فهرست مطالب

نشریه پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
سال چهارم شماره 3 (پیاپی 13، پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/10/22
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمد خبیری*، میلاد سعادت تقرودی، محمدرضا پورحسینی، محمود رضوی زاده، مشهود عباسی صفحات 3-13

    حساسیت رسانایی الکتریکی کامپوزیت های لاستیکی حاوی پرکننده های رسانا به کرنش های تورمی، پدیده ای است که می تواند موجب توسعه حسگرهای تشخیص نوع و یا نشتی مایعات هیدروکربنی شود. تغییر ساختار شبکه پرکننده در کامپوزیت رسانای متورم شده، کاهش فراوانی تونل زنی ذرات رسانا و اتصال آنها به یکدیگر را درپی دارد. این رفتار می تواند علامتی برای سیستم آشکارساز حلال یا سوخت هیدروکربنی در حس گرهای انعطاف پذیرباشد. در این تحقیق نمونه های کامپوزیت نیتریل/گرافیت با غلظت های 20، 30، 40، 50، 60، 70 و phr80 از ذرات گرافیت تهیه و مشخصات الکتریکی آنها اندازه گیری شد. تغییر مقاومت الکتریکی نمونه های لاستیک نیتریل/گرافیت در ازای افزایش محتوی ذرات گرافیت، مواجهه با تولوین و تکرار دوره ای فرایند تورم/ بازیابی برای هر نمونه بررسی گردید. حساسیت کامپوزیت های حاوی غلظت های بالاتر از آستانه همپوشانی phr 5/53 از ذرات گرافیت به تغییرات رسانایی ناشی از پدیده تورم برای کاربری حسگری مناسب است. همچنین تغییرات افزایشی مقاومت الکتریکی نمونه های غوطه ور در حلال تولوین اندازه گیری و مشاهده شد که همه نمونه ها در نهایت به عایق الکتریکی تبدیل شدند. به منظور مطالعه تکرارپذیری عملکرد سنسور، نمونه های با غلظت 60، 70 و phr 80 برای سه دوره متورم و بازیابی شدند، که رسانایی نمونه قبل از تورم دوم و سوم نسبت به رسانایی قبل از تورم اول کمتر است. این اختلاف در نمونه حاوی phr 80 ذرات گرافیت بسیار ناچیز است. روند تغییر مقاومت الکتریکی در تورم دوم نسبت به تورم اول تفاوت قابل ملاحظه ای دارد. ولی این تفاوت بین دومین و سومین تکرار تورم کمتر است. این پدیده برای هر سه نمونه اتفاق افتاده است که می تواند به فرایند مولینز تشبیه شود.

    کلیدواژگان: کامپوزیت لاستیک نیتریل، گرافیت، تورم، ساختار شبکه پرکننده، مقاومت الکتریکی، حسگر انعطاف پذیر
  • عهدیه امجدی، مهدی سلامی حسینی*، فاطمه قشقایی، فرزانه عربپور رق آبادی، کیومرث جلیلی، وحید احمدی صفحات 15-26

    هدف تحقیق:

     پلی (دی متیل سیلوکسان) (PDMS) پلیمری سیلیکونی است که علی رغم خواص منحصر به فرد و پتانسیل کاربردی بالای میکروذرات آن، تهیه میکروذرات با روش های امولسیون سازی توده ای به عنوان چالش اساسی مطرح است که به دلیل محدودیت های موجود در فرایند آمیزه سازی و نیز گرانروی بالا و انرژی سطحی پایین، کنترل دقیق خواص نهایی ذرات تهیه شده غیر ممکن است. در کار پژوهشی حاضر میکروذرات PDMS با اندازه قابل کنترل، از ماده اولیه با گرانروی بالا تهیه گردید.

    روش تحقیق: 

    با استفاده از میکروسیالی شیشه مویین هم-جریان میکروذرات PDMS حاصل شد. میکروسیالی طراحی شده در این پژوهش، ساده، کم هزینه و قابل استفاده مجدد بوده و تهیه میکروقطرات با گرانروی بالا را امکان پذیر ساخته است. پایدارسازی میکروقطرات PDMS در امولسیون روغن-در-آب با بهینه سازی اجزاء حمام و فرایند پخت انجام و به تهیه میکروذرات PDMS کروی و یکنواخت منجر شد. تاثیر پارامترهای مهم و قابل تنظیم از جمله قطر میکروکانال و دبی جریان بر رژیم های جریان و درنتیجه توزیع اندازه میکروذرات، با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی پویشی بررسی شد.

