فهرست مطالب

شیمی و مهندسی شیمی ایران - سال چهل و دوم شماره 3 (پیاپی 109، پاییز 1402)

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران
سال چهل و دوم شماره 3 (پیاپی 109، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/14
  • تعداد عناوین: 30
|
  • زینب موسوی موحدی*، یزدان سجادی مهر، محسن گلبن حقیقی صفحات 1-16

    پورفیرین ها را می توان به طور گسترده به عنوان بیوکمپلکس های جایگاه فعال در نظر گرفت، در این حال می توان از پورفیرین فلزی سنتزی بر مبنای زیست الگو (بیومیمتیک) به عنوان شبه آنزیم استفاده کرد. سیستم متشکل از کمپلکس فلز پورفیرین - سیستیین  و پلیمر "پلی اتیلن گلیکول (پگ)" یا  مواد سطحی فعال مخلوط "سدیم دودسیل سولفات و دودسیل تری اتیل آمونیوم بروماید (اس دی اس/دی تب)"  برای مدل سازی کلروپراکسید از طبیعی به کار برده می شود. کلروپراکسیداز طبیعی می تواند عملکرد پراکسیدازی، یعنی اکسید کردن سوبستراها در pH های متفاوت داشته باشد. در غیاب سوبسترای مناسب، کلروپراکسیداز هیدروژن پراکسید را تجزیه می کند و دارای فعالیت کاتالازی است. متال-تترا(2-پیریدیل) پورفیرین (M-TPP)، پررزونانس تر و دارای گروه های کشنده، قوی تر از همین (جایگاه فعال آنزیم طبیعی) در فعالیت شبه پراکسیدازی و کاتالازی عمل می کند. Fe-TTP دارای حداکثر فعالیت پراکسیدازی در میان فلز - پورفیرین ها با فلزات مرکزی از جمله آهن (III)، منگنز (III) و روی (II) است. جزء سه گانه: " Fe-TPP - سیستیین - پگ"، بیشترین کارآیی را از طریق کاهش پارامتر میکاییلیس - منتن () دارا می باشد. مشاهده می شود که آبگریزی پورفیرین با تغییر فلز مرکزی به ترتیب به صورت آهن (III)، منگنز (III) و روی (II) افزایش می یابد. در این حالت آبگریز بودن جایگاه فعال نانوزایم شبه پراکسیدازی پتانسیلی برای ورود بیشتر سوبسترای هیدروفوب (گایاکول) به چرخه واکنش و در نتیجه فعالیت و کارایی بیشتر Fe-TPP نسبت به کمپلکس های  دیگر M-TPP است.  در مرحله دیگر، برای طراحی کاتالیست زیستی کاتالازی، Mn-TPP دارای حداکثر فعالیت کاتالازی در میان دیگر فلز - پورفیرین های ذکر شده می باشد. جزء سه گانه: "Mn-TPP - سیستیین - اس دی اس/دی تب"، بیشترین کارآیی را از طریق کاهش پارامتر میکاییلیس - منتن  دارا می باشد. میکروسکوپ الکترونی عبوری نانوزایم های " M-TPP - سیستیین - پگ"  را به صورت کلوییدهای هیدروژلی حفره حفره  نشان می دهد که در مقایسه با بیوکاتالیست های وسیکلی تک حفره " M-TPP - سیستیین -  اس دی اس/دی تب "  از طریق سطح ویژه بالاتر برای برخورد موثر با سوبسترای آلی نانوزایم پراکسیدازی، کارایی بیشتری را ایجاد می کند.

    کلیدواژگان: بیومیمتیک، نانوزایم پراکسیداز، کاتالاز، متال - تترا(2-پیریدیل)پورفیرین (M-TPP)، هیدروژل پلی اتیلن گلیکول (پگ)، وسیکل اس دی اس، دی تب
  • مصطفی اقازاده*، حمزه فراتی راد صفحات 17-28
    در این مقاله، نانوکامپوزیت آهن اکسید نانو ذره دوپه شده با Mn2+ / گرافن اکسید کاهیده (Mn-IONs@RGO) برای اولین بار از طریق یک فرآیند سنتز الکتروشیمیایی ساخته شد. فرآیند سنتز الکتروشیمیایی برپایه رشد الکتروشیمیایی نانوذره های آهن اکسید بر روی ورقه های گرافن اکسید کاهیده روی الکترود کاتد رسوب داده شده، می باشد. الگوهای پراش پرتو ایکس (XRD) نانوکامپوزیت سنتز شده ساختار بلوری مگنتیت را نشان می دهد. در ساختار نانوکامپوزیت سنتز شده، ریخت شناسی نانوذره ای آهن اکسید و دوپ شدن کاتیون های Mn2+ دوپه شده در ساختار کریستالی آن ها و حضور ورقه های گرافن اکساید کاهیده از طریق مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) و آنالیزهای طیف سنجی پراش انرژی پرتوایکس (EDS) و اسپکتروسکوپی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) تایید شدند. نمونه ی Mn-IONs مرکب از ذره های کروی با اندازه ای دانه بین 20-25 نانومتر با ترکیب عنصری 36/71 درصد وزنی آهن، 71/7 درصد منگنز و 93/20 درصد اکسیژن مشخص گردید. هم چنین، نمونه ی Mn-IONs@RGO ترکیب عنصری متشکل از 15/59 درصد وزنی آهن، 42/8 درصد وزنی منگنز، 67/23 درصد اکسیژن و 76/8 درصد وزنی کربن بود. حضور منگنز  و کرین در ترکیب عنصری نمونه ی Mn-IONs@RGO به ترتیب موید دوپه شدن IONs با کاتیون های منگنز و تشکیل نانوذره های Mn-IONs روی لایه های RGO از طریق فرایند سنتز الکتروشیمیایی است. ماهیت سوپرپارامغناطیس نانوکامپوزیت سنتز شده از طریق آنالیز مغناطیس سنجی نمونه مرتعش (VSM) و منحنی M-H تعیین شد. نانوکامپوزیت تهیه شده ویژگی های مغناطیسی برابر با emu.g-1 86/31 = Ms، emu.g-1 07/0 = Mr و G 29/2 = Hci را نشان داد.
    کلیدواژگان: آهن اکسید، دوپنت، گرافن اکسید، سنتز الکتروشیمیایی، نانوکامپوزیت
  • معصومه شهرکی، پویا کریمی*، محمود سنچولی، مهدیه پورسرگل، حجت ثمره دلارامی صفحات 29-40
    باتری های قابل شارژ یون منیزیم  برای ذخیره ی انرژی الکتریکی مفید هستند زیرا فراوانی و چگالی انرژی منیزیم از لیتیم بیشتر است. در این تحقیق، با استفاده از محاسبات مکانیک کوانتومی ساختار اولیه ی نانولوله های کربنی تک دیواره دسته صندلی (4و4)، (5و5) و (6و6) با استفاده از روش M06-2X و مجموعه پایه ی (d,p) 6-31g توسط بسته نرم افزاری گوسین 09 بهینه شده است. سپس، برهمکنش یون منیزیم با این ساختارها مطالعه شد تا قابلیت آنها برای ساخت باتری های منیزیمی ارزیابی شود. نتایج نشان می دهد که کمپلکس های ایجاد شده از این ساختارها انرژی های اتصال خوبی دارند و هرچه قطر خارجی نانو لوله ها بیشتر باشد انرژی اتصال مطلوب تر است. در واقع، فاصله انرژی این نانو لوله ها با افزایش قطر نانولوله کاهش می یابد و بر قدرت اتصال آنها به یون منیزیم تاثیر می گذارد. از طرفی، نانو لوله های نیترید بور متناظر با نوع کربنی نیز با روش مشابهی بهینه شد و برهمکنش یون منیزیم با این ساختارها نیز بررسی شد. نتایج نشان می دهد که نانو لوله های نیترید بور با قطر خارجی کمتر کمپلکس های با انرژی اتصال بیشتر با یون منیزیم تشکیل می دهند. به طور کلی، هر دو نوع این نانو لوله ها گزینه های خوبی برای تهیه ی ماده ی آندی در باتری های یون منیزیم هستند. سرانجام، بیشتر شدن انرژی اتصال کمپلکس های آنها با یون منیزیم با افزایش ولتاژ باتری همراه است.
    کلیدواژگان: نانولوله، نیتریدبور، باتری یون منیزیم، انرژی اتصال، مکانیک کوانتومی
  • هیرسا جویا اردکانی، محمد طلائی پور*، امیرهومن حمصی، بهزاد بازیار، آلا دوفرسنه صفحات 41-55

    در این پژوهش، فیلم های متشکل از نانوفیبرهای سلولزی تمپو اکسید شده تهیه شده از خمیر کرافت سفیدسازی شده ی اکالیپتوس و اکسید گرافن با روش قالب گیری محلول تولید شدند. ساختار ریخت شناسی، پایداری حرارتی و ویژگی های مکانیکی فیلم های نانوکامپوزیت  نانوفیبرهای سلولزی تمپو اکسید شده و اکسید گرافن (TOCNF/GO)  با پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه(FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، تحلیل گرمایی وزن سنجی (TGA)  و آزمون مقاومت کششی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج به دست آمده از طیف XRD ، طیف FTIR  و مشاهده های  SEM نشان دادند که نانوفیبرهای سلولزی تمپو اکسید شده و اکسید گرافن قادر به تشکیل فیلم های نانوکامپوزیت با ساختار همگن در درصد های وزنی کم اکسید گرافن هستند. در مقایسه با فیلم های نانوفیبرهای سلولزی تمپو اکسید شده(TOCNF/GO0%)، ​​ میانگین مقاومت کششی فیلم های نانوکامپوزیت نانوفیبرهای سلولزی تمپو اکسید شده و 5/1 درصد وزنی اکسید گرافن(TOCNF/GO1.5%)، 19 درصد افزایش یافت که از نظر آماری معنی دار نبود. همچنین میانگین مقاومت کششی فیلم های نانوکامپوزیت نانوفیبرهای سلولزی تمپو اکسید شده و 3 درصد وزنی اکسید گرافن (TOCNF/GO3%)،  5/14 درصد کاهش یافت که از نظر آماری معنی دار نبود.  نتایج تحلیل گرمایی وزن سنجی نشان داد که دمای تخریب حرارتی فیلم های نانوکامپوزیت TOCNF/GO0.5%، TOCNF/GO 1.5% و  TOCNF/GO3% در مقایسه با فیلم TOCNF/GO0%  کمی به سمت دمای پایین تر تغییر کرد.

    کلیدواژگان: نانوفیبرهای سلولزی تمپو اکسید شده، خمیر اکالیپتوس، اکسید گرافن، فیلم نانوکامپوزیت
  • عباس شیخ*، فواد فراهانی صفحات 57-69
    فیلم های زیست تخریب پذیر بر پایه نشاسته ذرت و ژلاتین گاوی با بکارگیری اکسترودر دوماردون همسوگرد و استفاده از آب و سوربیتول به عنوان دو نرم کننده تولید شد. به منظور بالا بردن آبگریزی از دو روش واکنشی بهره برده شد: یکی ایجاد پیوند شیمیایی با واکس پارافین با انیدرید مالییک و دیگری استیله کردن با بهره گیری از انیدرید استیک. در هر دوی این روش ها اکسترودر به عنوان واکنش گاه بکار رفت. سپس، فیلم های زیست تخریب پذیر از آمیخته های دوتایی نشاسته/ژلاتین و سه تایی نشاسته/ژلاتین/نشاسته پیوند خورده با پارافین و نیز نشاسته/ژلاتین/نشاسته پیوند خورده با انیدرید استیک با همان فرآیند اکستروژن ریخته گری شدند. فیلم ها از نظر خواص مکانیکی و سدگری در برابر رطوبت با استفاده از آزمون های کشش، زاویه تماس، جذب آب و تراوایی بخار آب ارزیابی و مقایسه شدند. نتایج نشان داد با وارد کردن نشاسته پیوند خورده با پارافین به آمیخته نشاسته/ژلاتین میزان آبگریزی بر اساس سه شاخص زاویه تماس با آب بیش از ° 28 افزایش، جذب آب 9 درصد کاهش و تراوایی بخار آب 2/4 درصد کاهش می یابد و در عین حال ویژگی های مکانیکی با آمیخته دوتایی نشاسته/ژلاتین قابل مقایسه است. از سوی دیگر در فیلم های تهیه شده از نشاسته/ژلاتین/انیدرید استیک در مقایسه با نشاسته/ژلاتین زاویه تماس ° 21 افزایش یافت و جذب آب 5/4 درصد کم شد، اما خواص مکانیکی افت کرد و تراوایی نسبت به بخار آب 5/3 درصد افزایش یافت.
    کلیدواژگان: پلیمرهای طبیعی، فیلم ریخته گری، اکستروژن واکنشی، آب دوستی، زاویه تماس
  • فاطمه زنبیلی، مهدی محمودیان* صفحات 71-87
    یکی از راه حل هایی که با توسعه نانوفناوری و الکتروریسی توسعه نسل جدید غشاها پیشنهاد شده است، استفاده از الیاف برای تهیه غشاهای متخلخل می باشد. این الیاف به صورت نانوکامپوزیتی نیز قابل تهیه بوده و کارکرد غشاها با اضافه کردن نانوذرات به شدت بهبود می یابد. در این مطالعه غشاهای نانوکامپوزیتی الیافی از جنس پلی فنیل سولفون و به روش الکتروریسی ساخته شد. به عنوان افزودنی در غشاهای الیافی از گرافن اکسید و گرافن اکسید اصلاح شده با پلی اکریلامید بهره گرفته شد. برای اصلاح گرافن اکسید، مونومر آکریل آمید با استفاده از روش پلیمریزاسوین رادیکالی زنده در سطح گرافن اکسید، پلیمریزه شد. با توجه به بررسی های انجام شده، گرافن اکسید اصلاح شده با پلی آکریلامید تاکنون در روش الکتروریسی به عنوان افزودنی استفاده نشده و تاثیر آن بر عملکرد غشا مورد مطالعه قرار نگرفته است. گرافن اکسید و غشاهای سنتز شده با آنالیزهای گوناگون، مورد شناسایی و بررسی قرار گرفتند و مشخص شده که افزودن گرافن اکسید اصلاح شده به غشا باعث بهبود خواصی از قبیل هیدروفیلیسیته و شار آب خالص می گردد، طوری که زاویه تماس آب در غشاهای حاوی 0.5 درصد گرافن اکسید و گرافن اکسید اصلاح شده نسبت به غشای بدون افزودنی به ترتیب 9 و 21 درجه کاهش نشان داد. میزان تورم در این غشاها به ترتیب 110 و 175 درصد نسبت به غشای خالی افزایش داشت. شار آب خالص در این غشا ها 221 و 360 به دست آمد که نسیت به غشای خالی بیشتر بود.کارایی غشاها با بررسی حذف نمک ها، رنگ ها و فلزات سنگین مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج نشان داد که غشاهای نانوکامپوزیتی به صورت موثرتری می توانند این گونه ها را حذف نمایند. در حذف نمک ها و فلزات سنگین غشای دارای 1/0 درصد از گرافن اکسید عملکرد بهینه داشت و در حذف رنگ های غشای بهینه دارای 1 درصد گرافن اکسید اصلاح شده بود.
    کلیدواژگان: غشاهای نانوکامپوزیتی الیاف، گرافن اکسید اصلاح شده، الکتروریسی، حذف فلزات و رنگ ها
  • میثم احمدی، لیلا دولتیاری*، محمدرضا یافتیان صفحات 89-106

