف پور، زهرا جیریایی شراهی، صبا سهراب نژاد، سحر کرمی، سید محسن حسینی* صفحات 393-407

    فرضیه : 

    در این پژوهش، اثر شکل گیری لایه فعال نانوکامپوزیتی کیتوسان-زیولیت بر خواص ساختاری، شیمی-فیزیکی و جداسازی و عملکرد ضدجرم گرفتگی غشای نانوصافشی بر پایه پلی اترسولفون مطالعه شد.

    روش ها

    غشای پایه نانوصافشی با روش تغییر فاز تهیه شد و سپس به کمک روش غوطه وری عمقی در محلول پلیمری اصلاح سطحی شد. مشخصات غشاهای تهیه شده با آزمون های زیر قرمز تبدیل فوریه، عکس های الکترونی پویشی، پراش سنجی پرتو X، عکس های سه بعدی سطح، زاویه تماس، محتوای آب، شار آب خالص، پس زنی نمک و  فلز سنگین و عملکرد ضدجرم گرفتگی ارزیابی شد.

    یافته ها

    نتایج آزمون طیف سنجی زیر قرمز تبدیل فوریه، شکل گیری لایه نانوکامپوزیتی کیتوسان-زیولیت را بر سطح غشای پایه پلی اترسولفون تایید کرد. همچنین، عکس های الکترونی پویشی از سطح و مقطع عرضی غشاهای تهیه شده ایجاد لایه فعال روی سطح غشا را نشان می دهد. نتایج بررسی سطح غشا نشان می دهد، اصلاح سطح غشا سبب کاهش زبری سطح شده است. به کارگیری نانوذرات زیولیت در لایه سطحی باعث افزایش مقدار محتوای آب غشا شد. شار آب خالص غشای اصلاح شده دولایه %54 نسبت به غشای پایه افزایش یافت. همچنین مقدار پس زنی نمک سدیم سولفات برای غشای اصلاح شده دولایه بیش از %70 اندازه گیری شد. مقدار جداسازی یون کروم نیز از %69 برای غشا پایه به %95 برای غشای اصلاح شده افزایش یافت. نتایج اندازه گیری زاویه تماس آب نشان داد، خاصیت آب دوستی سطحی غشاها در اثر اصلاح سطح افزایش یافته است. افزون بر این، غشای اصلاح شده دولایه خاصیت ضدجرم گرفتگی زیادی نشان داد، به طوری که مقدار بازیابی شار از %85 به %93.6 افزایش و مقدار مقاومت بازگشت ناپذیر از %15 به %6.4 کاهش یافت.

    کلیدواژگان: نانوصافش، غشای دولایه، نانوکامپوزیت، کیتوسان-زئولیت، حذف فلزات سنگین
  • حسین پورصادق، مهدی برزگرزاده، محمدصادق امینی فضل* صفحات 409-420

    فرضیه: 

    در سال های اخیر دانشمندان و پژوهشگران به دنبال مواد جدید و پیشرفته ای برای استفاده در زمینه های مختلف از جمله دارورسانی و زیست فناوری بوده اند. یکی از مواد جالبی که در این زمینه مورد توجه قرار گرفته است، دانه های هیدروژل زیست نانوکامپوزیت بر پایه کیتوسان است. دانه های هیدروژل زیست نانوکامپوزیت بر پایه کیتوسان به دلیل داشتن ویژگی های ذاتی مانند زیست سازگاری عالی، تورم زیاد و ظرفیت های ذخیره سازی زیاد، توجه ها را به عنوان حامل در سامانه های دارورسانی جلب کرده اند.

    روش ها

    در این پژوهش، ابتدا نقطه کوانتومی گرافن (GQD) به روش تجزیه گرمایی تهیه شد و پس از آن با استفاده از نانوذرات آهن خاصیت مغناطیسی پیدا کرد (MGQD)، در ادامه با هیدروژل پلیمری کیتوسان پوشش یافت (CS-MGQD) و سپس داروی متوترکسات (MTX) در آن بارگذاری شد (MTX/CS-MGQD). این ترکیب  با خواص منحصربه فرد هیدروژل کیتوسان، خواص مغناطیسی نقاط کوانتومی گرافن و قابلیت تنظیم رهایش دارو توانست نقطه عطف مهمی در زمینه پژوهش های دارورسانی و سازگاری داروها با محیط زیست ایجاد کند. سنتز و تشکیل ترکیب مدنظر به کمک آزمون های مختلف از جمله FTIR برای شناسایی گروه های عاملی، XRD برای شناسایی ساختار بلوری و SEM برای بررسی شکل شناسی نمونه ، تایید شد.