    نتایج اصلی: 

    نتایج نشان داد رژیم جریان برای مقادیر پایین دبی های فاز پیوسته از نوع چکه ای و میکروذرات حاصل از آن تک پراکنشی است، در مقابل میکروذرات حاصل از رژیم تشکیل جت نسبت به رژیم چکه ای، دارای اندازه قطر کوچکتر و توزیع پهن بود. با کاهش قطر میکروکانال میکروذرات با قطر حدود µm 83/1 حاصل شد. با استفاده از تکنولوژی طراحی شده، میکروذرات نانوکامپوزیتی یکنواخت PDMS/ZnO حاوی 15% اکسید روی با گرانروی محلول فاز آلی mPa.s 7550، با اندازه قطر ذرات µm 318 تهیه شد. بنابراین با روشی بهینه و ساده می توان میکروذرات یکنواخت با اندازه قابل کنترل را تهیه کرد که در کاربردهای متنوعی از جمله دارورسانی، زیست مهندسی و صنایع الکترونیکی مطرح هستند.

    کلیدواژگان: میکروسیالی، میکروذرات، هم جریان، پراکنش، پلی(دی متیل سیلوکسان)
  • نوید ابراهیمی، گیتا باقری* صفحات 27-42

    متفورمین اثر انسولین را تقویت کرده و حساسیت سلولها به انسولین را افزایش می دهد. در این تحقیق نانو ذرات اکسید روی به روش سل-ژل تهیه شده و از طراحی آزمایش با استفاده از  از روش سطح پاسخ کامپوزیت مرکزی برای بهینه سازی نانوذرات بر اساس متغیرهای (وزن استات روی (گرم) (X1) ، حجم تری اتانول آمین (میلی لیتر) (X2) استفاده شده است. . اندازه نانوذرات بهینه سازی شده 27/21 ± 28 nm  ، پتانسیل زتا  64/1 ± 54/25 mV و PdI  مقدار 05/0 ± 168/0 توسط پراکندگی نور پویا (DLS) گزارش شده است. در مرحله بعد از پلیمر کیتوزان برای بهبود سازگاری محیطی و خصوصیات مکانیکی نانوذرات ، افزایش کنترل رهاسازی دارو استفاده شد و در نهایت متفورمین روی نانوکامپوزیت بارگذاری شد.  خواص ساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) پراش پرتوی ایکس (XRD)  ، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) ، پراکندگی نور پویا (DLS) مورد بررسی قرار گرفت. تصاویر SEM نشان می دهد که متوسط ​​اندازه نانوکامپوزیت 40 نانومتر است. همچنین نتایج الگوهای XRD و تصاویر SEM با یکدیگر سازگار است و متوسط ​​اندازه ذرات یکسان است. اسپکتروفتومتری مادون قرمز وجود کیتوزان مورد استفاده برای پوشش نانوذرات بر روی سطوح آنها را نشان داد و بارگذاری متفورمین را تایید کرد. رهایش برون تنی متفورمین از نانوکامپوزیت در یک ساعت اول در محیط شبیه سازی شده معده و سپس محیط روده با بافرفسفات (pH = 7.4)  انجام شد و میزان جذب با استفاده از اسپکتروفتومتر در 233 نانومتر اندازه گیری شد. متفورمین ، محلولیت بالایی در آب دارد و از آن جایی که تهیه فرم آهسته رهش داروها با حلالیت بالا، مشکل می باشد؛ هدف از این مطالعه طراحی  فرمولاسیون آهسته رهش متفورمین با پروفایل مناسب  بوده که توانسته آزادسازی را بدون رهایش انفجاری تا  120 ساعت کنترل کند.

    کلیدواژگان: متفورمین، کیتوزان، اکسید روی، نانوکامپوزیت، رهایش کنترل شده دارو
  • محسن مرادی، افسانه سادات لاریمی*، فرهاد خراشه، رضا نعمت الهی صفحات 42-55