    در این مقاله ساخت یک غشاء پلیمری درون گیر (که به اختصار "پیم" نامیده می شود) حاوی اتر تاجی دی سیکلو هگزانو-18-کراون-6 (DC18C6) و کاربرد آن در استخراج یون کروم(VI) از محلول های آبی گزارش شده است. غشاهایی با استفاده از پلیمرهای پایه پلی وینیلیدین فلوراید-co-هگزا فلویورو پروپیلن (PVDF-HFP)، سلولز تری استات (CTA) و پلی وینیل کلراید (PVC)، به همراه استخراج کننده DC18C6 و نرم کننده ارتو-نیترو فنیل اکتیل اتر (NPOE) با نسبت های وزنی مختلف تهیه شدند. این غشاها از نظر شفافیت، مقاومت مکانیکی و توانایی استخراج یون کروم (VI) از محلول های اسیدی مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفتند. از میان غشاهای تهیه شده، غشاء با ترکیب 45 درصد وزنی پلیمر PVC، 20 درصد DC18C6  و 35 درصد NPOE به عنوان غشاء بهینه انتخاب شد. غشاء انتخاب شده قادر به استخراج 57 درصد از یون های کروم (VI) در محلولی با غلظت اولیه 4/10 میلی گرم بر لیتراز این یون و غلظت2/1 مول بر لیتر هیدروکلریک اسید، پس از 21 ساعت است. بررسی ها نشان داد که فرآیند استخراج با تشکیل زوج یون [DC18C6H+][CrO3Cl-] همراه است. غشاء تهیه شده دارای ظرفیت 7 میلی گرم از یون های کروم (VI) بر گرم غشاء است. این غشاء قادر به استخراج گزینشی بسیار خوب یون های کروم (VI) از محلول های حاوی مس (II)، نیکل (II)، روی (II)، کادمیم (II) و نیترات است. غشاء مورد مطالعه برای حذف کروم (VI) از برخی نمونه های حقیقی بکار گرفته شد. مطالعه  سینتیک و هم دمای فرایند استخراج نشان داد که  فرآیند استخراج کروم (VI)توسط غشاء مورد مطالعه به ترتیب از معادله شبه مرتبه دوم و مدل هم دمای دابینین-رادشکوویچ تبعیت می کند.

    کلیدواژگان: غشاء پلیمری درون گیر، دی سیکلو هگزانو-18-کراون-6، کروم(VI)، استخراج، سینتیک، ایزوترم
  • امیر حقیقی، محمد حقیقی*، مریم شعبانی صفحات 107-123
    در این تحقیق، نانوورقه های اکسیدگرافن کاهش یافته (rGO) 32 لایه ای با نواقص کربنی، به عنوان یک نانو-جاذب،  با استفاده از روش تک مرحله ای سونو-سالوترمال سنتز شد. خصوصیات این نانو-جاذب با استفاده از آنالیزهای مختلفی همانند XRD، Raman، FESEM، آنالیز 3D، TEM، EDS، FTIR و طیف سنجی UV-Vis تعیین شد. نتایج نشان داد که rGO به خوبی طی فرآیند سونو-سالوترمال و کاهش موثر اکسید گرافن تشکیل شد. به طوری که، با توجه به نتایج آنالیز رامان، کاهش GO به rGO و نیز ایجاد نواقص ساختاری تایید شد. همچنین با توجه به نتایج طیف های UV-Vis، پیک ظاهر شده در طول موج nm 300 در طیف اکسیدگرافن، منسوب به انتقال n به *π پیوندهای C=O موجود در گروه های عاملی، در طیف rGO ظاهر نشد. این نانو-جاذب در حذف سیپروفلوکساسین (آنتی بیوتیک فلوروکینولون)، به عنوان یک آلاینده ی مدل از گروه آلاینده های نوظهور، مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتایج آزمایشگاهی، بیشینه کارآیی جذب سطحی برای آنتی بیوتیک سیپروفلوکساسین با استفاده از rGO در طول 120 دقیقه حاصل شد (%9/98). همچنین بررسی ایزوترم های جذب نشان داد که فرآیند جذب سطحی مذکور منطبق با ایزوترم جذب فرندلیچ است.
    کلیدواژگان: اکسیدگرافن کاهش یافته، نواقص کربنی، سونو- سالوترمال، نانوجاذب، تصفیه ی آب
  • مریم حقیقی زاده، حسین آقایی*، کریم زارع، مجید منجمی صفحات 125-138
    در این مطالعه از پودر برگ کاسنی فرآوری شده به عنوان جاذب طبیعی برای حذف یون کبالت از محیط های آبی استفاده شد. جاذب بومی فرآوری شده توسط چندین روش از جمله پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، طیف سنجی تبدیل فوریه (FTIR)، تخلخل سنجی Brunauer-Emmet-Teller) BET) و آنالیزور اندازه ذرات (PSA) مشخصه یابی شد. مجموعه ای از آزمایش ها برای تشخیص شرایط بهینه و بررسی اثرات پارامترهای گوناگون مانند غلظت اولیه ، زمان تماس، مقدار دوز جاذب، pH محلول و دما بر روی درصد جذب انجام شد. شرایط بهینه به دست آمده برای حذف کبالت عبارتند از: 8-6=pH ، زمان تماس 20 دقیقه، دوز جاذب 20 میلی گرم و غلظت اولیه 15 (میلی گرم بر لیتر). داده های جذب نشان داد که روند جذب با ایزوترم لانگمویر سازگارتر است. داده های سینتیکی با مدل شبه مرتبه دوم با ضریب همبستگی معتبر مطابقت داشتند. محاسبه مقادیر ترمودینامیکی نشان داد که روند جذب به صورت خودبخودی، با کاهش آنتروپی و گرمازا است. سرانجام جاذب معرفی شده با جاذب قوی مانند نانولوله کربنی که با نانوذرات نقره دوپه شده بود (Ag2O-MWCNT) مقایسه شد. شرایط بهینه برای حذف یون کبالت توسط جاذب سنتزی فرآوری شده عبارت بودند از: غلظت اولیه 10 میلی گرم بر لیتر ، زمان تماس 40 دقیقه ، مقدار جاذب 30 میلی گرم و 7=pH. داده های جذب نشان داد که فرایند جذب برای یون کبالت با ایزوترم فروندلیچ سازگار است. داده های سینتیکی با مدل شبه مرتبه دوم با ضریب همبستگی معتبر مطابقت داشتند. محاسبه مقادیر ترمودینامیکی نشان داد که روند جذب به صورت خودبخودی و گرما زا بوده است. نتایج این مقایسه نشان می دهد جاذب طبیعی معرفی شده حتی بهتر از جاذب سنتزی و گران قیمت عمل می کند و در صورتی که فراوری ها و اصلاحات بیشتری بر روی این جاذب انجام گیرد، چشم انداز امیدوارکننده ای را فراهم می کند.
    کلیدواژگان: برگ کاسنی، جاذب، فلزات سنگین، کبالت، جذب سطحی
  • فریبا زارعی، عباس الهام بخش، پیمان کشاورز* صفحات 139-150
    در این مطالعه، از دو نانوذره TiO2 و Fe2O3  به منظور افزایش بازده فرآیند جذب و واجذب کربن دی اکسید بهره گیری شده است. بر این اساس، دو نانوذره ذکر شده در کسر وزنی های مختلف و با به کار گیری محلول متیل دی اتانول آمین با کسر وزنی 10 درصد، در فرآیند جذب و واجذب در یک برج حباب دار مورد مطالعه قرار گرفتند. در این راستا، ضمن بررسی پایداری نانوسیالات با استفاده از آنالیز Zeta potential ، نتایج تجربی بدست آمده برای فرآیند جذب و واجذب کربن دی اکسید در حضور نانوذره های ذکر شده، گزارش شد. نتایج بدست آمده نشان داد که هرچند هر دو نانوذره در بهبود بازده فرآیند جذب به طور موثری عمل کردند، با این حال نانوسیال TiO2 با کسر وزنی 1/0 % به دلیل پایداری بالا، حداکثر بازده را ارایه کرد، به طوری که سرانجام منجر به افزایش میزان جذب کربن دی اکسید تا 4/28 % نسبت به حلال پایه شد. علاوه بر این بررسی های صورت گرفته در فرآیند احیا نشان داد که هرچند ماهیت فلزی نانوذره های Fe2O3 در افزایش بازده واجذب کربن دی اکسید به میزان چشمگیری اثرگذار بوده است، اما پایداری پایین تر آن ها نسبت به نانوذره های TiO2 سرانجام منجر به تاثیر کمتر آن ها در فرآیند احیا شد بر این اساس نتایج بدست آمده نشان داد که بازده واجذب کربن دی اکسید در حضور نانوذره های TiO2 با کسر وزنی 05/0 % به میزان 8/25 % و در حضور نانوذره های Fe2O3 با کسر وزنی  05/0 % به میزان 5/28 % در دمای 70 درجه سلسیوس بوده است.
    کلیدواژگان: نانوذره های TiO2 و Fe2O3، کربن دی اکسید، جذب، واجذب
  • فروغ جعفری، شاداب شهسواری*، علی اکبر سیف کردی، فاطمه آذرخشی صفحات 151-167

    در این تحقیق به طریق نظری برهمکنش نانولوله بور نیترید (6،6) با طول  nm8  با ویتامین ب6 (پیریدوکسال فسفات) مورد بررسی قرار گرفت و اثرات نامستقر شدن الکترونی، برهمکنش های دوقطبی- دوقطبی و دافعه های فضایی بر روی خواص ساختاری و الکترونی و میزان واکنش پذیری ویتامین ب6 (پیریدوکسال فسفات) در حضور نانولوله بور نیترید (6.6) تک دیواره با طول 8 آنگستروم، با استفاده از محاسبات مکانیک کوانتومی نظریه تابعی چگالی، در سطح نظری محاسباتی B3LYP و سری پایهG* 31-6 مورد مطالعه قرار گرفت. در ادامه به منظور تعیین خاصیت رسانایی الکتریکی و رفتار شیمیایی نانولوله های بور نیترید در واکنش با ویتامین ب6، انرژی های الکترونی، ممان های دوقطبی، شکاف انرژی اوربیتال های مولکولی هومو- لومو، سختی شیمیایی (η)، پتانسیل شیمیایی الکترونی (μ) و الکترونگاتیویته مولیکن (χ) و انرژی جذب (EAd) در فاز گازی و حلال مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که انرژی جذب در فاز گازی و حلال به ترتیب با 962/12- و 895/7- کیلوکالری بر مول می باشد که نشان می دهد واکنش جذب در هر دو فاز از نظر انرژی انجام پذیر است. در فاز گازی شکاف انرژی در مخلوط کپسوله شده ویتامین ب6 - نانولوله بور نیترید، (517/3Eg=  الکترون ولت) نسبت به شکاف انرژی در مولکول ویتامین ب6 به تنهایی (561/4Eg=  الکترون ولت) کاهش یافته است. در مخلوط کپسوله شده ویتامین ب6 - نانولوله بور نیترید، با کاهش شکاف انرژی  Eg، میزان پارامتر سختی کمتر شده، همچنین پارامتر نرمی کاهش یافته و مقادیر الکترونگاتیوی و الکتروفیلیسیتی افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: انکپسوله کردن ویتامین ب6، انرژی جذب، نانولوله بور نیترید، محاسبات مکانیک کوانتومی
  • شقایق کیالاشکی، حامد قنبری، علی اکبر صبوری، حسین درخشان خواه* صفحات 169-187

    نانوذره های اکسید آهن سوپرپارامغناطیس (SPIONs) با ترکیب مولکولی Fe3O4 برای برهمکنش های پروتیینی و مطالعه دارورسانی در نظر گرفته شد. با توجه به این که SPIONs  در نانوپزشکی و سامانه های دارورسانی نقش چشمگیری دارند، بررسی برهمکنش بین SPIONs و یک پروتیین مدل و تغییرهای ساختاری و عملکردی آن می تواند در پژوهش های علمی روشنگر باشد. SPIONs با اندازه های 20، 50 و 100 نانومتر انتخاب شدند. مطالعه طیف سنجی UV-visible، برهمکنش بین پروتیین-نانوذره را نشان داد. دورنگ نمایی دورانی به منظور اندازه گیری تغییرها در ساختار ثانویه لیزوزیم در برهمکنش با SPIONs  استفاده شد و کاهش چشمگیری در ساختارهای مارپیچ پروتیین مشاهده شد. تجزیه و تحلیل خاموشی فلورسانس پروتیین به منظور درک ماهیت برهمکنش پروتیین-نانوذره مورد استفاده قرار گرفت.  برهمکنش SPIONs و لیزوزیم ترکیبی از خاموش شدن دینامیک و استاتیک را نشان دادند. فعالیت و ویژگی های آنزیمی لیزوزیم متصل به SPIONs در مقایسه با لیزوزیم آزاد اندازه گیری شد. فعالیت به طور چشمگیری در هر اندازه از SPIONs کاهش یافته است، اما Km تحت تاثیر شرایط گوناگون واکنش تغییر کرده است.

