فهرست مطالب

نشریه پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
سال سوم شماره 4 (پیاپی 10، زمستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/12/11
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مرتضی گلمحمدی*، هادی نصیری صفحات 3-12

    در سال های اخیر به دلیل توجه افکار عمومی به مسئله محیط زیست از طرفی و قوانین سخت گیرانه وضع شده برای حفاظت از محیط زیست از طرف دیگر، موجب شده است که روش های دوست دار محیط برای تولید نانوذرات مورد توجه قرار گیرند. از این رو در تحقیق پیش رو نانوذارت یک اکسید ترکیبی شامل سریم و زیرکونیم (Cex-Zr1-xO2) در محیط آب فوق بحرانی تولید شدند. نانوذرات تولیدشده به کمک آزمون های مختلف نظیر پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف سنجی فروسرخ با تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج به دست آمده از این آزمون ها نشان داد که نانوذراتی ریز با متوسط اندازه  nm3±13، با درجه بلورینگی بالا و توزیع اندازه ذرات و سطح ویژه مناسب با روش آب فوق بحرانی تولید شده است. همچنین با استفاده از آزمون کاهش برنامه ریزی شده دمایی توسط هیدروژن (H2-TPR) ظرفیت ذخیره سازی اکسیژن بالایی در حدود mmol O2/g 25/1 تخمین زده شد. با توجه به این نتایج، نانوذرات به دست آمده می تواند گزینه مناسبی برای کاتالیست فرآیندهای اکسیداسیون و همچنین کاتالیست سه گانه مورداستفاده جهت کاهش آلایندگی گازهای خروجی از اگزوز خودروها باشد.

    کلیدواژگان: نانوذره، کاتالیست، آب فوق بحرانی، اکسید فلزی ترکیبی، مشخصه یابی
  • سامان علی محمدی، رامین کریم زاده* صفحات 13-24

    استفاده از تایرهای فرسوده برای بازیافت انرژی و ترکیبات آنها یک راه حل کاربردی برای حفاظت از محیط زیست و بازیافت مواد و انرژی می باشد. در این تحقیق, هدف بررسی فرایند پیرولیز تایر و همچنین فرایند پیرولیز همزمان تایر و مازوت می باشد. در اینجا, تاثیر شرایط عملیاتی مختلف مانند دما, دبی حجمی گاز نیتروژن, نرخ حرارت دهی و اندازه قطعات تایر بر میزان و خواص فیزیکی محصولات تولیدی این فرایندها مورد بررسی قرار گرفته است. شرایط عملیاتی بهینه برای انجام این آزمایشات به ترتیب شامل دمای C 420, دبی حجمی گاز نیتروژن برابر  ml/min100 و نرخ حرارت دهی  C/min3 بدست آمده است. بیشترین میزان محصول مایع تولیدی در فرایند پیرولیز تایر مستعمل با استفاده از خوراک با اندازه قطعات cm30.5×2×4 حاصل شد که برابر 43.3 درصد وزنی می باشد. در مقابل, بیشترین محصول مایع تولیدی در فرایند پیرولیز همزمان تایر و مازوت نیز با استفاده از قطعات تایر با اندازه قطعات cm30.5×4×4 بدست آمده که برابر 52.3 درصد وزنی است. در این پژوهش خواص فیزیکی محصولات مایع تولیدی دو فرایند پیرولیز تایر و کوپیرولیز تایر و مازوت نظیر ویسکوزیته سینماتیک, دانسیته و ضریب شکست و جرم مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: پیرولیز تایر، پیرولیز مازوت، پیرولیز همزمان، اندازه قطعات تایر، Pyrolysis of Tire، خواص محصولات پیرولیز
  • هادی محمدتقی نژاد، عباس کبریت چی*، جهانبخش ممبینی صفحات 25-42