    تبدیل گاز گلخانه ای دی اکسیدکربن به مواد شیمیایی با ارزش افزوده که به عنوان تکنولوژی سوخت‏های خورشیدی شناخته شده است به دلیل داشتن پتانسیل رفع همزمان مشکل گرمایش جهانی و محدودیت منابع انرژی، از آغاز قرن بیست ویکم توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در همین راستا، در پژوهش حاضر فوتوکاتالیست دی اکسیدتیتانیوم (TiO2) اصلاح شده با بیسموت و مس (CuBiT)، با استفاده از روش سل ژل و تلقیح مرطوب تهیه شده و به عنوان کاتالیزور در تبدیل فوتوکاتالیستی دی اکسیدکربن به متان تجدیدپذیر ارزیابی گردید. نتایج آنالیز های پراش پرتو ایکس (XRD)، تصاویر میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی (FESEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)  صحت ساخت نانوذرات TiO2 با اندازه کریستال های حدود 20 نانومتر را تایید نمودند که با افزودن بیسموت به ساختار آن،  اندازه ذرات کوچکتر شدند. همچنین، به کمک آنالیز های طیف سنجی انرژی پرتو ایکس (EDX) و آنالیز  پراکندگی عناصر (Elemental mapping) مشخص شد که بیسموت و مس به  طور یکنواخت در ساختار نانوذرات وارد شده اند. آنالیز طیف سنجی بازتاب پخشی (DRS)  نیز کوچکتر شدن گاف انرژی را در نمونه های حاوی بیسموت و مس نشان داد که موجب جذب نور در ناحیه مریی می شود. بعلاوه، نتایج آنالیز طیف سنجی فوتولومینسانس (PL) نیز کاهش چشمگیر نرخ بازترکیبی الکترون و حفره ها را در نانوکامپوزیت تهیه شده نشان می دهد. نتایج آزمایش های احیای دی اکسیدکربن مشخص کرد که واردکردن 3 درصد وزنی بیسموت و 1.5 درصد وزنی از مس در ساختار TiO2 میزان تولید متان را نسبت به TiO2 خالص تا 6.3 برابر افزایش خواهد یافت. این فعالیت فوق العاده در تولید متان را می توان به توانایی ترکیبات بیسموت در جذب و فعال سازی مولکول‏های دی اکسیدکربن و جداشدن موثر حاملان بار که به وسیله مس ایجاد شده است، نسبت داد. مزید بر موارد مذکور، کوچک تر شدن اندازه ذرات در کنار افزایش سطح ویژه کاتالیست نیز نقش مثبت قابل توجی در بهبود سرعت احیای دی اکسیدکربن داشته است.

    کلیدواژگان: احیای فوتوکاتالیستی دی اکسیدکربن، اصلاح دی اکسید تیتانیوم، متان تجدیدپذیر، واردکردن بیسموت، تلقیح مس
  • امیر کرمی، مهدی رفیع زاده* صفحات 57-68

    در این پژوهش، به کنترل دمای رآکتور نیمه پیوسته تولید پلی اتین ترفتالات پرداخته شده است. بدلیل مکانیزم و سینتیک پیچیده فرآیندهای پلیمریزاسیون که عمدتا بشدت غیرخطی نیز می باشند، بدست آوردن یک مدل نسبتا دقیق برای این فرآیند امری مشکل و نیازمند صرف هزینه و زمان است. دمای پلیمریزاسیون بعنوان متغیر واسط، تعیین کننده خواص نهایی پلیمر می باشد. دما ، از آنجا که امکان اندازه گیری آسان آن وجود دارد، یکی از بهترین گزینه های کنترل رآکتورهای پلیمریزاسیون است. منطق فازی توانایی اعمال بر روی فرآیندهای که دینامیک آنها کاملا شناخته شده نیست، را دارد. پس از اندازه گیری دما، خطا و تغییرات خطا محاسبه می شود. با استفاده از مجموعه های فازی مثلثی شکل، خطا و تغییرات خطا فازی سازی شده است. سپس قوانین فازی برای گرمای اعمال شده به رآکتور ارایه شده است. پنج مجموعه فازی برای خطا و سه مجموعه فازی برای تغییرات خطا بکار برده شده است. در نتیجه پانزده قانون مختلف بکار برده شده است. این پانزده قانون براساس پنج مجموعه فازی مقدار گرما برای هر قانون را ارایه می نماید. از روش میانگین وزنی برای غیرفازی سازی استفاده شده است. پلی اتیلن ترفتالات براساس روش دو مرحله ای استریفیکاسیون و پلی کندانسیون در رآکتور نیمه پیوسته سنتز شده است. رآکتور مربوطه بگونه ای ساخته شده که دما، فشار، سرعت چرخش و گشتاور را اندازه گیری می نماید. آب تولید شده برای تعیین پیشرفت واکنش در مرحله استریفیکاسیون استفاده می شود. در مرحله پلی کندانسیون از تغییرات گشتاور، انتهای فرآیند تعیین می شود. منطق کنترل فازی مبتنی بر قوانین زبانی در هر دو مرحله استریفیکاسیون و پلی کندانسیون اعمال گردید. دمای مرجع در این دو مرحله بترتیب 230oC و 260oC می باشد که با دقت 1-2oC و بصورت هموار کنترل شده اند. منطق کنترلی با استفاده از زبان برنامه نویسی C#.net بطور بلادرنگ به رآکتور اعمال شده است.