    کلیدواژگان: لیزوزیم، اکسید آهن سوپرپارامغناطیس، نانوذره ها، ساختار و عملکرد پروتئین، برهمکنش های نانو-زیستی
  • مهناز رحمانی، فرزانه زنجانچی*، محبوبه طاهرخانی صفحات 189-203
    در این پژوهش، عملکرد آنتی اکسیدانی آلفاتوکوفرول، α-TOCO، یکی از گونه های فعال ویتامین E با رادیکال CCl3O2 با استفاده از نظریه تابعیت چگالی، DFT، و مدل پیوستار قطبش پذیر شبه هادی، CPCM، در سطح نظری B3LYP/6-31G** و سه فاز مختلف گاز، روغن و آب مطالعه شده است. محاسبات انرژی برهمکنش نشان می دهد که بین رادیکال CCl3O2 و α-TOCO نیروی جاذبه وجود دارد و مقدار آن در فاز روغنی و آب بیش تر از فاز گازی می باشد. مطالعه سازوکارهای انتقال الکترون، ربایش اتم هیدروژن و اضافه شدن رادیکال نشان می دهد که فرایند اضافه شدن رادیکال نسبت به دیگر واکنش ها از نظر ترمودینامیکی مطلوب تر می باشد و فازهای روغنی و آبی هر دو فازهای مناسب برای انجام این نوع فرآیندها هستند. مقادیر کمیت های واکنش پذیر محاسبه شده نشان می دهد که α-TOCO در برابر رادیکال CCl3O2 تمایل به اکسیدشدن دارد که این تمایل در فاز آبی از همه بیشتر می باشد. همچنین با جذب رادیکال بر روی α-TOCO در هر فاز، خاصیت آنتی اکسیدانی α-TOCO کم می شود و الکترون پذیرندگی آن افزایش می یابد. نتایج محاسبات نظریه تابعیت چگالی وابسته به زمان، TD-DFT، نشان می دهند که طول موج بیشینه جذب، λmax، و قدرت نوسانگر متناظر با آن، fmax، برای α-TOCO در فاز روغنی بیشتر از فاز گازی و آب می باشد.λmax و fmax ها با جذب رادیکال بر روی α-TOCO به طور قابل ملاحظه تغییر می کند و در فازهای روغنی و آبی،λmax  همتافت CCl3O2 و α-TOCO  نزدیک به طول موج نور قرمز رنگ می شود. نتایج حاصل از محاسبات اتم ها در مولکول ها، AIM، نشان می دهند که برهمکنش های ایجاد شده بین α-TOCO و رادیکال CCl3O2 در هر سه فاز از نوع پیوند هیدروژنی و واندروالسی است با این تفاوت که تعداد پیوندها و قدرت پیوندهای ایجاد شده به ترتیب از فاز روغنی به فاز آبی و از فاز آبی به فاز گازی کاهش می یابد. این نتیجه با مقادیر محاسبه شده برای انرژی های برهمکنش و مقادیر کمیت های ترمودینامیکی واکنش اضافه شدن رادیکال به α-TOCO مطابقت دارد.
    کلیدواژگان: ویتامینE، رادیکال آلکیل پراکسید، DFT، TDDFT، AIM
  • مجید جعفریان*، آی لار زمانی صفحات 205-212
    افزایش گرمای کره زمین و نیاز روز افزون به انرژی موضوعات مهمی هستند که موجب گسترش انواع انرژی تجدید پذیر شده است. هدف بررسی اثر افزودن سولفیدکادمیم و سولفیدروی در سولفیدمس و سولفیدسرب و بهبود حساسیت سل ساخته شده به روش جذب و واکنش متوالی لایه یونی در شرایط نور و تاریکی است. بهترین سل ساخته شده در طی انجام این پروژه سل 8CuS/2CdS / 8 PbS (0.5 M)  / Cu sheet می باشد. بیشترین اختلاف شدت جریان تاریکی و نورسل مذکور در پتانسیل یک ولت 14 میلی آمپراست. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی سل مذکور نشان داد ذرات نیمه هادی در حد نانومتر است. بررسی خاصیت فتوالکتروشیمیایی به کمک تکنیک های الکتروشیمیایی کرونوآمپرومتری، ولتامتری چرخه ای و کرونوپتانسیومتری انجام شده است .
    کلیدواژگان: سلول خورشیدی، نقاط کوانتومی، سیلار، سولفیدکادمیم
  • الهه رجائیان*، آوات آرمان طاهرپور صفحات 213-226
    در این تحقیق، فعالیت و اثر انرژی پتانسیل فشار حلقه در سیکلو آلکین های ساده 10-7 عضوی در واکنش با نیتریل اکسیدها، نیتریل سولفیدها و تری آزول ها توسط روش DFT مطالعه شده است. خواص ساختاری، داده های ترمودینامیکی و سینتیکی مثل تغییرات انرژی آزاد واکنش (ΔrG)، تغییرات انرژی آزاد حالت گذار (ΔG*) و ثابت های سرعت واکنش (k) در دمای K 298 بدست آمده و تاثیر گروه های استخلافی (R) در دوقطبی ها (R-CNO, R-CNS, R-N3) بر روی بروی سرعت واکنش بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با کاهش اندازه حلقه و خمش پیوند سه گانه و در نتیجه افزایش انرژی پتانسیل فشار حلقه در سیکلوآلکین ها، ΔG*واکنش حلقه زایی کاهش می یابد. همچنین ثابت های سرعت و تغییرات انرژی آزاد واکنش ها با کاهش اندازه حلقه افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: محاسبات اربیتال مولکولی، DFT، واکنش حلقه زائی، نیتریل اکسید، نیتریل سولفید، تری آزول
  • اسماعیل رستمی*، مریم السادات قریشی نژاد، علی صابری، سید مهدی حقایقی صفحات 227-243
    در این کار پژوهشی کاتالیزگر گرافن اکسید عامل دار شده با 2-آمینوبنزوتیازول و فسفریک اسید به عنوان کاتالیزگر ناهمگن جهت تهیه آمیدوآلکیل نفتول ها استفاده شد. نخست گرافن اکسید تک لایه نانوساختار به روش اصلاح شده هامر از اکسایش در حضور اکسنده های قوی مانند سولفوریک اسید ، سدیم نیترات و پتاسیم پرمنگنات تهیه شد و در مرحله بعد بوسیله 2-آمینوبنزوتیازول عامل دار شد. جهت افزایش خواص کاتالیزگری فسفریک اسید بر روی محصول حاصل قرار داده شد. شناسایی کاتالیزگر و حدواسط گرافن اکسید عامل دار شده توسط روش های طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه، پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی، طیف سنجی پراش انرژی اشعه ایکس و آنالیز گرمایی وزن سنجی انجام شد. جهت بررسی کارایی کاتالیزگر در تهیه ترکیبات آلی، واکنش تهیه آمیدوآلکیل نفتول ها در حضور کاتالیزگر در شرایط بدون حلال از واکنش سه جزیی 2-نفتول، آلدییدها و آمیدها (اوره و استامید) بررسی شد. بمنظور بدست آوردن شرایط بهینه، واکنش در حضور 4-کلروبنزآلدیید با تغییر مقدار کاتالیزگر، دما، زمان و حلال انجام شد که در بهترین حالت مقدار 02/0 گرم کاتالیزگر در زمان 20 دقیقه، شرایط بدون حلال و دمای 70 درجه سانتیگراد محصول با بازده 95 درصد بدست آمد.  واکنش در حضور آلدییدها با گروه های عاملی گوناگون با بازده مناسب انجام شد.  کاتالیزگر و روش مورد استفاده سازگار با محیط زیست بوده و از مزایای آنها در دسترس و غیر سمی بودن، عدم استفاده از حلال، زمان کم واکنش، خالص سازی آسان و عدم تولید محصولات جانبی می باشد.
    کلیدواژگان: کاتالیزگر گرافن اکسید، فسفریک اسید، 2-آمینوبنزوتیازول، آمیدوآلکیل نفتول، واکنش چند جزئی، تهیه در شرایط بدون حلال
  • حسن حذرخانی* صفحات 245-254

    در این پژوهش، تاثیر کمپلکس کبالت تری گوانیدین بنزایمیدازول تریس(تتراکیس (5،3- تری فلویورومتیل) فنیل) بورات بر روی واکنش الکترون دوستی آروماتیکی ایندول بررسی شده است. این واکنش به دلیل تشکیل پیوند کربن - کربن و شرکت یک ترکیب هتروسیکل از این نظر اهمیت دارد که می تواند در سنتز ترکیب های هتروسیکل راهگشا باشد. برای این منظور ابتدا کمپلکس کبالت تری گوانیدین بنزایمیدازول تری کلرید Co(GBI)33+, 3Cl- از واکنش کبالت (II) کلرید شش آبه با گوانیدین بنزایمیدازول سنتز شده و تاثیر آن بر واکنش جایگزینی - افزایشی الکترون دوستی آروماتیکی مطالعه شد. نتیجه ها نشان دادند که این کمپلکس نمی تواند واکنش ایندول را با بتا- نیترو استایرن کاتالیز کند. سپس کمپلکس کبالت تری گوانیدین بنزایمیدازول تریس (تتراکیس (5،3- تری فلویورومتیل) فنیل) بورات، Co (GBI) 33+, 3BArf-  سنتز شده و واکنش الکترون دوستی ایندول با بتا- نیترواستایرن در حضور مقدار 10% مولی از این کمپلکس مورد مطالعه قرار گرفت. نتیجه ها نشان دادند که جایگزینی یون کلرید با یون تتراکیس (5،3- تری فلویورومتیل) فنیل) بورات سبب می شود که واکنش به خوبی پیش برود و کاتالیز شود زیرا خصلت چربی دوستی کمپلکس افزایش یافته و در حلال های با قطبیت کم تر مانند دی کلرومتان حل می شود و در مجاورت بتا- نیترواستایرن قرار گرفته و با آن برهمکنش های قوی تری می دهد. به طوری که بخش گوانیدین بنزایمیدازول موجود در کمپلکس، با بتا- نیترواستایرن پیوند هیدروژنی می دهد وآن را برای حمله ایندول واکنش پذیرتر می کند. در ادامه واکنش 5- متوکسی ایندول نیز با بتا- نیترواستایرن بررسی گردید و مشخص شد که این کمپلکس به طور کلی واکنش الکترون دوستی ایندول و ایندول های استخلافی با بتا -نیترو استایرن را سرعت می بخشد.