    با توجه به پژوهش های انجام شده روی رفتار شیمی-رئولوژیکی  ماده مرکب پرانرژی، دوغاب  ماده مرکب پرانرژی بر پایه HTPB باید در پایان اختلاط دارای گرانروی مناسبی  جهت سهولت ریخته گری باشد. به عبارت دیگر بازه زمانی موجود برای ریخته گری  ماده مرکب پرانرژی پس از افزودن عامل پخت را عمرکاربری گویند. عمرکاربری طولانی برای سیستم  محمل HTPB به منظور سهولت فرآیند پذیری و تولید توده  ماده مرکب پرانرژی بدون نقص ضروری می باشد. در کنار عمرکاربری بالا بایستی به خواص فیزیکی-مکانیکی  ماده مرکب پرانرژی بر پایه HTPB نیز توجه کرد. در پژوهش حاضر اثر نوع (ساختار) عامل پخت، دمای ریخته گری و مقدار کنشیار پخت DBTDL، بر رفتار شیمی-رئولوژیکی  سیستم محمل و  خواص فیزیکی-مکانیکی  مواد مرکب پرانرژی بر پایه HTPB مورد بررسی قرار گرفت. سه نوع عامل پخت TDI، IPDI و HDI انتخاب شدند تا اثر ساختار مولکولی بر عمرکاربری سیستم محمل و دوغاب آن و همچنین بر خواص مکانیکی   مواد مرکب پرانرژی بررسی شود. همچنین، دماهای C 40، 50 و 60 جهت بررسی اثر دمای ریخته گری بر رفتار شیمی-رئولوژیکی در نظر گرفته شدند. نتایج بررسی اثر دما نشان داد با هر C 10 کاهش دمای ریخته گری، حدود min 10 عمرکاربری  سیستم محمل (IPDI و TDI) افزایش می یابد. عمرکاربری  سیستم محمل و دوغاب  ماده مرکب پرانرژی برپایه IPDI در حضور مقدار بهینه از کنشیار DBTDL (% 005/0)، در دماهای یکسان نسبت به دو عامل پخت دیگر، طولانی ترین عمرکاربری را ارائه کرد. بر اساس نتایج، الاستومر و  ماده مرکب پرانرژی بر پایه IPDI بیشترین چگالی  اتصالات عرضی را نسبت به سایر عوامل پخت دارد؛ همچنین  ماده مرکب پرانرژی بر پایه IPDI بیشترین مدول و چگالی اتصالات عرضی را با حفظ استحکام کششی و ازدیاد طول مناسب، نسبت به سایر عوامل پخت دارد.

    کلیدواژگان: دمای ریخته گری، عامل پخت، عمرکاربری، شیمی رئولوژیکی، کنشیار DBTDL
  • پیام ملاعباسی* صفحات 43-56

    در سال های گذشته، مطالعات بسیاری در زمینه شناسایی و تشخیص ترکیبات آلی فرار صورت گرفته است. شناسایی این ترکیبات فرار در صنایع متعددی مانند کنترل آلودگی هوا، کنترل کیفیت هوا، بسته بندی مواد غذایی، کنترل کیفیت مواد غذایی، تشخیص بیماری ها، کشاورزی و... مورد توجه قرار گرفته است. با وجود این پژوهش ها حساسیت و انتخاب پذیری حسگرهای شناسایی ترکیبات فرار نیازمند بهبود می باشند. در این پژوهش لایه حساس کامپوزیت پلیمری رسانا بر پایه پلی (لاکتیک اسید) به عنوان ماتریس و نانولوله های کربنی به عنوان فاز رسانای پراکنده جهت شناسایی بخارات آلی فرار تهیه شده است. برای این منظور فیلم متخلخل کامپوزیتی به کمک روش جدایی فازی القایی خشک توسط ضدحلال آماده گردیده است. در این ساختار از حلال کلروفرم (با دمای جوش پایین و فراریت بیشتر) و ضدحلال اتانول (با دمای جوش بالاتر و فراریت کم تر) استفاده شده است. ساختار به دست آمد جهت شناسایی بخارات متانول، تولوئن و کلروفرم مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار و مورفولوژی کامپوزیت متخلخل تهیه شده توسط تست های میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آزمون اندازه گیری سطح ویژه سه نقطه ای (BET) مورد مطالعه و بررسی گرفتند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که فرآیند جدایی فازی القایی منجر به تشکیل ساختار متخلخل با مورفولوژی سلول باز شده است. میزان سطح ویژه بدست آمده برای فیلم کامپوزیت پلیمری تهیه شده برابر با 3/22 m2gr-1 می باشد که در مقایسه با نمونه های متراکم نشان دهنده افزایش چشم گیر میزان سطح ویژه می باشد. نتایج تست بخار نشان دهنده بهبود چشم گیر پاسخ نمونه های متخلخل در مقایسه با نمونه های متراکم می باشد. به طوری که نمونه متراکم در مقابل غلظت 100 ppm  از بخار تولوئن هیچ پاسخی نشان نمی دهد در حالی که نمونه متخلخل در مقابل همان غلظت پاسخی در حدود 14/0 % نشان می دهد. علت این مساله را می توان به افزایش سطح ویژه لایه حساس و بهبود ضریب نفوذ مولکول های بخار و افزایش امکان دسترسی آن ها به سایت های فعال حسگر دانست. همچنین روند پاسخ و انتخاب پذیری حسگر به دست آمده در مقابل بخارات هدف براساس پارامترهای ترمودینامیکی مانند پارامتر برهم کنش فلوری-هاگینز و پارامتر حلالیت هنسن مورد مطالعه قرار گرفته است