    کلیدواژگان: پلی اتیلن ترفتالات، کنترل کننده فازی، رآکتور نیمه پیوسته، کنترل دما، قوانین زبانی
  • مهدی شیوا، مرتضی گل محمدی*، سید علی ضیاتبار صفحات 69-80

    شلتوک پوشش بیرونی دانه برنج و محصول جانبی فرایند آسیاب برنج است. در این پژوهش استحصال سیلیکای بی شکل[1] از این دورریز کشاورزی به روش آمایش حرارتی و اسیدی/حرارتی مورد مطالعه تجربی قرار گرفت. فرایند کلی به این صورت بود که  بعد از سوزاندن شلتوک در فضای آزاد، خاکسترحاصل، اسید شویی و در ادامه خشک شد. در نهایت سیلیکای بی شکل با قرار دادن پودر به دست آمده در یک کوره الکتریکی استحصال شد (آمایش اسیدی/حرارتی). همچنین یک نمونه دیگر از سیلیکا با حذف مرحله اسیدشویی تولید شد (آمایش حرارتی). سپس، سیلیکاهای به دست آمده پس از مشخصه یابی در یک فرمول معمول بلت سیمی تایر به جای سیلیکای رسوبی تجاری استفاده و همه خواص فیزیکی-مکانیکی از جمله نیروی چسبندگی لاستیک به سیم در دو شرایط معمولی و زمان مندی مطالعه شد. آزمون XRD بر روی دو نمونه نشان داد سیلیکای تولید شده در هر دو روش دارای ساختاری بی شکل هستند. همچنین به کمک آزمونXRF مشخص شد که درصد خلوص سیلیکای بی شکل برای نمونه تولیدشده به روش آمایش اسیدی/حرارتی %6/98 و برای نمونه آمایش حرارتی %9/93 است. همچنین نتایج نشان داد چسبندگی لاستیک-به سیم در شرایط معمولی در حضور نمونه های جدید سیلیکا اندکی افت می کند اما همین خاصیت در شرایط زمانمندی شده برای نمونه جدید سیلیکا بهتر از سیلیکای رسوبی تجاری است. سایر خواص آمیزه لاستیکی در حضور گریدهای جدید سیلیکا تغییر محسوسی نشان نداد. درنتیجه می توان گفت که شلتوک برنج از پتانسیل بالایی برای تولید سیلیکای مناسب جهت استفاده در آمیزه بلت سیمی تایر برخوردارست.

    کلیدواژگان: شلتوک برنج، سیلیکای بی شکل، آمایش اسیدی، آمایش حرارتی، تایر
  • محسن شهروسوند* صفحات 81-95

    ابرجاذب ها، هیدروژل های آبدوستی هستند که می توانند مقادیر زیادی آب را در ساختارهای سه بعدی خود جای دهند و کاربردهای گسترده ای در علوم مختلف مانند دارو رسانی، پزشکی و کشاورزی دارند. این مواد پلیمرهای آبدوستی هستند که به صورت فیزیکی و یا شیمیایی شبکه ای شده اند. میزان شبکه ای شدن هیدروژل ها و مقدار تورم آن ها در محیط های آبی دو ویژگی متقابل هم هستند. در صورت افزایش اتصالات عرضی در یک هیدروژل، هرچند میزان تبدیل (conversion) و خواص فیزیکی و مکانیکی هیدروژل افزایش می یابد، اما از سوی دیگر میزان تورم آن دچار کاهش می شود. بنابراین تعیین شرایط مناسب پلیمریزاسیون به منظور دستیابی به خواص و تورم بهینه، چالش پیش روی پژوهشگران است. در این پژوهش به منظور بهینه سازی شرایط سنتز نیمه شبکه های درهم خلیده پلی (آکریلیک اسید)/زانتان از روش سطح پاسخ (Response surface method) با استفاده از طرح باکس بنکن (Box-Behnken design) استفاده شد. متغیرهای این روش، نسبت مولی عامل اتصال عرضی دهنده (X1)، درصد وزنی صمغ زانتان (X2) به عنوان محیط واکنش و مقدار آغازگر (X3) بوده است که تغییرات هر یک در سه سطح در نظر گرفته شد. پاسخ های مورد ارزیابی در روش سطح پاسخ، میزان تبدیل (Y1) و میزان تورم (Y2) هیدروژل ها در آب بوده است. بر اساس 17 آزمایش پیشنهاد شده توسط این طراحی آزمایش، مواد با یکدیگر ترکیب شدند و پلیمریزاسیون رادیکالی درون قالب های سیلیکونی در دمای °C 65 انجام شد. نتایج آنالیز ANOVA نشان داد خطای داده های این پژوهش اندک بوده است و ضریب تعیین (R2) هر دو مدل پیشنهادی برای پاسخ ها بالاتر از 0.9 بوده است. 46 آزمایشی که برای نقطه بهینه توسط این نرم افزار با درصد مطلوبیت (Desirability) بالای 50 درصد پیشنهاد شد، مبین سنتز هیدروژل هایی است که هم از میزان تبدیل مناسبی برخوردار باشند و هم مقدار تورم آنها مطلوب باشد. به عنوان مثال با 8/12 درصد مولی عامل اتصال عرضی، 03/0 گرم آغازگر و محلول 1 درصد وزنی زانتان، هیدروژل هایی با میزان تبدیل 93 درصد و مقدار جذب آب 107 درصد تهیه شد. این هیدروژل ها می توانند در زمینه های مختلفی از جمله تصفیه پساب های رنگی کارخانجات، کشاورزی، سامانه های دارو رسانی، جاذب های پزشکی و غیره مورد استفاده قرار بگیرند.