    کلیدواژگان: گوانیدین بنزایمیدازول، ایندول، جایگزینی الکترون دوستی آروماتیکی، بتا- نیترواستایرن، کمپلکس کبالت
  • سید جواد حسینی* صفحات 255-273

    در این تحقیق توتومری شدن مولکول 3, 4-دی هیدرو پیریمیدین- 2(اH) -ایمین (3,4DHP) به 1, 6-دی هیدرو پیریمیدین-2-آمین (1,6DHP) و به 1, 4-دی هیدرو پیریمیدین-2-آمین (1,4DHP) در سطح محاسباتی B3LYP/6-31++G (d, p) در دمای 15/298 کلوین مورد مطالعه قرار گرفته است. هر یک از این دو فرایند با دو مکانیسم پیشنهادی بررسی شدند. مکانیسم اول (مکانیسم A) انتقال مستقیم هیدروژن از طریق حالت های گذار چهار عضوی TS13 و TS24 است که مسیرهای p (a) و p (b) نامیده می شوند. مکانیسم دوم (مکانیسم B) تشکیل سه دیمر و انتقال همزمان دو هیدروژن از طریق حالت های گذار TS1133، TS1324 و TS2224 است. نتایج نشان می دهد که در فاز گازی انرژی مورد نیاز برای تبدیل توتومرها از طریق مکانیسم A در دو مسیر p (a) و  p (b) به دلیل فشار موجود در حلقه چهار عضوی حالت های گذار مربوطه نسبتا بالا بوده و به ترتیب برابر 31/38 و 29/40 کیلوکالری برمول است. در حالیکه انرژی مورد نیاز برای غلبه بر سد انرژی در حالت های گذار TS1133، TS1324 و TS2224 بسیار کمتر بوده و به ترتیب برابر با 01/7 ،19/ 8 و 98/8 کیلوکالری برمول است. برای بررسی اثر حلال بر سینتیک و ترمودینامیک فرایند توتومری در مسیرهای p (a) و  p (b) مدل های حلال آشکار، قفس حلال و ترکیب آن دو، در حلا ل های متفاوت (پروتون دهنده و غیر پروتون دهنده) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که بکارگیری حلال قطبی پروتون دهنده، سد انرژی حالت های گذار مربوطه را به مقدار بسیار قابل توجهی کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: توتومری شدن، پیریمیدین ها، مطالعه تئوری تابع چگال، اثر حلال، مدل حلال آشکار، مدل قفس حلال
  • کیانوش شجاع، بهنام خوش اندام* صفحات 275-287
    شرکت های داخلی تولید کننده فلزات برای تامین انرژی مورد نیاز فرآیندی با مشکلات بسیار زیادی رو به رو هستند. این شرکت ها اغلب از کوره های صنعتی گازی استفاده می کنند که علاوه بر مصرف انرژی بسیار بالا، تاثیر بسیار منفی بر محیط زیست دارند. به همین دلیل، پیشنهاد فرآیندهای مدرن برای احیای اکسید فلزات به منظور کاهش مصرف انرژی بسیار مورد توجه خواهد بود. در این پژوهش، بستر کربنی یک سیستم احیا کننده اکسیدهای فلزی جدید تحت امواج مایکروویو مدل سازی شده است. در این سیستم، بستر کربنی وظیفه گرمادهی را بر عهده داشته و امواج الکترومغناطیسی را به گرما تبدیل می کند. با توجه به اینکه گرانول های اکسیدهای فلزی در این سیستم در درون بستر کربنی قرار گرفته و بستر کربنی تقریبا تمام امواج الکترومغناطیسی را جذب می کند، از اثرات گرمایشی اکسیدهای فلزی صرف نظر شد. مقایسه نتایج حاصل از مدل سازی با داده های تجربی مرتبط با دمای بستر کربنی نشان داد که مدل مورد استفاده دارای دقت مناسبی بوده و میانگین خطا کمتر از 5 درصد است. بر اساس مدل سازی انجام شده مشخص شد که با افزایش توان مایکروویو از 1000 وات به 1200 وات میزان دمای بستر کربنی (بدون در نظر گرفتن گرانول های اکسیدهای فلزی) به اندازه 9 درصد افزایش یافت. علاوه بر این، مشخص شد که سیلیسیم کاربید به عنوان جاذب امواج مایکروویو از نظر نرخ تولید حرارت از کربن فعال مورد استفاده عملکرد بهتری داشت. همچنین، نتایج نشان داد با افزایش پارامتر قابلیت انتشار بستر کربنی میزان حداکثر دمای حاصله کاهش می یابد. همچنین، با تغییر پارامتر قابلیت انتشار از 95/0 به 65/0 میزان دمای نهایی بستر پس از 15 دقیقه 9 درصد افزایش یافت.
    کلیدواژگان: امواج مایکروویو، جاذب امواج مایکروویو، سیستم مدرن حرارت دهی، اکسیدهای فلزی
  • فاطمه سرایلو، الهام باهر* صفحات 289-297
    در صنایع غذایی تولید کننده مواد پروتیینی نظیر مرغ، ماهی، سوسیس و کالباس،  بکارگیری روش های نوین بسته بندی  هوشمند که قادر به افزایش زمان ماندگاری، کنترل و نمایش تغییرات در طی مدت نگهداری و حفظ کیفیت فراورده باشد، همواره جالب توجه بوده است. هدف از این پژوهش ارایه حسگر رنگ سنجی وابسته به pH  است که علاوه بر سادگی،  کم هزینه و بدون سمیت به جهت تشخیص فساد مواد پروتیینی در طی زمان نگهداری باشد. آزمایشات برای نمونه های پروتیینی در دو دمای محیط و دمای یخچال (C° 4) انجام شده است. جهت ساخت این حسگر از کاغذ واتمن آغشته به عصاره های آبی دور ریز میوه جات و گیاهان استفاده گردید. رشد میکروارگانیسم ها در طول نگهداری مواد پروتیینی منجر به تجزیه  آنها و تولید آمین های فرار می شود که با تجمع در محفظه بسته بندی  باعث قلیایی شدن محیط می گردد که در نتیجه آن  تغییر در رنگ کاغذ صافی آغشته به عصاره آبی با تغییر pH  اتفاق خواهد افتاد. این تغییرات رنگ با استفاده از عکس برداری و آنالیز سیستم CIELab مورد بررسی قرار گرفت. همچنین  مقادیر  اندیس تیوباربیتیوریک اسید،کل نیتروژن فرار آزاد شده مواد پروتیینی در طی مدت نگهداری،فنل کل عصاره های آبی بدست آمده از ضایعات گیاهی و تغییرات ظاهری نمونه ها ، جهت بررسی همخوانی تغییر رنگ حسگر با پیشرفت روند انجام شد. نتایج بدست آمده همخوانی تغییر رنگ حسگر با  روند پیشرفت فساد را تایید می کند.
    کلیدواژگان: حسگر رنگ سنجی، میزان ازت های فرار، اندیس تیوباربیتوریک اسید، شیمی سبز، حسگر pH
  • علی کریمی*، علی چشمه روشن، مریم مشایخی صفحات 299-306

    گاز طبیعی، تعدادی از جریان های خوراک پالایشگاهی و پتروشیمی دارای مقدار کمی از جیوه می باشند و این عنصر برای انسان، محیط زیست و تجهیزات فرآیندی مورد استفاده در صنایع مذکور بسیار خطرناک می باشد. در این مطالعه عملکرد جذب جیوه عنصری از گاز طبیعی شبیه سازی شده بوسیله جاذب های سولفید مس بارگذاری شده روی آلومینای فعال (Activated Alumina) بررسی شده است. در این تحقیق، جاذب های سنتز شده با استفاده از روش های آزمایش پراش اشعه ایکس  XRD، اندازه گیری سطح ویژه (BET)، تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی (TEM)، آزمایش اندازه گیری و شناسایی عناصر(XRF) و آزمایش کربن/گوگرد LECO ارزیابی شده اند. در اینجا گاز طبیعی شبیه سازی شده بوسیله تبخیر مایع جیوه که درون یک اشباع کننده(Saturator) شیشه ای است، در دمای 60 درجه سلسیوس به درون نیتروژن خالص بدست می آید. در ابتدا جاذب های سنتز شده در یک راکتور بستر ثابت (Fixed Bed)، با استفاده از جریان رقیق شده هیدروژن سولفید در دمای 285 درجه سلسیوس، سولفیده شده و سپس در معرض گاز طبیعی شبیه سازی شده در فشار اتمسفریک و دمای 60 درجه سلسیوس با دبی 220 میلی لیتر بر دقیقه قرار می گیرد. خصوصیت سنجی جاذبها نشان داده است که جاذب بهینه دارای حفرات بزرگتر و بطور معمول دارای ظرفیت جذب بالاتری نسبت به جاذب دیگر است. آزمایشات نشان داده است که جاذب بهینه در انتها تا حدود 19 درصد از جیوه در مقایسه با وزن جاذب، از جریان گاز حذف می کند.

    کلیدواژگان: جیوه، جاذب جیوه، سولفید مس، آلومینای فعال، گاز طبیعی شبیه سازی شده
  • حسین رهیده*، مسعود مفرحی، امیر عباس ایزدپناه صفحات 307-318

    در این مطالعه، دیدگاه های سینتیک کامل، تقریب نیرو محرکه خطی و تعادلی در شبیه سازی عددی سیستم های جذب سطحی گاز با روش عددی تفاضلات مربعی افزایشی، مورد بررسی قرار گرفت. به طوری که در دیدگاه سینتیک کامل، کلیه مکانیسم ها شامل نفوذ نادسن، جریان لزج، جریان لغزشی، نفوذ مولکولی و نفوذ سطحی لحاظ می شوند. در تقریب نیرو محرکه خطی، انتقال جرم با یک ضریب انتقال جرم کلی به جای کلیه مقاومت های انتقال جرم بیان می شود و در نتیجه حجم محاسبات کاهش می یابد. با این حال، تقریب نیرو محرکه خطی به شعاع متوسط دانه های جاذب بستگی زیادی دارد و افزایش شعاع دانه ها موجب انحراف بیشتر از دیدگاه سینتیکی کامل می گردد. در دیدگاه تعادلی، سنتیک جذب در نظر گرفته نمی شود و تغییرات غلظت در سیستم براساس هم دمای جذب تعادلی تعیین می گردد. نتایج نشان می دهد با افزایش شعاع دانه های جاذب، دیدگاه سینتیکی کامل برای توصیف رفتار جذب، دیدگاه مناسب تری خواهد بود. هم چنین مشاهده گردید که ضریب انتقال جرم کلی در فرآیند جذب بسته به شرایط دما و فشار تغییر می کند، به طوری که افزایش درجه حرارت سبب افزایش آن می شود و این وابستگی در فشارهای پایین دارای حساسیت بیشتری است. به علاوه، با افزایش فشار، ضریب انتقال جرم کلی از یک مقدار کمینه عبور کرده و سپس افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: جذب سطحی گاز، روش تفاضلات مربعی افزایشی، دیدگاه سینتیک کامل، دیدگاه تقریب نیرو محرکه خطی، دیدگاه تعادلی
  • علی بداخانیان، اکبر ملکی* صفحات 319-339
    در این پژوهش یک سیستم ترکیبی تجدیدپذیر بر مبنای استفاده از انرژی های خورشیدی و حرارتی اقیانوسی برای تولید توان و هیدروژن با به کارگیری کلکتور خورشیدی صفحه تخت از نظر ترمودینامیکی و اقتصادی مورد بررسی قرار گرفت. توابع هدف مورد بررسی در این پژوهش بازده اگزرژی و نرخ هزینه در نظر گرفته شد. دبی جرمی کلکتور، مساحت کلکتور، دمای ورودی به توربین و شدت تابش خورشیدی به عنوان چهار متغیر تصمیم گیری در نظر گرفته شدند و تاثیر این پارامترها بر روی عملکرد سیستم و اتلاف اگزرژی سیستم بررسی شد. بهینه سازی توابع هدف با روش نلدر-مید انجام شد. از بهینه سازی تک هدفه نتیجه شد که بهترین نرخ بازده اگزرژی سیستم 31/7 درصد و نرخ هزینه سیستم 48/27 دلار بر ساعت در حالت بهینه است. از تحلیل حساسیت نتیجه شد که افزایش پارامترهای مساحت کلکتور، شدت تابش خورشیدی و دمای ورودی به توربین تاثیر مثبتی را بر روی عملکرد سیستم داشته است و افزایش پارامتر نرخ دبی جرمی کلکتور خورشیدی تاثیر منفی بر روی عملکرد سیستم گذاشته است. همچنین از تحلیل اتلاف اگزرژی سیستم نتیجه شد که افزایش شدت تابش خورشیدی، مساحت کلکتور و همچنین نرخ دبی جرمی کلکتور باعث افزایش اتلاف اگزرژی کلی سیستم می شوند ولی افزایش دمای ورودی به توربین، باعث کاهش اتلاف اگزرژی سیستم می شود.
    کلیدواژگان: سیستم تجدیدپذیر، کلکتور خورشیدی صفحه تخت، تولید هیدروژن، اگزرژی، نرخ هزینه
  • سجاد وکیلی* صفحات 341-350
    در این گزارش، از نانو ذرات Fe3O4  و Al2O3 برای بررسی اثرات آن ها بر تشکیل واکس، ریخت شناسی و رفتار جریانی نفت خام در یک نمونه نفتی استفاده شده است. برای این منظور، آنالیز گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC)، آنالیز میکروسکوپ قطبی نوری  (CPM) و آنالیز ویسکومتری به عنوان تکنیک های اصلی تجربی مورداستفاده قرارگرفته اند. نانو ذرات Fe3O4 و Al2O3 به ترتیب با کاهش WAT از 24 درجه سلسیوس به 14 و 5/17 درجه سلسیوس در ppm 100  بیشترین تاثیر مثبت را بر تشکیل اولین کریستال واکس (WAT) نفت خام داشته اند. افزودن نانو ذرات به نفت خام باعث تغییر شکل کریستال های واکس به ساختارهای کروی تر و منظم تر شده است. علاوه بر این، حضور نانو ذرات از تشکیل شبکه سه بعدی قوی در ساختارهای واکس در دماهای بالا جلوگیری کرده است. بنابراین، ویژگی های منحصربه فرد وابسته به اندازه نانو ذرات، عامل کنترل رشد هسته های کریستال واکس و کاهش WAT می باشد. یافته های این کار پتانسیل نانو ذرات Fe3O4 و Al2O3 را به عنوان افزودنی های کارآمد و کم هزینه برای تولید، ذخیره سازی و حمل و نقل نفت خام واکسی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: نفت خام، واکس، نانو ذرات، کریستالیزاسیون، دمای تشکیل اولین کریستال واکس
  • کورش گودرزی* صفحات 351-358
    با وجود چندین سیستم بودارکننده گاز طبیعی مصرفی، مانند سیستم کنارگذر و سیستم تزریقی، به دلایلی از جمله مشکلات و محدودیت های سیستم های موجود، معرفی سیستم بودار کننده جدید با محدودیت های کمتر ضروری به نظر می رسد. در حال حاضر، در سیستم توزیع گاز در سطح کشور تنها از دو سیستم فوق برای بودار کردن گاز استفاده می شود. از آنجا که سیستم تزریقی از هزینه بالای تعمیر و نگهداری برخوردار است و همچنین سیستم کنارگذر نیز محدود به ظرفیت های پایین است، معرفی یک سیستم جدید برای بودار کردن گاز طبیعی مصرفی بسیار ضروری است. در این مقاله به معرفی یک سیستم جدید بودار کننده گاز پرداخته شده است. سیستم مورد نظر با ترکیب یک اجکتور با سیستم کنارگذر بوجود آمده است. در این مقاله، مدلسازی سیستم ترکیبی مورد مطالعه انجام گرفته و تاثیر پارامترهای مهم مانند فشار گاز زیرکش شده (فشار گاز در بالادست)، دبی جرمی ماده بودارکننده، دمای گاز زیرکش شده (دما در بالادست)، قطر نازل و تعداد نازل نیز بر روی میزان گاز زیرکش شده جهت ورود به مخزن مرکاپتان و جذب مقدار مورد نیاز از ماده بودارکننده متناسب با شرایط، انجام گرفته است. نتایج نشان می دهد که قطر نازل و تعداد نازل تاثیری بر روی نرخ جرمی جریان گاز مورد نیاز برای سیستم بودارکننده ندارد. اما نرخ جرمی جریان گاز مورد نیاز برای سیستم بودارکننده متاثر از فشار گاز و دمای گاز در بالادست سیستم بودارکننده است.
    کلیدواژگان: گاز طبیعی، بودار کردن گاز، سیستم کنارگذر، اجکتور
  • مسعود بهاور، محمدتقی صادقی* صفحات 359-370