    کلیدواژگان: کامپوزیت پلیمری رسانا، پلی (لاکتیک اسید)، حسگر شناسایی گاز، جدایی فازی القایی توسط ضدحلال، ترکیبات آلی فرار
  • مینا خیرطلب، رضا عابدینی*، محسن قربانی صفحات 57-71

    تراوایی و انتخاب پذیری دو عامل مهم در استفاده از غشاهای پلیمری در فرآیندهای جداسازی گاز هستند. لذا امروزه اصلاح و بهبود غشاها جهت افزایش این دو پارامتر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش به منظور بهبود عملکرد غشاهای پلیمری، به سنتز غشاهای مرکب دو جزیی متشکل از Pebax®1657 و PVA در جداسازی گاز CO2 پرداخته شد و اثرات ناشی از درصدهای وزنی متفاوت PVA در شبکه پلیمر Pebax بر ساختار، مورفولوژی و خواص گاز تراوایی غشاهای حاصله مورد ارزیابی قرار گرفت. تغییر در پیوندهای شیمیایی، میزان بلورینگی و مورفولوژی سطح مقطع غشاها به ترتیب به وسیله طیف سنجی مادون قرمز (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی پویشی گسیل میدانی (FESEM) و آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) بررسی شد. نتایج آزمون حرارتی حاکی از افزایش بلورینگی و دمای انتقال شیشه ای در ازای افزودن 5 الی 15 درصد وزنی PVA بوده است. اما با افزایش محتوی PVA به 20درصد وزنی، بلورینگی کاهش یافت. تصاویر میکروسکوپی برای غشا Pebax خالص یک سطح مقطع یکنواخت و عاری از هرگونه عیب و نقص را نشان داده است اما با افزودن PVA، شیارها و ساختارهای غارگونه ای در سطح مقطع غشاهای مرکب مشاهده شد. عملکرد غشاها در جداسازی CO2/N2 غشاها با استفاده از سامانه حجم ثابت در دمای°C 30 و فشار خوراک 2، 6 وbar10 اندازه گیری شد. نتایج به دست آمده نشان داد که تراوایی CO2  در غشاهای مرکب با افزایش محتوی PVA در غشا Pebax بهبود یافت. به طوری که بهترین تراواییCO2  برابر با Barrer 204.64 بوده است که در فشار bar 10 و توسط غشای Pebax/PVA (20 wt.%) حاصل شد. علاوه بر این غشای مرکب حاوی 15 درصد وزنی PVA بیشترین گزینش پذیری CO2/N2 را با مقدار 100.21 و در فشار bar 10 و دمای °C30 نشان داد.