    کلیدواژگان: هیدروژل، پلی آکریلیک اسید، زانتان، بهینه سازی سنتز، روش سطح پاسخ
  • شکوفه حکیم*، مهدی نکومنش، سهیل پیرایشفر صفحات 97-111

    منیزیم اتوکساید یک آلکوکسید فلزی است که به عنوان نگهدارنده در تهیه کاتالیزورهای زیگلر-ناتا از آن استفاده می شود. این نگهدارنده با کاتالیزور یک کمپلکس تشکیل داده و مقدار اتمهای فلزات واسطه فعال شرکت کننده در واکنش افزایش می یابد. در نتیجه فعالیت کاتالیزور زیاد میشود. تولید پلی اتیلن سنگین در کشور به عنوان پلیمری بسیار پرکاربرد وابسته به این نگهدارنده کاتالیزور است که از جمله اقلام وارداتی به کشور است. منیزیم اتوکساید با واکنش منیزیم و اتانل در مجاور ید در اتمسفر خنثی تولید می شود. در این تحقیق با انجام آزمون هایی از جمله وزن سنجی حرارتی ، اندازه گیری سطح تماس مخصوص و بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی اثر شرایط سنتز مانند تغییر نسبت ید و اتانل به منیزیم، دما، فشار و دور همزن بر مورفولوژی و مشخصات منیزیم اتوکساید بررسی شد. استفاده از ید سبب تشکیل مورفولوژی مناسب شد و افزایش دور همزن تاثیری بر زمان واکنش نداشت. اندازه ذرات محصول تابع مقدار اولیه و اندازه ذرات منیزیم و همچنین دور همزن بود. افزایش دور همزن در مقادیر بالای منیزیم(کاهش نسبت اتانل به منیزیم) موجب برخورد بیشتر ذرات و ریزتر شدن محصول شد. پایین بودن دمای واکنش تا 60 درجه سانتیگراد باعث تشکیل ذرات ریز و مورفولوژی نامناسب شد. استفاده از 2 اندازه ذره 420 و µm840 نشان داد که منیزیم FW40(µm840) منجر به مورفولوژی و سطح تماس مخصوص مناسب برای منیزیم اتوکساید می شود. با کاهش دما از  110 به 100درجه سانتیگراد و استفاده از شرایط رفلاکس در نقطه جوش اتانل سطح تماس مخصوص  بیشتر شد.

    کلیدواژگان: منیزیم اتوکساید، مورفولوژی، اتانل، منیزیم، ید
|
  • Mohammad Khabiri*, Milad Saadat Tagharoodi, MohammadReza Pourhossainy, Mahmoud Razavizadeh, Mashhood Abbasi Pages 3-13

    Research subject:

     The sensitivity of electrical conductivity of rubber/conductive filler composites against swelling strains is a phenomenon that can lead to the creation of sensors to detect the type or leakage of hydrocarbon liquids. In the swollen conductive composites, the variation of filler network structure reduces the Statistical frequency of the tunneling and interconnection of conductive particles. This behavior can be a sign for a solvent or hydrocarbon fuel detector system in a flexible sensors.