    فرآیندهای تزریق دی اکسید کربن از جمله روش های موثر در ازدیاد برداشت نفت است. یک پارامتر کلیدی در طراحی پروژه تزریق دی اکسید کربن حداقل فشار امتزاجی است. از نقطه نظر تجربی، به طور معمول آزمایش لوله قلمی حداقل فشار امتزاجی را تعیین می کند. از آنجا که این آزمایش بسیار پرهزینه و زمان بر است، معمولا روش های سریع و قوی دیگر برای تعیین حداقل فشار امتزاجی مورد تقاضا است. در این تحقیق دو مدل جدید برای پیش بینی حداقل فشار امتزاجی نفت و دی اکسید کربن خالص و ناخالص و هم چنین اثر ناخالصی ها بر حداقل فشار امتزاجی ارایه شده است. از شبکه عصبی و رگرسیون ماشین بردار پشتیبان به منظور طراحی شبکه برای پیش بینی حداقل فشار امتزاجی استفاده شده است. این شبکه ها توسط داده های معتبر شامل متغیرهای مستقل آموزش داده شده اند. دقت متوسط مقادیر پیش بینی شده برای شبکه عصبی برحسب مقدار ضریب تعیین  و مقدار میانگین خطای مربع، 9863/0 و 0018/0 می باشد. این مقادیر برای رگرسیون ماشین بردار پشتیبان به ترتیب 9870/0 و 0017/0 می باشد. علاوه بر این، مدل های جدید می توانند برای پیش بینی حداقل فشار امتزاجی نفت دی اکسید کربن ناخالص در غلظت های بالای اجزای غیر از دی اکسید کربن (تا 100% برای متان و 50% برای سولفید هیدروژن) مورد استفاده قرار گیرند.

    کلیدواژگان: ازدیاد برداشت، حداقل فشار امتزاجی، شبکه عصبی، رگرسیون ماشین بردار پشتیبان
  • بنیامین جهانتیغ، محمدرضا سردشتی بیرجندی، جعفر صادقی، فرهاد شهرکی* صفحات 371-385

    واحد اتیلن یکی از اصلی ترین بخش های صنعت پتروشیمی است. این ماده یک واسطه مناسب در فرآیند تولید مواد شیمیایی زیادی از جمله پلی اتیلن و اتیلن گلیکول می باشد. شکست حرارتی هیدروکربن ها متداول ترین روش تولید اتیلن است که در کوره های شکست حرارتی واحد الفین صورت می گیرد. در مقاله حاضر به شبیه سازی، کنترل و آنالیز حساسیت کوره های واحد الفین پتروشیمی مروارید پرداخته شده است. در ابتدا واحد در حالت پایا در محیط Aspen Plus شبیه سازی شد و پس از اطمینان از دقت شبیه سازی، نتایج حاصل به عنوان نقطه شروع برای شبیه سازی دینامیک در محیط Aspen Dynamic مورد استفاده قرار گرفت و به بررسی رفتار دینامیکی واحد پرداخته شد. میزان دقت شبیه سازی در حالت پایا و دینامیک مطلوب بوده به طوری که میانگین خطا برای اطلاعات جریان های در نظر گرفته شده در مقایسه با داده های طراحی در حالت پایا و دینامیک به ترتیب 15/1% و 42/0% است. سپس دبی خوراک طی چند مرحله و به صورت پلکانی تا 6/6% دبی اولیه افزایش یافت. در این حالت تولید اتیلن مقداری ثابت (تبدیل 5/38% خوراک به اتیلن) در نظر گرفته شد. برای رسیدن به این میزان تبدیل اتیلن، متناسب با افزایش دبی، دمای کوره های شکست افزایش پیدا کرد. با این تغییرات، دبی تولیدی اتیلن 86% تغییرات خوراک ورودی خواهد بود. در مرحله بعد تغییر درترکیب خوراک مورد بررسی قرار گرفت و غلظت پروپان در خوراک به صورت پلکانی افزایش و غلظت اتان کاهش داده شد. در این حالت کسر جرمی پروپان در خوراک از 52/2% به 52/12% رسید. با توجه به این تغییرات و بدون تغییر شرایط عملیاتی واحد نهایتا دبی اتیلن نسبت به حالت اولیه 3/3% کاهش یافت.

    کلیدواژگان: اتیلن، کوره شکست حرارتی، Aspen، شبیه سازی دینامیک، افزایش ظرفیت، تغییر ترکیب خوراک
  • سید محمدامین خاتمی، هومن فتوره چی*، احسان معانی صفحات 387-398

    کنترل برج تقطیر به دلیل اهمیت بالای این واحد، یکی از دغدغه های اصلی در طراحی فرآیندهای شیمیایی است. به دلایل مختلف عملیاتی ممکن است در برج های تقطیر خطا رخ دهد که عملکرد فرآیند با اختلال جدی مواجه سازد یا منجر به بروز حوادث ناگوار شود. در این پژوهش کوشش شده است با یکی از مدل های معتبر موجود برای برج تقطیر عریان ساز فرآیند تنسی ایستمن در نرم افزار متلب، خطاهای محتمل در کارکرد برج مربوط به این فرآیند، توسط آزمون آماری مجذور تی هتلینگ شناسایی شود و پس از تشخیص آن با روش پیشنهادی عیب شناسی می توان برای این مساله نوع خطا را تشخیص داد. روش ارایه شده می تواند خطاهای احتمالی در مدل را با دقت بالا و در مدت زمان کوتاه (حداکثر 1/0 ساعت) تشخیص دهد.

    کلیدواژگان: مساله تنسی ایستمن، تشخیص خطا، برج تقطیر، مجذور تی هتلینگ
  • آناهیتا مبصری، هومن فتوره چی*، محمد فروغی دهر، سهراب علی قربانیان صفحات 399-415
    استفاده از هیدروژن در مقیاس بزرگ، نیازمند کنترل ریسک دقیق می باشد که با سرمایه گذاری بر روی روش تحلیل ریسک قابل اطمینان، قابل دستیابی می باشد. در مطالعه ی حاضر برای بررسی خطرات ناشی از حضور هیدروژن در شرایط فشار و دمای بالا در واحد تولید سوربیتول، ابتدا از روش تحلیل مفهوم خطر به همراه روش تحلیل کیفی ریسک برای شناسایی خطرات اصلی موجود در واحد  استفاده شده است. سپس از نرم افزار PHAST 8.22 برای مدل سازی پیامدهای ناشی از سناریوها با ریسک بالا، روش تحلیل ریسک کمی با استفاده از داده های ارزیابی ریسک انجمن بین المللی تولیدکنندگان نفت و گاز به منظور تخمین فرکانس سناریوها و روش تحلیل درخت رویداد برای تخمین فرکانس پیامدهای ناشی از سناریوهای تعریف شده، مورد استفاده قرار گرفته است. در آخر نواحی آسیب پذیر در اثر پیامد سناریوها، مشخص شده و تعداد تلفات درصورت بروز هر یک از این پیامدها مشخص شده است. با استفاده از نمودار فرکانس بر حسب تعداد تلفات بر اساس مدرک معیار پذیرش ریسک برای هیدروژن، نواحی با ریسک غیرقابل قبول مشخص شده اند. با توجه به این نمودار، ریسک راکتور و کمپرسور در ناحیه ی غیرقابل قبول قرار دارند که اقدامات لازم از نظر ساختاری، عملکردی و یا سازمانی برای کاهش ریسک مرتبط با این دو تجهیز باید در الویت قرار بگیرد.
    کلیدواژگان: فرآیند تولید سوربیتول، شبیه سازی فرآیند، تحلیل ریسک، نرم افزار PHAST
  • سلمان احمدی اسب چین*، محمد اکبری نسب، کلر ژرانت صفحات 417-429
    در دو دهه اخیر، آلودگی محیط زیست بوسیله فلزات سنگین افزایش یافته و تجمع این آلودگی ها در اکوسیستم های آبی خطرات زیادی را برای سلامت انسان ها، حیوانات، گیاهان و همچنین محیط زیست به همراه داشته است. از کادمیم و نیکل به عنوان فلزاتی که دارای خاصیت سمی و سرطانی است، یاد می گردد. در این تحقیق به جداسازی باکتری هایی از کارخانه صنایع فولاد و چشمه آب گرم لاویج استان مازندران، پساب کارخانه سوسیس و کالباس رمه استان گلستان، که دارای توانایی جذب زیستی کادمیم و نیکل می باشد، پرداخته شده است. در ادامه فرایند بهینه سازی جذب زیستی (اثر پارامتر هایی مانند: دما، غلظت فلز ها، مقدار باکتری، pH...) بررسی گردید. بر اساس نتایج فوق، بهترین جدایه برای حذف این فلز ها مورد استفاده قرار گرفته است. یافته های بیوشیمیایی، ریخت شناسی، و مولکولی نشان از نزدیکی جدایه منتخب به جنس باسیلوس داشته است. با توجه به تست حداقل غلظت مهاری، باکتری باسیلوس منتخب، تا غلظت ppm1500 از کادمیم و ppm2200 از نیکل مقاومت نشان داده است. بهینه pH برای حذف فلز های کادمیم، نیکل بوسیله باکتری منتخب به ترتیب، 5/6، 5/5 بوده و راندمان جذب فلز های کادمیم ، نیکل به ترتیب 72/0،  63/0 میلی مول بر گرم بوده است. درجه حرارت بهینه برای حذف فلز کادمیم، نیکل بوسیله باکتری باسیلوس 45 درجه سلسیوس است. ایزوترم جذب برای هر دو فلز به ایزوترم لانگمویر شباهت داشته که نشان از تک لایه بودن فرایند جذب سطحی دارد و سینتیک آن مطابق مدل سینتیک درجه دوم است و مقدار بهینه بیومس باکتری باسیلوس 5/1 گرم بر لیتر بدست آمده است. جدایه منتخب دارای ویژگی های مناسب برای استفاده در مقیاس حقیقی و صنعتی حاوی فلز های مذکور می باشد.
    کلیدواژگان: نیکل، کادمیم، روش سطح پاسخ، جذب زیستی
|
  • Zainab Moosavi-Movahedi *, Yazdan Sajadimehr, Mohsen Golbon Haghighi Pages 1-16

    Porphyrins can be widely considered as active site biocomplexes, while biomimetic-based synthetic metal porphyrins can be used as pseudo-enzymes. A system consisting of a metal porphyrin-cysteine complex and a “polyethylene glycol (PEG)” polymer or a mixture of the active surfactants "sodium dodecyl sulfate and dodecyl triethyl ammonium bromide (SDS/DTAB)" was used for native-chloroperoxidase model. Native chloroperoxidase could have the function of peroxidase, ie oxidation of substrates at different pHs. In the absence of a suitable substrate, chloroproxidase decomposes hydrogen peroxide indicating catalase activity. Metal-tetra (2-pyridyl) porphyrin (M-TPP), which is more resonant, is more potent than heme (as the native-enzyme active site) in its pseudo-peroxidase and catalase activity. Fe-TTP has the highest peroxidase activity among metal-porphyrins with central metals including iron (III), manganese (III) and zinc (II). The triple component: "Fe-TPP-cysteine-PEG" is most effective by reducing the Michaelis-Menten (KM) parameter. It is observed that the hydrophobicity of porphyrin increases with the change of the central metal to iron (III), manganese (III) and zinc (II), respectively. In this case, the hydrophobicity of the active site of the peroxidase-like nanozyme is a potential for more hydrophobic substrate (guaiacol) to enter the reaction cycle, resulting in greater Fe-TPP activity and efficiency than other M-TPP complexes. In the next step, to design the catalase biocatalyst, Mn-TPP has the highest catalase activity among other metal-porphyrins mentioned. The triple component: "Mn-TPP-cysteine-SDS/DTAB " is most effective by reducing the Michaelis-Menten (KM) parameter. Transmission electron microscopy shows M-TPP-cysteine-PEG nanozymes as multi-holes hydrogel colloids, compared to M-TPP-cysteine-SDS/DTAB single-hole vesicle catalyst, which indicates a higher efficiency through the higher specific surface area for effective treatment of peroxidase nanozyme with organic substrate.