    کلیدواژگان: غشا مرکب، Pebax®1657، PVA، تراوایی، گزینش پذیری، جداسازی CO2، N2
  • فاطمه جهانسوز، بهمن ابراهیمی حسین زاده*، اشرف سادات حاتمیان زارمی، کوروش شاه پسند صفحات 73-83

    بیماری پارکینسون نوعی بیماری تحلیل برنده عصبی است که بدلیل وجود سد- خونی مغز درمان پذیر نمی باشد.عامل درمان این بیماری ملکول دوپامین است که با وجود در دسترس بودن برای پارکینسون قابل استفاده نمی باشد. هدف از این پژوهش تهیه نانوسامانه ی زیست تخریب پذیر حاوی دوپامین برای عبور از سد- خونی مغز است.  از روش  پلیمریزاسیون یونی و حلال برای ساخت نانوسامانه و بارگذاری دارو در آن استفاده شد. اندازه ، بار سطحی و پراکنش نانوسامانه حاوی دارو همچنین بارگذاری و رهایش دارو از سامانه در pH هفت، بدست آمد. نانوذرات کروی و سطح ناصاف داشتند. پیک ها و ترموگرام های تهیه شده از طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه تایید کرد که پلیمریزاسیون رخ داده و دارو در پلیمر به صورت فیزیکی کپسوله شده است. نتایج حاصل از کروماتوگرافی کارکرد بالا برای ، درصد بارگذاری  و کپسوله شدن دارو در نانوسامانه ی پلیمری به ترتیب 35 و 52 درصد وزنی حجمی گزارش شد.  همچنین بررسی رهایش دارو از نانوسامانه نیز نشان داد که پس از 51 ساعت بیش از بیست درصد دارو بارگذاری شده از نانوسامانه رهایش داشت. نتایج ارزیابی اندازه ی نانو سامانه ی پلیمری حاوی و فاقد دارو با دستگاه های اندازه گیری اندازه و بار ذرات و میکروسکوپ الکترونی پویشی نشان داد که میانگین اندازه ی نانوسامانه فاقد دارو 90 نانومتر و حاوی دارو 120 نانومتر است. همچنین بار سطحی نانوسامانه با دستگاه اندازه گیری بار ذرات 61/7-  به دست آمد که برای عبور نانوسامانه حاوی دارو از مغز مناسب بود. به طور کلی  تمامی ویژگی های ثبت شده برای انتقال دوپامین به عنوان بهترین روش درمانی پارکینسون با نانوسامانه ی پلی مری پلی بوتیل سیانواکریلات مناسب گزارش شد.

    کلیدواژگان: پلی بوتیل سیانواکریلات، دوپامین، پارکینسون، نانوسامانه، پلیمریزاسیون
|
  • Morteza Golmohammadi*, Hadi Nasiri Pages 3-12

    Research subject: 

    Due to the public's attention on the environmental issues as well as strict environmental regulations, the eco-friendly methods for nanoparticles have received considerable attention in the recent years.
    Research approach: In the present study, a mixed oxide nanoparticles containing cerium and zirconium (Cex-Zr1-xO2) was fabricated the in supercritical water (SCW) medium. The synthesized nanoparticles were characterized by various analyses, including X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM).

    Main results

    The results of the analyses demonstrated that fine nanoparticles with mean size of 13±3 nm, with high crystallinity, and with appropriate size distribution and surface area were synthesized by SCW. Moreover, an oxygen storage capacity (OSC) as high as 1.25 mmol O2/g was estimated for Cex-Zr1-xO2 nanoparticles through temperature programmed reduction in hydrogen (H2-TPR). According to the obtained results, the Cex-Zr1-xO2 nanoparticles could be a suitable candidate for catalysts of oxidation processes as well as three-way catalyst for control of automotive exhaust gases.