    Research approach:

     In this study, nitrile rubber/graphite composite samples with several concentrations (20, 30, 40, 50, 60, 70 and 80phr) of graphite particles were prepared and their electrical characteristics were measured. The changes in the electrical resistance of nitrile rubber /graphite samples were investigated based on increasing the content of graphite particles, immerse to toluene, and repeating the period of the swelling/recovery process for each sample.

    Main results

    The sensitivity of composites with higher concentrations than the percolation threshold (53.5phr of graphite particles) to the conductivity changes due to the swelling phenomenon is appropriate for use in the sensor. Also, incremental changes in the electrical resistance of the samples immersed in the toluene solvent were measured and it was observed that all the samples were eventually converted to electrical insulation. In order to study the repeatability performance of sensor, samples with 60, 70 and 80phr of filler were swelled and recovered for three periods, which is less than the conductivity of the sample before the second and third swelling process compared to the conductivity before the first one. This difference is very small in the sample containing 80phr of graphite particles. The trend of change in electrical resistance is significantly different in the second swelling process compared to the primary swelling. But there is little difference between the third swelling process and the second one. This phenomenon has occurred for all three samples, which can be observed to be similar to Mullins effect.

    Keywords: Nitrile rubber, graphite composite, Swelling, Filler network structure, Electrical resistance, Flexible sensor
  • Ahdieh Amjadi, Mahdi Salami Hosseini*, Fatemeh Ghashghaie, Farzaneh Arabpour Roghabadi, Kiyumars Jalili, Vahid Ahmadi Pages 15-26

    Research Subject:

     Poly(dimethylsiloxane) (PDMS) is a silicone polymer that nowadays despite unique characteristics and high application potential of its microparticles, their preparation via bulk emulsification methods is a main challenge due to the limitations in mixing process, high viscosity and low surface energy of PDMS that make impossible accurate  control of final obtained particles. In the present work, size-controlled PDMS microparticles were prepared from a high-viscosity material.

    Research Approach: 

    PDMS microparticles were obtained by using glass capillary co-flow microfluidic device. The designed microfluidic device is facile, inexpensive and reusable and facilitated preparation of the high-viscosity PDMS microdroplets. Stabilizing the oil-in-water emulsion was obtained by optimizing the bath components and curing process that resulted in monodisperse and spherical PDMS microparicles. Effect of the some important adjustable parameters such as microchannel diameter and flow rate on the flow regimes and microparticles polydispersity were investigated by means of optical microscopy and scanning electron microscopy.

    Main Results

    Results showed a dripping regime for producing monodisperse microparticles at low flow rates of the continuous phase and monodisperse microparticles from it. On the contrary, microparticles obtained from jetting regime are more polydisperse and smaller in comparison with dripping regime. By reducing the diameter of inner microchannel, microparticles with a diameter of 1.83 µm were obtained. Using the designed technology, uniform nanocomposite PDMS/ZnO microparticles 318 µm in diameter containing 15% ZnO were obtained from an oil phase viscosity of 7550 mPa.s. Therefore by an optimized and facile method, size-controllable uniform microparticles can be prepared that are proposed for various applications including drug delivery, bioengineering and electronic industry.

    Keywords: Poly(dimethylsiloxane), Microfluidic, Co-flow, Microparticle, Dispersity
  • Navid Ebrahimi, Gita Bagheri* Pages 27-42

    Metformin enhances insulinchr('39')s effect and increases cells’ sensitivity to insulin. In this paper, nanocomposite was designed and used in the metformin release system, which was able to release the required drug in a controlled manner. In this research, nanoparticles of zinc oxide (ZnO) were prepared via the sol-gel method. The experimental design central composite response surface method was applied for the optimization of the nanoparticles based on varied variables such as the weight of zinc acetate (gr) (X 1) and the volume of triethanolamine (ml) (X2). The particle size of the optimized nanoparticle was reported to be 28 ± 21.27 nm; zeta potential and PdI were 25.54 ± 1.64 mV, 0.168 ± 0.05 respectively. The chitosan polymer was used to improve environmental compatibility and increase drug release control; finally, metformin was loaded on the optimized nanocomposite. Structural properties were analyzed using scanning electron microscopy (SEM) X-Ray Diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), and Dynamic Light Scattering (DLS). The SEM images showed that the average nanocomposite size was 40 nm. The results of XRD patterns and SEM images were also consistent with each other and the average particle size was the same. Infrared spectrophotometry showed the presence of chitosan used to coat nanoparticles on their surfaces and confirmed the loading of metformin. An in-vitro metformin release from the nanocomposite was conducted in PBS (pH=7.4) and analyzed by a spectrophotometer at 233 nm. Metformin has a high solubility in water, and since it is difficult to prepare a slow release form of high-solubility drugs, the aim of this study was to design a slow-release formulation of metformin with a suitable profile that could control release without explosive release for up to 120 hours.