    Keywords: Biomimetic, Peroxidase nanozyme, Catalase, Metal-tetra (2-pyridyl) porphyrin (M-TPP), Polyethylene glycol (PEG) hydrogel, SDS, DTAB Vesicle
  • Mustafa Aghazade *, Hamze Foratirad Pages 17-28
    In this paper, Mn2+-doped iron oxide nanoparticles/reduced graphene oxide (Mn-IONs@RGO) nanocomposite are fabricated through an electrochemical synthesis procedure for the first time. The electrosynthesis procedure is based on the electrochemical growth of IONs onto the RGO plates electrophoretically deposited on the cathode electrode. X-ray diffraction pattern of the prepared nanocomposite revealed its magnetite crystal structure. For the prepared Mn-IONs@RGO nanocomposite, particle morphology of IONs, Mn2+ cations doping in their crystal structure and presence of reduced GO plates were confirmed through FE-SEM observations, EDS as well as FT-IR analyses. Mn-IONs showed spherical particles with 20-25 nm in size and elemental composition of 71.36 wt% iron, 7.71 wt% manganese and 20.93 wt% oxygen. It was also found that 59.15 wt% iron, 8.42 wt% manganese, 23.67 wt% oxygen and 8.76 wt% carbon are presents within the composition of the synthesized Mn-IONs@RGO sample. The presence of Mn and C in the composition Mn-IONs@RGO revealed doping of IONs with Mn2+ cations and formation of Mn-IONs particles onto RGO layers through electrochemical deposition route. The superparamagnetic nature of the fabricated nanocomposite was confirmed through M-H curve and magnetic data obtained by vibrating sample magnetometer (VSM) analysis. The Mn-IONs@RGO nanocomposite showed magnetic properties of Ms=31.86 emu g–1, Mr=0.07 emu g–1 and Hci=2.29 G.
    Keywords: Iron oxide, Doping, Graphene oxide, Electrochemical synthesis, Nanocomposite
  • Masoumeh Shahraki, Pouya Karimi *, Mahmoud Sanchooli, Mahdieh Poorsargol, Hojat Samareh-Delarami Pages 29-40
    Magnesium ion rechargeable batteries are useful for storing electrical energy because the abundance and energy density of magnesium is higher than lithium. In this research, the primary structures of the (4, 4), (5, 5) and (6, 6) single-walled carbon nanotubes were optimized using the M06-2X method and the 6-31g(d,p) basis set using Gaussian 09 program package. Then, the interaction of magnesium ion with these structures was studied to evaluate their ability to make magnesium batteries. The results show that the complexes created from these structures have good binding energies and the larger the outer diameter of the nanotubes, the more favorable the binding energy. In fact, the energy gap of these nanotubes decreases with the increase of the diameter of the nanotubes and affects their binding strength to magnesium ions. On the other hand, boron nitride nanotubes corresponding to carbon type were also optimized with a similar method and the interaction of magnesium ion with these structures was also investigated. The results show that boron nitride nanotubes with smaller outer diameters form complexes with higher binding energies with magnesium ions. In general, both types of these nanotubes are good options for preparing the anode material in magnesium ion batteries. Finally, increasing the binding energy of their complexes with magnesium ions is associated with increasing battery voltage.
    Keywords: Nanotube, Boron nitride, Magnesium-ion battery, Binding energy, Quantum Mechanics
  • Hirsa Jouya Ardekani, Mohammad Talaeipour *, Amirhooman Hemmasi, Behzad Bazyar, Alain Dufresne Pages 41-55

    In this study, films consisting of TEMPO-oxidized cellulose nanofibers (TOCNF) prepared from eucalyptus and graphene oxide (GO) were prepared by casting-evaporation method. The morphological structure, thermal stability and mechanical properties of the nanocomposite films were investigated by X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA) and tensile mechanical tests. The results obtained from the X-ray diffraction spectrum, FTIR spectrum and SEM observations revealed that TOCNF and graphene oxide were able to form nanocomposite films with homogeneous structure in low-weight percent of graphene oxide. Compared with films of Tempo-oxidized cellulose nanofibers (TOCNF/GO0%), the mean tensile strength of nanocomposite films consisted of 1.5 wt% of graphene oxide (TOCNF/GO1.5%) increased to 19%, which was not statistically significant. In addition, the mean tensile strength of nanocomposite films consisted of 3wt% of graphene oxide (TOCNF/GO3%) decreased to 14.5%, which was not statistically significant. The results of TGA showed that the thermal degradation temperature of TOCNF/GO0.5%, TOCNF/GO1.5% and TOCNF/GO3% nanocomposite films compared to the film of TOCNF/GO0% slightly changed towards lower temperatures.

    Keywords: TEMPO-oxidized cellulose nanofibers, Eucalyptus pulp, Graphene oxide, composite film
  • Abbas Sheikh *, Foad Farahani Pages 57-69
    Biodegradable films based on corn starch and bovine gelatin were produced using a co-rotating twin screw extruder and water and sorbitol, both as plasticizers. To enhance hydrophobicity, two reactive methods were employed: one, chemical bonding of paraffin wax via maleic anhydride, and the other, acetylation through acetic anhydride. In both methods, the extruder served as a reactor. Next, biodegradable films were cast from binary starch/gelatin, and ternary starch/gelatin/paraffin-grafted starch, as well as starch/gelatin/acetic anhydride-grafted starch blends, with the same extrusion process. The films were evaluated and compared in terms of mechanical and barrier properties against moisture, contact angle, water absorption, and water vapor permeation. Results revealed that introducing paraffin-grafted starch into the starch/gelatin blend improved hydrophobicity according to three criteria: a 28° rise in water contact angle, a 9 percent decrease in water absorption, and a 4.2 percent lessening in water vapor permeation, while the mechanical properties were comparable to the binary starch/gelatin blend. On the other hand, in films from starch/gelatin/ acetic anhydride-grafted starch compared to starch/gelatin, the contact angle increased by 21° and water absorption decrease by 4.5 percent, but the mechanical properties were deteriorated, and water vapor permeation elevated by 3.5 percent.
    Keywords: Natural polymers, Cast Film, Reactive Extrusion, Hydrophilicity, Contact angle
  • Fatemeh Zanbily, Mehdi Mahmoudian * Pages 71-87
    One of the solutions proposed with the development of nanotechnology and electrospinning for the development of a new generation of membranes is the use of nanofibers for the preparation of porous membranes. These nanofibers can also be prepared as nanocomposites and the performance of membranes is greatly improved by adding nanoparticles. In this study, nanofiber nanocomposite membranes were made of polyphenylene sulfone by the electrospinning method. Graphene oxide and polyacrylamide-modified graphene oxide were used as additives in nanofiber membranes. To modify graphene oxide, acrylamide monomer was polymerized on the surface of graphene oxide using the live radical polymerization method. According to the studies, graphene oxide modified with polyacrylamide has not been used as an additive in the electrospinning method and its effect on membrane performance has not been studied. Graphene oxide and synthesized membranes were identified by various analyzes and it was found that the addition of modified graphene oxide to the membrane improves properties such as hydrophilicity and pure water flux, so that the contact angle of water in membranes containing 0.5 The percentages of graphene oxide and modified graphene oxide decreased by 9 and 21 degrees, respectively, relative to the membrane without additives. The swelling in these membranes increased by 110 and 175% compared to the blank membrane, respectively. Pure water flux was obtained in these membranes 221 and 187, which was higher in the empty membrane. The efficiency of the membranes was studied by removing salts, dyes, and heavy metals, and the results showed that nanocomposite membranes can remove these species more effectively. To. In the removal of salts and heavy metals, the membrane with 0.1% of graphene oxide had an optimal performance and the removal of optimum membrane dyes with 1% of graphene oxide was modified.
    Keywords: Nanofiber nanocomposite membranes, Modified graphene oxide, Electrospinning, Metal removal, dyes
  • Meysam Ahmadi, Leila Dolatyari *, MohammadReza Yaftian Pages 89-106

    A variety of polymer inclusion membranes (PIMs) based on the poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVDF-HFP), cellulose triacetate (CTA) and poly(vinyl chloride) (PVC) polymers with different proportion of dicyclohexano-18-crown-6 (DC18C6) as extractant, 2-nitrophenyl octyl ether (NPOE) as plasticizer were fabricated. PIM containing 45% PVC, 20% DC18C6 and 35% NPOE was selected as the optimum PIM composition because of their satisfactory physical, mechanical and extraction properties. The effect of parameters affecting the extraction process such as pH, extraction time, type and concentration of electrolyte and initial concentration of Cr(VI) were investigated and its shown that the PIM were able to extract 57% of chromium ions from 50 mL solution containing 2×10-4 mol/L of chromium(VI) and 1.2 mol/L HCl in 22 h. The maximum capacity of the selected PIM for extraction of chromium ions was 7 mg of of Cr per 1 g of membrane. The selectivity of the PIM towards Cr(VI) was tested in the presence of Zn(II), Cu(II), Fe(II), Cd(II), Ni(II) and nitrate ions and indicated that the PIM can extract selectively V(V) from the mixtures containing these heavy metal ions. The PIMs were used successfully for extraction of Cr(VI) from various water samples. The isotherms and kinetics of the processes were well described by Dubinin Radushkevich and pseudo second order models, respectively. These analyses revealed the process might be chemical processes.

    Keywords: Polymer Inclusion Membrane, Dicyclohexano-18-crown-6, Cr(VI), Extraction, Kinetics, Isotherm
  • Amir Haghighi, Mohammad Haghighi *, Maryam Shabani Pages 107-123
    In this research, 32 layered reduced graphene oxide (rGO) nanosheets with carbon-defects, as a nano-adsorbent, were designed through the one-pot sono-solvothermal method. The properties of this nano-adsorbent were determined using various analyses such as XRD, Raman, FESEM, 3D analysis, TEM, EDS, FTIR and UV-Vis spectroscopy analyses. The results revealed that rGO nanosheets well formed during sono-solvothermal process due to the efficient reduction of graphene oxide. So that, according to the results of Raman analysis, the reduction of GO to rGO as well as the creation of structural defects were confirmed. Besides, in view of the UV-Vis upshots, it was observed that a shoulder peak around 300 nm of graphene oxide spectrum, belong to the electrons transition from n to π* of C=O band which is existed in the functional groups, was disappeared in the rGO spectrum. This nano-adsorbent was evaluated in the elimination of the ciprofloxacin (fluoroquinolone antibiotic) as a model pollutant of emerging contaminants category. On the basis of experimental outcomes, the maximum adsorption efficiency of ciprofloxacin antibiotic was obtained by rGO (98.9%) during 120 min. Moreover, the study of adsorption isotherms showed that the adsorption process is consistent with the Friendlich adsorption isotherm.
    Keywords: Reduced graphene oxide, Carbon-Defects, Sono-Solvothermal, Nano-adsorbent, Water treatment
  • Maryam Haghighizadeh, Hossein Aghaie *, Karim Zare, Majid Monajjemi Pages 125-138
    In this study, processed chicory leaf powder was used as a natural adsorbent to remove cobalt ions from aqueous media. Natural adsorbents were characterization by several methods include X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), Fourier transform spectroscopy (FTIR), Brunauer-Emmet-Teller (BET) and Particle size analyzer (PSA). A set of experiments was performed to detect the optimal conditions and to investigate the effects of various parameters such as initial concentration, contact time, adsorbent dose, solution pH and temperature on the percentage of removal. The optimal conditions for cobalt removal were: pH = 6-8, contact time 20 min, adsorbent dose 20 mg and initial concentration 15 (mg L-1). Adsorption data showed that the adsorption process is more compatible with Langmuir's isotherm. The kinetic data were consistent with the quasi-second-order model with a valid correlation coefficient. Calculation of thermodynamic values ​​showed that the adsorption process is spontaneous, with decreasing entropy and exothermic. Finally, the introduced sorbent was compared with a strong adsorbent such as carbon nanotubes doped with silver nanoparticles (Ag2O-MWCNT). The optimal conditions for the removal of cobalt ions by the processed synthetic adsorbent were: initial concentration of 10 mg L-1, contact time of 40 min, amount of adsorbent 30 mg and pH = 7. Adsorption data showed that the adsorption process for cobalt ions is compatible with Freundlich's isotherm. The kinetic data were consistent with the quasi-second-order model with a valid correlation coefficient. Calculation of thermodynamic values ​​showed that the adsorption process was spontaneous and exothermic. The results of this comparison show that the introduced natural adsorbent performs even better than the synthetic and expensive adsorbent and provides a promising outlook if further processing and modifications are performed on this adsorbent.
    Keywords: Chicory, adsorbent, heavy metals, Cobalt, Adsorption removal
  • Fariba Zarei, Abbas Elhambakhsh, Peyman Keshavarz * Pages 139-150
    In this study, TiO2 and Fe2O3 nanoparticles were used in enhancing CO2 absorption and stripping. For this regards, mentioned nanoparticles at different concentration were applied to 10 wt.% MDEA solution for CO2 absorption/desorption at a bubble column. Also, the Zeta potential analysis were studied to evaluate of all nanofluids stability and the experimental results of CO2 absorption and stripping was reported in presence nanoparticles. The results reveals that all nanofluids had better capability for CO2 absorption, TiO2 nanofluid with 0.1 wt.% concentration can increased CO2 absorption up to 28.4%, that it had highest performance than the other nanofluids due to more stability. In addition, the experimental tests of regeneration were shown lower ability of Fe2O3 nanoparticles on CO2 stripping than the TiO2 due to lower stability. Accordingly, TiO2 and Fe2O3 nano fluids at 0.05 wt.% concentration and 70oC regeneration temperature were lead to raising CO2 desorption as 25.8% and 24.5%, respectively.
    Keywords: TiO2, Fe2O3 Nanoparticles, Carbon dioxide, Absorption, regeneration
  • Forough Jafari, Shadab Shahsavari *, AliAkbar Safekordi, Fatemeh Azarakhshi Pages 151-167