    یافته ها

    حدود 84 و %64 از MTX به ترتیب در دانه های هیدروژل CS و CS-MGQD بارگذاری شد. بر اساس نتایج رفتار تورم و رفتار رهایش دارو، دانه های هیدروژل تورم وابسته به pH و رهایش MTX را نشان دادند. افزون بر این، CS-MGQD حساسیت به رفتار تورم و رهایش دارو نشان داد که دارای ثبات مطلوب و رهایش دارو قابل کنترل در محیط اسیدی است. همچنین، مدل سینتیکی Weibull بهترین مدل برای رهایش MTX (متوترکسات) از CS-MGQD در pH برابر 5 بود. این یافته ها نشان می دهد، دانه های هیدروژل زیست نانوکامپوزیت مغناطیسی تهیه شده قابلیت خوبی برای دارورسانی قابل کاشت حساس به pH در درمان بافت سرطانی دارند.

    کلیدواژگان: زیست نانوکامپوزیت، دانه های هیدروژل، کیتوسان، نقطه کوانتومی گرافن مغناطیسی، سامانه دارورسانی
  • شکوفه رضاخانی روزبهانی، پریا امیرعابدی*، فاطمه زراعت پیشه، مسعود درفشان صفحات 421-435

    فرضیه :

     با توجه به مشکلات کیفیت آب و قوانین سخت گیرانه وضع شده در تصفیه آب های آشامیدنی، نیاز به استفاده از روش های موثرتر و اقتصادی تر برای حذف مواد آلی طبیعی از آب ضرورت دارد. در این میان، فرایندهای غشایی یکی از روش های موثر در حذف این آلاینده ها به شمار می آیند. بدین ترتیب برای تهیه غشایی کارآمد در حذف آلاینده ها، در پژوهش حاضر، ساخت و بهینه سازی غشاهای پلی (وینیل کلرید) (PVC) با افزودنی پلی (اتیلن گلیکول) (PEG) بررسی شد.

    روش ها

    غشاهای میکرومتخلخل PVC با روش جدایی فاز القایی با ضدحلال تهیه شدند. پارامترهای اثرگذار در ساخت غشا شامل غلظت PVC و PEG و ترکیب حمام انعقاد، با روش سطح پاسخ (RSM) بهینه شدند. در این میان، استحکام کششی و تخلخل به عنوان پاسخ درنظر گرفته شدند. 

    یافته ها

    نتایج نشان داد، تمام غشاها دارای ساختار نامتقارن با منفذهای انگشتی بودند. همچنین مشخص شد، با افزایش غلظت PVC، استحکام کششی غشاها افزایش یافت، به طوری که کمترین استحکام کششی به غشای ساخته شده با غلظت %10.30 وزنی از PVC مربوط بود، در حالی که غشای ساخته شده با %18.7 وزنی از PVC بیشترین استحکام کششی را داشت. برای غشای بهینه که در آن، مقدار وزنی PVC و PEG در محلول 17.52 و %5.87 و کسر حجمی اتانول در حمام انعقاد برابر 0.27 بود، استحکام کششی و تخلخل غشاها به ترتیب 5MPa و %80.57 به دست آمد. افزون بر این در ادامه، از نانوذرات تیتانیم دی اکسید (TiO2) به منظور تهیه غشای کامپوزیتی در شرایط بهینه نام برده استفاده شد. نتایج نشان داد، غشای بهینه دارای %2 وزنی نانوذرات، دارای بیشترین بازده جداسازی هیومیک اسید به مقدار %80 بود.

    کلیدواژگان: پلی(وینیل کلرید)، مواد آلی طبیعی، روش سطح پاسخ، تیتانیم دی اکسید، هیومیک اسید
  • امیر فدائی، محمدحسین نوید فامیلی*، مهدی سلامی حسینی صفحات 437-450

    فرضیه :

     یکی از چالش های موجود در صنایع تولید اسفنج، دستیابی به خواص مکانیکی و عایق گرمایی مطلوب مورد نیاز آن صنعت است که به طور مستقیم با چگالی سلول و اندازه و توزیع اندازه حباب ها ارتباط دارد. از این رو، پیش بینی توزیع اندازه حباب ها در هر سامانه تولید اسفنج به خواص نهایی اسفنج مدنظر کمک شایانی می کند. هسته گذاری، رشد، به هم پیوستگی و تثبیت نهایی حباب ها، مراحل اثرگذار در خواص نهایی اسفنج است که باید در پیش بینی توزیع اندازه حباب ها و مرحله آزمایشگاهی به آن توجه شود.