    Keywords: Metformin, Chitosan, Zinc Oxide, Nanocomposites, Controlled drug delivery
  • Mohsen Moradi, Afsanehsadat Larimi*, Farhad Khorasheh, Reza Nematollahi Pages 42-55

    Research Subject: 

    The conversion of anthropogenous CO2 gas into value-add chemicals known as solar fuel technology attracted much consideration from the beginning of the 21st century owing to the potential of this technology in solving the climate change and energy shortage issues.

    Research Approach:

     In the current study, Bismuth and copper modified TiO2 were prepared using sol-gel and wet impregnation method in order to investigate as a catalyst for photocatalytic conversion of carbon dioxide into renewable methane.  

    Main Results

    The results of X-ray diffraction analysis, Field emission scanning microscope images and Transmission electron microscope images demonstrated that titanium dioxide nanoparticles with 20 nm in size were synthesized that after the addition of bismuth, the size of particles became smaller. Also, using energy dispersive x-ray analysis and elemental mapping technique, it was determined that the bismuth and copper were uniformly inserted in the prepared nanoparticles. Diffuse reflectance spectroscopy showed that the bandgap became smaller in bismuth and copper-containing samples, which resulted in visible light absorption. In addition, photoluminescence spectroscopy showed an impressive decrease in the rate of electron-hole separation in the prepared nanocomposite. The result of CO2 photoreduction experiments revealed that the incorporation of 3 wt% Bismuth and 1.5 wt% copper into the structure of TiO2 would increase the amount of methane production to 7.6 times greater than bare TiO2. This superior activity for methane generation could be related to the ability of bismuth compounds in adsorption and activation of carbon dioxide molecules and also the efficient separation of charge carriers given by copper. Additionally, the smaller particle size and increase in the surface area had also a positive effect on the CO2 reduction enhancement.

    Keywords: Photocatalytic reduction of Carbon dioxide, Titanium oxide modification, Renewable methane, Doping of bismuth, impregnation of copper
  • Amir Karami, Mehdi Rafizadeh* Pages 57-68

    Research subject:

     It is not an easy task to get a suitable model of polymerization due to complex mechanism and kinetic of such processes. Polymerization temperature, as an intermediate variable between determining final polymer properties, is a good selection to be controlled. Fuzzy logic has ability to be applied to processes with unknown or less informed dynamics.

    Research approach:

     In this research, control of semi batch poly(ethylene terephthalate) reactor temperature was studied. To do so, error and error variation were calculated using measured reactor temperature. Error and error variation were fuzzified using triangular membership functions. Five and three fuzzy sets were introduced to fuzzify error and error variation, respectively. Hence, fifteen rules were defined. Five fuzzy sets were defined to quantify these fifteen rules. Weight average defuzzification method was applied to calculate necessary heat to the reactor. Poly(ethylene terephthalate) was synthesized in a semi batch reactor based on a two steps method. It is possible to monitor temperature, pressure, rotation speed and mixing torque in this set up.

    Main results

    Produced water during esterification determines reaction advancement. In polycondensation step, mixing torque determines end of the process. Linguistic based fuzzy rules were applied to both steps. Reference temperatures were 230oC and 260oC, respectively. Reactor temperature was controlled with 1-2oC precision. Control logic was applied using C#.net real time programming.

    Keywords: Poly(ethylene terephthalate), Fuzzy controller, Semi-batch reactor, Temperature control, Linguistic rules
  • Mehdi Shiva, Morteza Golmohammadi*, Seysd Ali Ziatabar Pages 69-80

    Research subject: 

    The rice husk is the coating on a rice grain and a by-product of the rice milling process. In this study, the extraction of amorphous silica from this agricultural residue by thermal as well as acid/thermal treatment method was studied.

    Research approach:

     The process was designed as follows: after burning the paddy in the open field, the obtained ash was washed with acid followed by drying. Finally, the amorphous silica was obtained by placing the prepared powder in an electric furnace (acid/thermal treatment). Also, a sample of silica was produced by eliminating the acid treatment step (thermal treatment). Afterward, the obtained silica powder was employed in a conventional passenger radial tire belt formula instead of commercial precipitated one, and whole the physical-mechanical properties, including rubber-to-wire adhesion force, were studied under normal and aging conditions.