    In this research, the interaction of boron nitride (6,6) nanotubes with a length of 8 nm with vitamin B6 (pyridoxal phosphate) was theoretically investigated and the effects of electron destabilization, dipole-dipole interactions and steric repulsions on the structural and electronic properties and The reactivity of vitamin B6 (pyridoxal phosphate) in the presence of single-wall boron nitride (6.6) nanotubes with a length of 8 angstroms was studied using density functional theory quantum mechanical calculations at the B3LYP computational theoretical level and G* 31-6 basis series. . In order to determine the electrical conductivity and chemical behavior of boron nitride nanotubes in reaction with vitamin B6, electron energies, dipole moments, energy gap of homo-lomo molecular orbitals, chemical hardness (η), electron chemical potential (μ) And Mulliken's electronegativity (χ) and adsorption energy (EAd) were investigated in the gas and solvent phases. The results showed that the adsorption energy in the gas and solvent phases is -12.962 and -7.895 kcal/mol, respectively, which shows that the adsorption reaction is feasible in both phases in terms of energy. In the gaseous phase, the energy gap in the encapsulated vitamin B6-boron nitride nanotube mixture (3.517 Eg= electron volts) has decreased compared to the energy gap in the vitamin B6 molecule alone (4.561 Eg= electron volts). In the vitamin B6-boron nitride nanotube encapsulated mixture, with the reduction of the Eg energy gap, the hardness parameter has decreased, the softness parameter has also decreased, and the electronegativity and electrophilicity values ​​have increased.

    Keywords: Encapsulation of Vitamin B6, Adsorption energy, Boron nitride nanotube, Quantum mechanical calculations (DFT)
  • Shaghayegh Kialashaki, Hamed Ghanbari, AliAkbar Saboury, Hossein Derakhshankhah * Pages 169-187

    Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) with Fe3O4 molecular composition were considered for the study of protein interactions and drug delivery. Considering that SPIONs play a significant role in nanomedicine and drug delivery systems, investigating the interaction between SPIONs and a model protein and its structural and functional changes can be enlightening in scientific research. SPIONs with sizes of 20, 50, and 100 nm were selected. The UV-visible spectroscopic study showed the interaction between protein-nanoparticles. Rotational exponential imaging was used to measure the changes in the secondary structure of lysozyme in interaction with SPIONs. A significant reduction in the helical structures of the protein was observed. Protein fluorescence quenching analysis was used to understand the nature of protein-nanoparticle interaction. The interaction of SPIONs and lysozyme showed a combination of dynamic and static quenching. The activity and enzymatic properties of lysozyme attached to SPIONs were measured compared to free lysozyme. The activity decreased dramatically in all sizes of SPIONs, but the Km changed under different reaction conditions.

    Keywords: Lysozyme, Superparamagnetic iron oxide, nanoparticles, Size effect, Protein structure, function, Nano-Bio interactions
  • Mahnaz Rahmani, Farzaneh Zanjanchi *, Mahboubeh Taherkhani Pages 189-203
    In this study, the antioxidant activity of alpha-tocopherol, α-TOCO, one of the eight forms of vitamin E with CCl3O2 radical using density functional theory, DFT, and conductor-like polarizable continuum model, CPCM, at the B3LYP/6-31G** level of theory and three different phases of gas, oil and water have been studied. Interaction energy calculations show that there is a gravitational force between the radical and α-TOCO and their values in the oil and water phases are more than the gas phase. Mechanisms study of electron transfer, hydrogen atom abstraction, and radical addition show that the radical addition process is more thermodynamically desirable than other reactions and that the oil and aqueous phases are both suitable for this type of process. The values of the calculated reactivity quantities show that α-TOCO tends to oxidize against radicals, that this tendency is more in the aqueous phase than the others. Also, by radical adsorption on α-TOCO in each phase, the antioxidant property of α-TOCO decreases and its electroaccepting increases. The results of TD-DFT calculations show that the maximum absorption wavelength, λmax, and the corresponding oscillator strength, fmax, for α-TOCO in the oil phase are greater than those in the gas and aqueous phases. λmax and fmax change significantly by radical adsorption on α-TOCO, and in the oil and water phases, λmax of the complex is approximately equal to the wavelength of red light. The results of calculations of atoms in molecules, AIM, show that the interactions between α-TOCO and radical in all three phases are of the type of hydrogen bond and van der Waals, with the difference that the number of bonds and the strength of the bonds are reduced from the oil to water phase and from water to gas phase, respectively. This result corresponds to the calculated values for the interaction energies.
    Keywords: Vitamin E, alkyl peroxide radial, DFT, TDDFT, AIM
  • Majid Jafarian *, Aylar Zamani Pages 205-212
    Rising global warming and the growing need for energy are important issues that lead to the proliferation of renewable energy. The aim of  this project was to investigate the effect of adding Cadmium sulfide and Zinc sulfide in Copper(II) sulfide and Lead(II) sulfide to improve the sensivity by Successive ionic layer adsorption and reaction method in light and dark conditions. The best sell made during this project Cu sheet /8CuS/2CdS / 8 PbS  (0.5 M). The largest difference between the current intensity in the dark and  light for this cell in the potential of one volt is 14 mA. SEM images of the cell showed that the semiconductor particles were in the nanometer range. The photoelectrochemical properties have been investigated using electrochemical techniques of chronoamperometry, cyclic voltammetry and chronopotentiometry.
    Keywords: Solar Cell, Quantom dot, SILAR, Cadmium Sulfide
  • Elahe Rajaeian *, Avat (Arman) Taherpour Pages 213-226
    In this research, the activity and potential energy effect of ring pressure in simple 10-7 membered cycloalkynes in reaction with nitrile oxides, nitrile sulfides and triazoles have been studied by DFT method. Structural properties, thermodynamic and kinetic data such as reaction free energy changes (ΔrG), transition state free energy changes (ΔG*) and reaction rate constants (k) were obtained at 298 K temperature and the effect of substitution groups (R) in dipoles (R- CNO, R-CNS, R-N3) have been investigated on the reaction rate. The results show that by reducing the size of the ring and the bending of the triple bond and as a result of increasing the potential energy of the ring pressure in cycloalkynes, ΔG* of the zygotic ring reaction decreases. Also, the rate constants and free energy changes of the reactions increase with the reduction of the ring size.
    Keywords: molecular orbital calculations, DFT, Cycloaddition reaction, Nitrile Oxide, Nitrile Sulfide, Triazole
  • Esmael Rostami *, Maryam Sadat Ghorayshi Nejad, Ali Saberi, Seyed Mahdi Haghayeghi Pages 227-243
    A highly efficient and sustainable procedure was described for the production of amidoalkyl naphthols using graphene oxide substituted 2-aminobenzothiazole which was activated by phosphoric acid (GO@ABTZ.H3PO4), catalyst. The synthesis was achieved using aldehydes, 2-naphthol, and acetamide (or urea) in the presence of catalyst through a one-pot three-component process without solvent. This eco-friendly catalyst managed to efficiently proceed organic synthesis processes. The proposed catalyst exhibited several advantages including cost-effectiveness, being non-metallic, providing green and environmentally-benign conditions, easy storage, facile handling, and durability. Moreover, the applied procedure has several priorities such as short reaction times, solvent-free conditions, simple work-up, and high yields. The stability and recoverability of the catalyst were also examined in five cycles which showed no considerable loss of activity.
    Keywords: Graphene oxide, catalyst, Phosphoric acid, 2-Aminobenzothiazole, amidoalkyl naphthol, multicomponent reaction, solvent-free synthesis
  • Hassan Hazarkhani * Pages 245-254

    The addition of aromatic substrates to electron-deficient alkenes, which in many respects may be considered a Friedel– Crafts type alkylation, is a key reaction in synthetic organic chemistry for the formation of new C-C bonds. Indole and many of its derivatives are relevant units in many naturally occurring compounds, because of their pharmacological and biological properties. Due to the increased nucleophilic reactivity of C3 position of indole ring, it is often used for the subsequent transformations leading to different indole alkaloids. Here I report an efficient catalyst that can catalyzes the electrophilic substitution of indole with electron deficient alkenes. First, Cobalt tris(2-guanidinobenzimidazole), tri chloride (Co(GBI)33+, 3Cl-)  is prepared and then the reaction of indole with beta - nitrostyrene has studied. No product was detected, so the reaction conditions such as the solvents and the amount of catalyst were changed, but the results were the same. After that the chloride moiety of the complex were replaced with tetrakis[(3,5-trifluoromethyl)phenyl]borate (Barf-)anion and the reaction has run on different condition. Our results showed that Cobalt tri(2-guanidinobenzimidazole), tetrakis[(3,5-trifluoromethyl)phenyl]borate (Co(GBI)33+, 3BArf- ) catalyzes the reaction of indole with β - nitrostyrene and afforded the product in high yields. It is noteworthy to mention that using lipophilic anions such as BArf- [(B(3,5-C6H3(CF3)2)4-] , the catalyst could be solubilized in nonpolar solvents that do not compete with substrates for the hydrogen bonding sites.

    Keywords: aromatic electrophilic substitution, Co (III) complex, Indole, β- Nitrostyrene, guanidinobenzimidazole
  • Seyed Javad Hosseini * Pages 255-273

    A theoretical study at the B3LYP/6-311++G (d, p) level on tautomerization of 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-imine(3,4DHP) into 1,6-dihydropyrimidin-2-amine(1,6DHP) and 1,4-dihydropyrimidin-2-amine(1,4DHP) was performed at 298.15K. Two mechanisms have been considered for these processes: (i) one in which the hydrogen is directly transferred, mechanisms A, through TS13 and TS24 in two different pathways, called P(a) and P(b), respectively and (ii) another one in which a double hydrogen transfer takes place via TS1133, TS1234 and TS2244 by formation of the corresponding dimer, mechanisms B. The results associated with the gas phase reveal that overcame to TS13 and TS24, need high activation free energies of 38.31, 40.29 kcal/mol, respectively as a consequence of the strain associated with the formation of the four-membered transition state, while overcame to TS1133, TS1234 and TS2244, require much lower activation free energies, 7.01, 8.19 and 8.98 kcal/mol, respectively. To investigate the effect of solvent on the kinetics and thermodynamics of the tautomeric process in p(a) and p(b) paths, Implicit, explicit, and a combination of both implicit and explicit solvation models in various media (protic and aprotic polar solvents) have been considered. The results show that the use of a protic polar solvent reduces the energy barrier of the corresponding transition states in a very significant amount.

    Keywords: Tautomerization, Pyrimidines, DFT study, Effect of solvent, Explicit solvation model, Implicit solvation model
  • Kianoosh Shoja, Behnam Khoshandam * Pages 275-287
    Domestic companies in metal and alloy production have faced many problems in providing the required energy. These companies often use traditional industrial furnaces, which consume a lot of energy, have a very negative impact on the environment. For this reason, the use of modern low-consumption processes for metal oxide reduction will be of great interest. In this research, the carbon bed of a new metal oxide reduction system operated under microwave heating is modeled. In this system, the carbon bed is responsible for the heating process and converts electromagnetic waves into heat. In this system, because the metal oxide granules are imbedded inside the carbon bed that converts almost all electromagnetic waves, the heating effects of metal oxides were ignored. Comparison of the modeling results with experimental data related to carbon bed temperature rising trend showed that the used model has good accuracy and the average error is less than 5%. Based on the modeling, it was found that the carbon bed temperature (excluding metal oxide granules) increased around 9% by increasing the microwave power from 1000 w to 1200 w. In addition, SiC had better performance compared to the carbon bed in terms of the rate of generated heat. It was determined that the maximum temperature decreased by increasing the carbon emissivity parameter and the final bed temperature increased by 9% after 15 minutes by changing the emissivity parameter from 0.95 to 0.65.
    Keywords: Microwaves, Microwave Wave receptor, Modern Heating System, Metal oxides
  • FATEME SARAYLOO, Elham Baher * Pages 289-297
    Protein products are currently one of the most perishable food sources that require the use of modern packaging methods such as smart packaging that can perform intelligent functions to increase shelf life, control changes and maintain product quality. The aim of this study was to provide a pH-dependent color sensor, simple, inexpensive and non-toxic to detect spoilage of protein materials during storage. Experiments were performed on the samples at both ambient and refrigerator temperatures. Watman paper impregnated with aqueous extracts of fruits and plants was used to make this sensor. The growth of microorganisms during storage of protein materials leads to the breakdown of chicken meat sausage proteins and the production of volatile amines, which accumulate in the packaging, causing the environment to become alkaline and change the color of the filter paper impregnated with the aqueous extract. These color changes were evaluated using CIELab imaging and thiobarbituric acid index measurement, total volatile nitrogen, total phenol, and changes in the appearance of the samples, all of which were consistent with the color change of the sensor as the decay process progressed.
    Keywords: Colorimetric sensor, Kajeldal, Thiobarbituric acid index, Green Chemistry, pH sensor
  • Ali Karimi *, ALI Cheshmeh Roshan, MARYAM Mashayekhi Pages 299-306

    Natural gas, petrochemical and some refinery feed streams have trace of mercury which threats the environment and human health. Moreover, brazed aluminum heat exchangers are susceptible to corrosive attack by this component. This study discusses adsorption performance of elemental mercury sorbents from simulated natural gas (SNG) by copper sulfide pported active alumina. All sorbents were characterized through XRD, BET, TEM, XRF, LECO carbon/sulfide analyzer. The simulated natural gas creates by evaporating the liquid mercury contained in a thermostat glass saturator at temperature of 60oC into a stream of pure nitrogen. These sorbents were loaded in a fixed-bed reactor and sulfided with a nitrogen gas containing 8 % mol of H2S at the temperature of 285oC overnight. Then, the effect of sorbent samples for removing mercury was tested at the temperature of 60oC, pressure of 1atm and SNG flowrate of 220 cm3/min, and in several steps in terms of time the results were reported. The characterization results of suitable sorbent showed its meso pore is higher and capacity is larger than other sorbent. Experiments have showed the suitable sorbent removed approximately 19 percent of mercury exist in SNG with respect to sorbent's weight.