    Keywords: Nanoparticle, catalyst, Supercritical water, Mixed metal oxide, Characterization
  • Saman Alimohammadi, Ramin Karimzadeh* Pages 13-24

    Research subject:

     The use of scrap tires to recover energy and their compounds is an effective way to protect the environment and recover energy and materials.
    Research approach: In this research, the aim is to investigate the process of tire pyrolysis as well as the simultaneous pyrolysis (co-pyrolysis) process of tire and fuel oil. Here, the effect of different operating conditions such as temperature, volumetric nitrogen gas, heating rate and tire parts size on the physical quantities and physical properties of the products manufactured by these processes have been investigated.

    Main results

    The optimal operating conditions for these experiments are 420C, the volumetric gas flow rate is 100 ml / min and the heating rate is  3 C / min. The volume of the reactor used is 500 ml and the amount of mazut in the coprolysis process is 30 wt%. The highest amount of liquid produced in the process of pyrolysis of used tire was achieved using feed with a particle size of 4×2×0.5cm3, which is 43.3% by weight. In contrast, the largest liquid product produced in the simultaneous pyrolysis process of the tire and mazut was obtained using tire parts with a size of 4×4×0.5cm3, which is 52.3% by weight. In this study, the physical properties of liquid products produced by two processes of pyrolysis of tire and co-pyrolysis of tire and mazut, such as kinematic viscosity, density and refractive index, have been investigated.

    Keywords: Pyrolysis of Tire, Pyrolysis of Mazut, Coprolysis, Size of Tire Parts, Properties of Pyrolysis Products
  • Hadi MohammadTaghiNejad, Abbas Kebritchi*, Jahanbakhsh Mombini Pages 25-42

    Regarding new researches on chemorheology of energetic composites,it is determined that HTPB slurry should have convenient viscosity for ease of casting. In the other word, available time for appropriate casting of energetic composite after curative addition called pot-life. Long pot-life of HTPB binder system is necessarily for good processability and non-defect production of energetic composite grains. In addition to long pot-life, the physical-mechanical properties of HTPB energetic composite are of at most important. In this research, effect of  curative type (structure), casting temperature and the amount of DBTDL as a curing catalyst on chemorheological behavior of HTPB binder system and physical-mechanical  properties of energetic composite were investigated. Toluene diisocyanate (TDI), Isophorone diisocyanate (IPDI) and Hexamethylene diisocyanate (HDI) were selected in order to investigate the role of molecular structure of curing agent on Chemorheology of binder system and its slurry and also on physical-mechanical  properties of energetic composite. Moreover, temperatures of 40, 50 and 60 ˚C, were selected to study the effect of casting temperature on chemorheology. By decreasing each 10˚C of casting temperature, pot-life of binder system (IPDI and TDI) was increased about 10 min. Pot-life of binder system and energetic composite slurry based on IPDI in the presence of 0.005% DBTDL (the optimum content) at similar temperatures, showed the longest pot-life. The elastomer and energetic composite based on IPDI showed the most crosslinking density (CLD) and modulus in comparison to other curing agents with retain of tensile strength and adequate elongation.

    Keywords: DBTDL catalyst, Casting Temperature, curing agent, Pot Life, chemorheology
  • Payam MollaAbbasi* Pages 43-56

    Research subject: 

    In recent years, there are so many attractions in the field of effective detection and discrimination of volatile organic compounds (VOCs). Detection of VOCs compounds, are very important in many applications and industries such as air pollution control, air quality control, food packaging, food quality control, disease diagnostic, agriculture etc. The sensitivity and selectivity of the prepared sensors to detect of VOCs needs to improve.   

     Research approach:

     A conductive polymer composite sensitive layer based on poly (lactic acid) as polymer matrix and multiwall carbon nanotubes as conductive filler was prepared to detect of volatile organic compounds (VOCs). For this purpose the porous sensitive layer was prepared by non-solvent induced phase separation (NIPS) method. In this structure, chloroform (low boiling point temperature) was used as the solvent and ethanol (high boiling point temperature) was used as a non-solvent. The sensitive layer was used to detect of toluene, methanol, and chloroform. The structure and morphology of synthesized layer was investigated by means of scanning electron microscopy (SEM) and BET test.