    Main results

    The results of the XRD demonstrated that the silica produced in both methods were amorphous. The XRF analysis also showed that the purity of amorphous silica were 98.6% and 93.9% for the sample produced by acid/heat treatment and the heat treatment, respectively. The results of the tire test showed that the rubber-to-wire adhesion decreased slightly under normal conditions in the presence of new silica samples, but the same property under the timed conditions for the new silica samples was better than commercial precipitated silica. Other properties of the rubber compound did not change significantly in the presence of new silica grades. As a result, it can be said that rice husk has a potential to produce suitable silica for use in blend of radial tire belt.

    Keywords: Rice husk, Amorphous silica, Thermal treatment, Acid treatment, Tire
  • Mohsen Shahrousvand* Pages 81-95

    Research subject: 

    Superabsorbents are hydrophilic hydrogels that can accommodate large amounts of water in their three-dimensional structures and have wide applications in various sciences such as pharmaceuticals, medicine, and agriculture. These materials are hydrophilic polymers that are physically or chemically cross-linked. Conversion and swelling ratio of synthesized hydrogels are two counter effects. Therefore, determining the appropriate conditions for polymerization to achieve optimal properties and swelling rate of hydrogels is a challenge for researchers.

    Research approach:

     In this study, optimizing the synthesis conditions of semi-interpenetrating poly (acrylic acid)/xanthan hydrogels, the response surface methodology (RSM) was used by Box-Behnken design (BBD). The variables of this method were the molar ratio of the cross-linking agent (X1), the weight percentage of xanthan gum (X2) as the reaction medium, and the amount of initiator (X3), each of which was considered at three levels. The evaluated responses in RSM were the rate of polymerization conversion (Y1) and the rate of swelling (Y2) of the hydrogels in the water.

    Main results

    Based on the 17 experiments proposed by RSM (BBD), the cross-linker, xanthan gum, and initiator were combined and radical polymerization was performed into silicone molds at 65 ° C. The results of ANOVA analysis showed that the data error of this study was small and the coefficient of determination (R2) of both proposed models for the responses Y1 and Y2 was higher than 0.9. The 46 experiments proposed for the optimal point by RSM (BBD) with the desirability of more than 50% indicate the synthesis of hydrogels that have both a good conversion rate and an optimal amount of swelling. For example, by 13% of cross-linking agent, 0.043 g of initiator and 1% wt. the solution of xanthan, hydrogels with a 95% conversion rate, and 102% water uptake were prepared. These hydrogels can be used in a variety of fields, including the treatment of colored wastes in factories, agriculture, pharmaceutical systems, medical attractions, and more.

    Keywords: Hydrogel, Poly (acrylic acid) (PAA), Xanthan Gum (XG), Optimization, Response surface methodology (RSM)
  • Shokoufeh Hakim*, MEHDI NEKOOMANESH, Soheil Pirayeshfar Pages 97-111

    Research subject: 

    Magnesium ethoxide is a metal alkoxide used as a support for preparation of Ziegler-Natta catalyst. This important material which is used in HDPE production plants is not produced in Iran. It forms a complex with the catalyst that results in increase of the number of the reacting transition metal atoms inside it. Therefore the catalyst activity increases. The chemical reaction between magnesium and ethanol, in presence of iodine, results in magnesium ethoxide production.

    Research approach: 

    In this work, by performing analyses such as thermal gravimetric analysis (TGA), BET and scanning electron microscopy (SEM), the effects of reaction conditions such as iodine/magnesium, ethanol/magnesium, temperature and mixer speed on morphology and characteristics of magnesium ethoxide were investigated.

    Main results

    By using Iodine, proper morphology of product was obtained. The mixer rotation speed didnchr('39')t affect the reaction time. The particle size of the product was dependent on the magnesium amount and particle size and mixer speed. Increasing the rotation speed of the mixer at high amount of magnesium (low ethanol/magnesium) led to more collision of the particles and therefore finer product particles. Reaction at temperatures as low as 60 ₒC led to formation of fine particles with undesirable flake-like morphology. Magnesium with two average particle sizes (420 and 840μm) was used. It was shown that synthesis with magnesium of 840 μm(FW40) led to a sample similar to the commercial one with appropriate specific surface area. Lowering the temperature from 110 to 100 ₒC and reflux of ethanol at boiling point resulted in higher specific surface area.

    Keywords: Magnesium ethoxide, Morphology, Ethanol, Magnesium, Iodine