    Keywords: Mercury, Mercury sorbent, copper sulfide, Activated Alumina, Simulated natural gas
  • Hossein Rahideh *, Masoud Mofarahi, AmirAbbas Izadpanah Pages 307-318

    In this study, the points of view of complete kinetics method, approximation of linear driving force and equilibrium method in the simulation of gas adsorption systems with the numerical calculation of differential quadrature element-increment method were investigated. So that, in the method of complete kinetics, all mechanisms including Knudsen diffusion, viscous flow, slip flow, molecular diffusion and surface diffusion are considered. In linear driving force approximation, mass transfer is expressed by a general mass transfer coefficient instead of all mass transfer resistances, and as a result, elapsed time of calculations is reduced. However, the approximation of the linear driving force is highly dependent on the average radius of the particle adsorbent, and increasing the particle radius causes more deviation from the complete kinetic point of view. In the equilibrium method, adsorption kinetics is not considered and concentration changes in the system are determined based on the equilibrium adsorption isotherm. The results show that with the increase in the radius of the adsorbent particles, the complete kinetic view will be a more appropriate method to describe the adsorption behavior. It was also observed that the overall mass transfer coefficient changes in the adsorption process, depending on the temperature and pressure conditions, so that an increase in temperature causes it to increase, and this dependence is more sensitive at low pressures. In addition, with increasing pressure, the overall mass transfer coefficient passes through a minimum value and then increases.

    Keywords: Gas adsorption, Differential quadrature element-increment method, Complete kinetic method, Linear driving force approximation, Equilibrium method
  • Ali Badakhanian, Akbar Maleki * Pages 319-339
    In this research, a hybrid renewable system based on the use of solar and oceanic thermal energy to produce power and hydrogen by using a flat plate solar collector was investigated from a thermodynamic and economic point of view. The objective functions investigated in this research were exergy efficiency and cost rate. Collector mass flow rate, collector area, turbine inlet temperature, and solar radiation intensity were considered as four decision variables, and the effect of these parameters on system performance and system exergy loss was investigated. The optimization of objective functions was done by the Nelder-Mead method. From single-objective optimization, it was concluded that the best system exergy efficiency rate is 7.31% and the system cost rate is 27.48 $/hour in the optimal state. From the sensitivity analysis, it was concluded that increasing the parameters of the collector area, solar radiation intensity, and turbine inlet temperature had a positive effect on the system performance, and increasing the mass flow rate parameter of the solar collector had a negative effect on the system performance. Also, from the analysis of the exergy loss of the system, it was concluded that the increase in the intensity of solar radiation, the area of the collector, and the mass flow rate of the collector increase the overall exergy loss of the system, but the increase in the inlet temperature to the turbine decreases the exergy loss of the system.
    Keywords: Renewable system, flat plate solar collector, Hydrogen production, Exergy, cost rate
  • Sajjad Vakili * Pages 341-350
    In this work, Fe3O4 and Al2O3 nanoparticles were used to investigate their effects on wax formation, morphological characteristics, and rheological behavior in a crude oil sample. For this purpose, differential scanning calorimetry, cross-polarized microscopy, and viscometry have been utilized as the main experimental techniques. It was observed that Fe3O4 and Al2O3 nanoparticles had the most positive effect on the wax appearance temperature (WAT) of the crude oil by reducing the WAT from 24 0C to 14 and 17.5 0C at 100 ppm, respectively. Addition of the nanoparticles into the crude oil caused deformation of wax crystals to more spherical and regular structures. In addition, presence of the nanoparticles prevented formation of the strong three-dimensional lattice of wax structures at high temperatures. However, superior size-dependent properties of the nanoparticles are responsible for controlling the growth of wax crystal nuclei and reduction of the WAT. Findings of this work reveal the potential of Fe3O4 and Al2O3 nanoparticles as efficient and low-cost additives for production, storage, and transportation of waxy crude oil.
    Keywords: Crude oil, Wax, nanoparticles, Crystallization, Wax Appearance Temperature (WAT)
  • Koorosh Goudarzi * Pages 351-358
    With the existence of several natural gas perfuming systems, such as the bypass system and the injection system, for some reasons including the problems and limitations of the existing systems, it seems necessary to introduce a new perfuming system with less limitations. Currently, in the gas distribution system in the country, only the above two systems are used for gas aromatization. Since the injection system has a high maintenance cost and also the bypass system is limited to low capacities, it is very necessary to introduce a new system to aromatize the consumed natural gas. In this article, a new gas perfumer system has been introduced. The desired system is created by combining an ejector with a bypass system. In this article, the modeling of the combined system under study has been done and the effect of important parameters such as gas pressure (gas pressure in the upstream), mass flow rate of the odorant, gas temperature (temperature in the upstream), nozzle diameter and number of nozzles are also on the amount The compressed gas has been carried out to enter the mercaptan tank and absorb the required amount of fragrance according to the conditions. The results show that the diameter of the nozzle and the number of nozzles have no effect on the mass rate of gas flow required for the fragrance system. But the gas mass flow rate required for the aromatizer system is affected by the gas pressure and gas temperature upstream of the aromatizer system
    Keywords: Natural gas, gas odorizing process, bypass system, Ejector
  • Masoud Bahavar, MohammadTaghi Sadeghi * Pages 359-370

    CO2 injection processes are among the effective methods for enhanced oil recovery. A key parameter in the design of CO2 injection project is the minimum miscibility pressure (MMP). From an experimental point of view, slim tube displacements test routinely determines the MMP. Because such experiments are very expensive and time-consuming, searching for fast and robust methods for determination of MMP is usually requested. The Neural Network (NN) and Support Vector Machine Regression (SVM) were used to designs networks for estimation MMP. The Networks Trained by trusted data including independent variables. The validity of these new models were successfully approved by comparing the models results to the pure and impure experimental slim-tube CO2-oil MMP and the calculated results for the common pure and impure CO2-oil MMP correlations. The average accuracy of the predicted values for the neural network in terms of coefficient of determination (R2) and mean square error (MSE) are 0.9863 and 0.0018. These values for the SVM regression are 0.9870 and 0.0017, respectively. In addition, the new models could be used for predicting the impure CO2-oil MMP at higher fractions of non-CO2 components (Up to 100% for methane and 50% for hydrogen sulfide).

    Keywords: Enhanced oil recovery, MMP, Neural network, SVM, Support Vector Machine Regression
  • Benyamin Jahantigh, MohammadReza Sardashti Birjandi, Jafar Sadeghi, Farhad Shahraki * Pages 371-385

    Ethylene is one of the most important basic materials in petrochemical industries. It is used as raw material in the production of many chemicals, such as polyethylene and ethylene glycol. The thermal cracking of hydrocarbons, such as ethane, is the most commonly used process for ethylene production. Thermal cracking furnaces provide the required energy for cracking ethane to ethylene. In this research, the cracking furnaces of the Morvarid petrochemical complex was simulated and controlled and sensitivity analysis were performed. For this purpose, firstly the unit was simulated in steady state using Aspen Plus® and after ensuring simulation accuracy, the results were used as the starting point for dynamic simulation in Aspen Dynamic® and the dynamic behavior of the unit was studied. The accuracy of this simulation was satisfactory in dynamic and steady-state forms, so that the average error of stream information compared to the design data were 0.42% and 1.15% for steady-state and dynamic simulation, respectively. Then the feed flow rate stepwise increased to 6.6% of the initial flow rate while the ethylene conversion was controlled at 38.5%. In order to achieve this conversion, the temperature of the thermal cracking furnaces increased to 1131℃ with increasing feed flow rate. With this changes, change of ethylene product flow rate was 0.86 of feedstock changes. Then, the change in the feed composition was investigated whilst the propane concentration in the feed stream was increased gradually as well as the ethane concentration was decreased by 10%. In this case, the mass fraction of propane in the feed flow was changed from 2.52% to 12.52%. Due to these changes and without changing the unit operating condition, finally, the ethylene flow rate decreased 3.3% compared to the primary state.

    Keywords: Thermal Cracking Furnaces, Aspen, Steady-state, Dynamic Simulation, Increase Capacity, Change in feed composition, Olefin plant
  • Seyed MohammadAmin Khatami, Hooman Fatoorehchi *, Ehsan Maani Pages 387-398

    Control of the distillation tower is one of the main concerns in the design of chemical processes due to its high importance. Operational errors may occur in distillation towers for various reasons, leading to serious disruptions in process performance or the occurrence of undesirable incidents. In this research, an attempt has been made to use one of the existing validated models for the Tennessee-Eastman Process distillation tower in the MATLAB software to identify potential malfunctions in the tower's operation related to this process. Hotelling's T-squared test is employed for error detection. After detecting errors using the proposed diagnostic method, the type of fault can be determined. The presented method can accurately detect potential model errors within a short period (up to 0.1 hour).

    Keywords: Tennessee-Eastman Process, fault detection, distillation tower, Hotelling's T-squared
  • Anahita Mobasseri, Hooman Fatoorehchi *, Mohammad Foroughi-Dahr, Sohrab Ali Ghorbanian Pages 399-415
    Large-scale use of hydrogen requires precise risk control, which can be achieved through investing in a reliable risk analysis method. In the present study, to investigate the hazards caused by hydrogen with high pressure and temperature in the sorbitol production plant, the concept hazard analysis method and the qualitative risk analysis were used to identify the main hazards in this plant. Then PHAST 8.22 software was used to model the consequences of high-risk scenarios. Moreover, the risk assessment data of the International Association of Oil and Gas Producers was used to estimate the frequency of scenarios. The event tree analysis was used to estimate the frequency of the consequences of the defined scenarios. Finally, the vulnerable areas were recognized, and the number of casualties in the event of any of these consequences was estimated. Using the frequency vs. number of fatality (F-N) curve based on the risk acceptance criteria for hydrogen document, areas with unacceptable risk were identified. According to this diagram, the risk of the reactor and the compressor are in an unacceptable area. Therefore, the necessary measures in terms of structure, performance, or organization should be prioritized to reduce the risk associated with this two equipment.
    Keywords: Sorbitol production process, Process simulation, Risk Analysis, PHAST software package
  • Salman Ahmady Asbchin *, Mohammad Akbari Nasab, Claire Gerente Pages 417-429
    In the last two decades, environmental pollution by heavy metals has increased, and the accumulation of these pollutants in aquatic ecosystems has brought many risks to the health of humans, animals, plants, and the environment. Cadmium and nickel can be mentioned as metals that have very toxic and carcinogenic properties. In this research, the isolation of bacteria from the steel industry factory in Sari, the effluent of the sausage factory in Golestan province, and the Lavij hot spring in Mazandaran, which have the ability to uptake heavy metals cadmium and nickel, were investigated. In the following, the optimization process of biological adsorption (the effect of parameters such as: temperature, concentration of metals, dosage of bacteria, pH...) was investigated. Based on the above results, the best isolate was used to remove these metals. Biochemical, morphological, and molecular findings have shown the closeness of the selected isolate to the genus Bacillus. According to the minimum inhibitory concentration test of the selected Bacillus bacteria, this isolate was resistant to a concentration of 1500 ppm of cadmium and 2200 ppm of nickel. The optimum pH for the removal of cadmium and nickel metals by the selected bacteria was 6.5 and 5.5, respectively, and the adsorption efficiency of cadmium and nickel metals was 0.72 and 0.63 mmol/g, respectively. The temperature for the removal of cadmium and nickel by Bacillus bacteria was about 45 degrees Celsius. The adsorption isotherm for both metals is similar to the Langmuir isotherm, which shows that the surface adsorption process is single-layer, and its kinetics is according to the second-order kinetic model, and the optimal amount of Bacillus bacteria biomass is about 1.5 g/liter. The selected isolate has suitable characteristics for use in real and industrial scale containing the mentioned metals.
    Keywords: Nickel, Cadmium, response surface methodology RSM, Biosorption