    روش ها

    در این پژوهش، ابتدا برای پیش بینی هسته گذاری سلول از مدل اصلاح شده کلاسیک هسته گذاری و سپس از مدل تعادل جمعیتی برای پیش بینی توزیع اندازه حباب ها در یک سامانه ناپیوسته تولید اسفنج پلی استیرن استفاده شد. مدل سازی این فرایند تک بعدی بوده و تغییرات قطر حباب به عنوان متغیر مشخصه سامانه در معادله ها وارد شده است. مرحله تولید اسفنج در دماهای 70، 90 و  110درجه سلسیوس، فشار 20MPa و مرحله تثبیت در زمان های 0.1 و 1sو حالت بدون تثبیت انجام شد. برای محاسبه متوسط اندازه و توزیع اندازه سلول از تصاویر SEM و نرم افزارهای Axiovision.v4.82.SP2 و SPSS 26 استفاده و با نتایج مدل سازی مقایسه شد.

    یافته ها

    با استفاده از نمودار توزیع اندازه حباب های به دست آمده از مدل سازی، میانگین اندازه حباب ها در زمان تثبیت 1s در دمای اشباع   70 درجه سلسیوس، 4.3μm بود. با افزایش دما از 70 به 90، میانگین اندازه حباب به 36.7μm افزایش یافت که به دلیل افزایش سرعت نفوذ مولکول های گاز به داخل حباب است. با افزایش مقدار گاز در پلی استیرن، حجم آزاد افزایش و دمای گذار شیشه ای کاهش یافت. در دمای 110 میانگین اندازه سلول های حباب به 78.1μm افزایش یافت و از آنجا که این دما بیش از دمای گذار شیشه ای پلی استیرن بوده، افرون بر سرعت زیاد نفوذ گاز به داخل سلول حباب، فرایند رشد متوقف نشده و نفوذ و به هم پیوستگی بین حباب ها ادامه داشته است. در نهایت، پیش بینی های مدل با داده های تجربی مقایسه شد که تطابق قابل قبولی را نشان داد.

    کلیدواژگان: مدل تعادل جمعیتی، اسفنج، دی اکسید کربن فوق بحرانی، پلی استایرن، توزیع اندازه حباب
|
  • Hajar Jamshidi, MohammadHosain Beheshty *, MohammadAli Fathizadeh Pages 327-363

    Unsaturated polyester resins (UPRs) including ortho, iso, bisphenolic and vinylester are the most widely used thermosetting polymeric resins in the form of coating and matrix in the industry, making up around three quarters of all thermoset resins used in the industry. The major advantages of UPRs include low cost, low viscosity, good mechanical properties and chemical resistance, lightness, low moisture absorption, curing without the formation of volatiles, and simple processing with conventional processing methods. UPRs have been used  in a wide variety of applications including composites, coatings, sealants, chemical and fuel storage tanks, and high-performance components for the construction, marine and land transportation, and electrical industries. However their high shrinkage after curing, low fire resistance and  environmental pollution due to volatile styrene have limited their use. In the past decades, the use of nanofillers in polymers to form polymer nanocomposites has attracted attention due to the ability to combine the advantages of nanofillers and polymers. In addition, the development of nanocomposites of UPRs has made these resins desirable for current and emerging applications that require high specific strength, electromagnetic shielding and improved thermal stability. However, due to the high tendency of nanoparticles to agglomerate, the main challenge in the preparation of nanocomposites is to achieve a homogeneous distribution of nanofillers in the matrix, which is the main key to achieving the desired properties. Therefore, the aim of this study is to evaluate extensive research in this field and to recognize the existing limitations related to the manufacture of these nanocomposites. For this purpose, firstly, the types of nanofillers are categorized and the mixing of nanofillers with UPRs is introduced. Then, the effect of adding nanofillers on the properties of these nanocomposites is reviewed according to the research works done in this field.