    Main results

    The investigation indicated that the phase separation method induced the open cell morphology into the conductive composite. The BET results showed that the specific surface area of composite increased to 22.3 m2/gr. The experimental results showed that the response properties of porous layers was improved dramatically in comparison with dense layers. It was related to the increase of specific surface area of polymer composite and therefore the increase of diffusion coefficient of analyte molecules into the polymer matrix. Finally the sensitivity and selectivity of porous sensitive layers was investigated based on Flory-Huggins interaction parameter.

    Keywords: Conductive Polymer Composites (CPC), Poly (Lactic Acid) (PLA), Gas Detector, Non-solvent Induced Phase Separation (NIPS), Volatile Organic Compounds (VOCs)
  • Mina Kheirtalab, Reza Abedini*, Mohsen Ghorbani Pages 57-71

    Research subject: 

    Selectivity and permeability are the major parameters of polymeric membranes in gas separation process. Hence, nowadays in order to improve aforementioned parameters, modification and enhancement issues for such membrane have been highly noticed.

    Research approach: 

    In this study, in order to improve the performance of polymeric membranes, the two-component blend membranes containing Pebax®1657 and PVA were synthesized for CO2 separation. The effect of different PVA concentrations within the Pebax matrix on structure, morphology and gas separation properties of resultant membranes was investigated. The chemical bonds, crystallinity and cross-sectional morphology studied through, Fourier transform infrared (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM), and were utilized.

    Main results

    The results of the thermal analysis indicated an increase in crystallinity and also glass transition temperature in presence of 5 – 15 wt.% PVA, while the membrane crystallinity decreased by increasing the PVA content up to 20 wt.%. FESEM images demonstrated a uniform cross-section without any cracks and defects for neat Pebax membrane but by adding PVA to Pebax matrix, appeared cracks and cave structures on the cross- section of blend membranes. The CO2/CH4 separation performance of membranes was measured using a constant volume set up at 30°C and feed pressure of 2, 6 and 10 bar. The obtained results revealed that the CO2 permeability in blend membranes improved as the PVA content increased within the membrane. The best obtained CO2 permeability was 204.64 Barrer which gained by Pebax/PVA (20wt.%) at feed pressure of 10 bar. Moreover, the highest selectivity of CO2/N2 for blend membrane with 15 wt.% of PVA was about 100.21 at 10 bar and 30°C.

    Keywords: Blend membrane, Pebax®1657, PVA, Permeability, Selectivity, CO2, N2 separation
  • Fatemeh Jahansooz, Bahaman Ebrahimi Hosseinzade*, Ashrafalsadat HatamianZarmi, Koorosh Shahpasand Pages 73-83

    Research subject: 

    Parkinson’s disease is a neurodegnerative disorder with no treatment due to the blood brain barrier (BBB) existence. The cure for this disease is Dopamine a chemical molecule.

    Research approach: 

    This study investigates biodegradable naoparticles (NPs) carrying dopamine (DA) across the blood-brain barrier. Ion polymerization and solvent methods were used to achieve this goal. Particle size, zeta potential, entrapment efficiency and in vitro drug release behavior, at pH 7 were examined.

    Main results

    The empty nanoparticles and drug-loaded nanoparticles were found to be spherical in shape and fluffy exterior, with mono-modal size distribution and negative zeta-potentials of increasing average sizes 90 to 120 nm simultaneously. Fourier transform infrared (FTIR) spectra demonstrated the polymerization of nBCA monomers and encapsulation of DA inside poly (butylcyanoacrylate) (PBCA).Thermal characteristics of the copolymer were investigated by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR). Drug loading efficiency was around 25%.The in-vitro drug release profile of DA -loaded PBCA nanoparticles prepared from ion polymerization following solution techniques exhibited a gradual release; more than 20 ٪w/w of the drug was released after 51 h. The results showed that the DA-PBCA nanocapsules could be an effective carrier for hydrophilic agents. In this study, PBCA-NSPs were successfully generated as a delivery system for DA, providing a promising approach to improve the therapy of PDs.

    Keywords: Poly (butylcyanoacrylate), dopamine, Parkinson’s disease, nano structure, polymerization