    Keywords: resin, unsaturated polyester, Nanocomposite, dispersion methods, Properties
  • Elham Aram * Pages 365-391

    Today, the economic growth of countries depends on the supply of energy resources. In most countries, these resources include coal, oil, natural gas, and nuclear energy. However, the use of these resources faces various challenges, including the depletion of fossil fuel resources, environmental pollution and an escalating price. In order to reduce global reliance on finite natural resources and environmentally destructive fuels, many efforts have been made to replace them with renewable resources, such as solar energy, water, wind, and etc. Batteries are one of the most potential technologies for this purpose. Lithium batteries have become increasingly important energy storage systems in our daily lives, which play a significant role in electronics and electric vehicles. However, their practical applications are plagued by the safety issues from liquid electrolytes, especially when the batteries are exposed to mechanical, thermal, or electrical abuse conditions. Polymer electrolytes are being proposed as an alternative liquid electrolyte for building safer lithium batteries. In this review article, polymer electrolytes are divided into two large categories of solid polymer electrolytes and gel polymer electrolytes. The characteristics and properties of solid polymer electrolytes and gel polymer electrolytes are presented at the first. Then, the recent progress of common polymers, namely, poly(ethylene oxide), poly(methyl methacrylate), polyacrylonitrile, poly(vinylidene difluoride) and poly(vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) copolymer, biopolymers (cellulose, polyurethane, polycaprolactone), polycarbonate and polysiloxanes as polymer host of polymer electrolytes will be discussed. Finally, we will discuss remaining challenges and future perspectives of the polymer electrolytes for high-performance lithium batteries. We hope that this paper can provide useful information for the development of new polymer electrolytes with excellent properties for use in lithium batteries.

    Keywords: Polymer, Lithium battery, gel polymer electrolyte, Solid polymer electrolyte, ionic conductivity
  • Mahdi Najafpour, Zahra Jiriaei Sharahi, Saba Sohrabnejad, Sahar Karami, Sayed Mohsen Hosseini * Pages 393-407

    Hypothesis:

     This study constituted the effect of chitosan-zeolite active nanocomposite layer formation on the morphological, physico-chemical and separation properties, as well as the anti-fouling performance of the polyethersulfone-based nanofiltration membrane.

    Methods

    The nanofiltration-based membrane was prepared by phase inversion method and its surface was modified through the dip-coating technique in the polymeric solution. The properties of the prepared membranes were investigated by Fourier transform infrared (FTIR) analysis, scanning electron microscopy (SEM), 3D surface images, contact angle, water content, pure water flux, salt and heavy metal rejection and anti-fouling performance techniques. 

    Findings

    The FTIR analysis results confirmed the formation of the chitosan/zeolite nanocomposite layer on the polyether sulfone-based membrane. Moreover, the scanning electron microscopy images of the surface and cross-section of the prepared membranes showed the formation of an active layer on the membrane surface. The results of surface analysis showed that the surface modification reduced the surface roughness of the membrane. In addition, the use of zeolite nanoparticles on the surface layer caused to an increase in the membrane water content. The pure water flux of bi-layer modified membrane showed an increase in water content of > 54% compared to the virgin membrane. The sodium sulfate salt rejection was measured > 70% for the bi-layer modified membrane. The chromium rejection increased from 69% for the virgin membrane to > 95% for the modified bi-layer membrane. The water contact angle results exhibited that the surface hydrophilicity of the membrane increased with the surface modification. The modified membranes showed superior antifouling ability as the flux recovery ratio increased from 85% to 93.6% and the irreversible resistance decreased considerably to 6.4%.

    Keywords: nanofiltration, Bi-layer membrane, Nanocomposite, Chitosan, Zeolite, Heavy metals removal
  • Hossein Poursadegh, Mehdi Barzegarzadeh, MohammadSadegh Aminifazl * Pages 409-420

    Hypothesis:

     In recent years, scientists and researchers have been looking for new and advanced materials for use in various fields, including drug delivery and biotechnology. One of the attractive  materials that has been considered in this field is chitosan-based bionanocomposite hydrogel beads. Chitosan-based bionanocomposite hydrogel beads have attracted attention as carriers in drug delivery systems due to their inherent properties such as excellent biocompatibility, high swelling, and high storage capacities.

    Methods

    First graphene quantum dots (GQDs) were prepared by the pyrolysis method, and then their magnetic properties were obtained using iron nanoparticles (MGQD). Next they were coated with chitosan hydrogel (CS-MGQD) and finally loaded with methotrexate (MTX/CS-MGQD). This unique combination of the properties of chitosan hydrogel, the magnetic properties of graphene quantum dots, and the ability to adjust drug release has been able to create an important milestone in the field of drug delivery research and the compatibility of drugs with the biological environment. Through various analyses, including FTIR to analyze the spectra of the functional groups, XRD to identify the crystal structure, and SEM to examine the morphology of the samples, the success of the synthesis and formation of the desired compound was confirmed.

    Findings

    The fabricated CS and CS-MGQD hydrogel beads were loaded with about 84% and 64% MTX, respectively. The results of the swelling behavior and drug release behavior showed that the hydrogel beads experience pH-dependent swelling and release of MTX. In addition, investigating the effect of MGQD concentration on swelling behavior and drug release showed that CS-MGQD has favorable stability and controllable drug release in an acid environment. Also, the Weibull kinetic model was found to be the best-fitting model for the release of MTX from CS-MGQD at pH 5. These findings suggest that the prepared magnetic bionanocomposite hydrogel beads have a good potential for pH-sensitive implantable drug delivery in the treatment of cancerous tissue.

    Keywords: bionanocomposite, Hydrogel beads, Chitosan, Magnetic Graphene quantum dot, drug delivery
  • Shokofeh Rezakhani Roozbehani, Parya Amirabedi *, Fatemeh Zeraatpisheh, Masoud Dorfeshan Pages 421-435

    Hypothesis: 

    Considering water quality problems and strict rules established for drinking water treatment, there is an urgent need to use more effective and economical methods to remove natural organic matter from water. Meanwhile, membrane processes are one of the effective methods to remove these pollutants. In this way, in order to prepare a membrane with a high ability to remove pollutants, in the present study, the production and optimization of poly(vinyl chloride) (PVC) membranes with poly(ethylene glycol) (PEG) additives have been carried out.

    Methods

    PVC microporous membranes were prepared by nonsolvent-induced phase separation method. Influential parameters in the membrane fabrication, including the concentration of PVC and PEG and the composition of the coagulation bath were optimized using the response surface methodology (RSM). Meanwhile, tensile strength and porosity were considered as responses.

    Findings

    The obtained results showed that all the membranes had an asymmetric structure with finger like pores. It was also found that the tensile strength of the membranes increased with the increase in PVC concentration. The lowest tensile strength was related to the membrane made of 10.30% (by wt) of PVC, while the membrane made of 18.7 % (by wt) of PVC had the highest tensile strength. In addition, for the optimum membrane in which the concentration of PVC was 17.52% (by wt), the concentration of PEG was 5.87% (by wt) and the volume fraction of ethanol in the coagulation bath was 0.27, the tensile strength and porosity of the membranes were obtained as 5 MPa and 80.57, respectively. Furthermore, in the following, titanium dioxide nanoparticles (TiO2) were used to prepare the composite membrane under the aforementioned optimum conditions. The obtained results showed that the optimum membrane containing 2% (by wt) of nanoparticles had the highest humic acid separation efficiency with a value of 80%.

    Keywords: Polyvinyl chloride, natural organic matter, Response surface methodology, Titanium dioxide, humic acid
  • Amir Fadaei, MohamadHosein Navid Famili *, Mahdi Salami Hosseini Pages 437-450

    Hypothesis: 

    One of the existing challenges in the foam production industry is to achieve the desired mechanical and thermal insulation properties required, which are directly related to cellular density, size, and distribution of bubbles. Therefore, predicting the bubble size distribution in each foam production system significantly contributes to the final properties of the desired foam. Nucleation, growth, coalescence of bubbles, and their final stabilization are influential stages in the ultimate properties of the foam that should be considered in predicting the bubble size distribution and laboratory testing phase.

    Methods

    Initially, a modified classical nucleation model was used for predicting cell nucleation, and then a population balance model was employed to predict the size distribution of bubbles in a batch system for the production of polystyrene foam. The modeling of this process was one-dimensional, and changes in bubble diameter were included as the characteristic variable of the system's equations. The foam production stage was carried out at temperatures of 70°C, 90°C, and 110°C, under a pressure of 20 MPa, and the consolidation stage was performed within 0.1 s and 1 s and without consolidation. To calculate the average cell size and size distribution, SEM images and software tools such as Axiovision.v4.82.SP2 and SPSS 26 were used, and the results were compared with the modeling outcomes.

    Finding

    Using the bubble size distribution obtained from modeling, the average bubble size at a saturation temperature of 70°C and a consolidation time of 1 s was 4.3 µm. With an increase in temperature from 70°C to 90°C, the average bubble size increased to 36.7 µm due to the higher rate of gas diffusion into the bubbles. With an increase in the amount of gas in polystyrene, the free volume increased, and glass transition temperature decreased. At 110°C, the average size of bubble cells increased to 78.1 µm. Since this temperature was higher than the glass transition temperature of polystyrene, in addition to the high gas diffusion rate into the bubble cells, the growth process did not stop, and gas diffusion and coalescence between the bubbles continued. Finally, the model predictions were compared with experiments under various conditions and demonstrated acceptable agreement.

    Keywords: Population Balance Model, foam, supercritical carbon dioxide, Polystyrene, Bubble Size Distribution