فهرست مطالب
نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران
سال چهل و یکم شماره 1 (پیاپی 103، بهار 1401)
- تاریخ انتشار: 1402/02/05
- تعداد عناوین: 30
-
-
صفحات 1-14
در این پژوهش، مسیر رشد نانوخوشهها، پایداری، انرژی سطحی، میزان کروی بودن و ساختار نانوخوشههای دوفلزی طلا-نقره که در فرایند تراکم بخار تشکیل شدهاند با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی بررسی شد. بررسیها نشان دادند که اتمهای طلا درون هسته نانوخوشه قرار میگیرند. همچنین نتیجهها نشان دادند که تعدادی نانوخوشههای منظم با ساختارهایی شبیه fcc و hcp در این فرایند تشکیل شده است. فرایند گرمایش نانوخوشهها نشان داد که نانوخوشهها با افزایش دما بیش تر کروی میشوند که این موجب پایداری بیش تر ساختار نانوخوشهها میشود.
کلیدواژگان: شبیه سازی دینامیک مولکولی، پایداری نانوخوشه، فرایند تراکم بخار، انرژی سطحی نانوخوشه، ساختار نانوخوشه فلزی -
صفحات 15-25
در این پژوهش، نخست پودر نانوساختار Cu2O با آسیاکاری مکانیکی پودر میکرونی Cu2O تولید شد و سپس نانوکامپوزیت Cu2O/ZnO با نسبتهای گوناگون Cu/Zn با روش شیمیایی تهیه شد. تاثیر نسبتهای گوناگون Cu/Zn برابر 5، 10 و 20 بر روی ساختار، ریخت شناسی، ویژگیهای نوری و عملکرد کاتالیستی نوری در تخریب آلاینده متیلن بلو توسط نانوکامپوزیت موردبررسی قرار گرفت. نتیجههای پراش پرتو ایکس نشان داد که فراورده پایانی دارای ساختاری بلوری و پیک هایی به نسبت پهن میباشد که بیانگر ریزدانگی ساختار پایانی است. نتیجههای تصویرهای میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که در نانوکامپوزیت تهیه شده با نسبت Cu/Zn برابر 5 نانوذرههای ZnO تا حد زیادی کل سطح ذرههای Cu2O را پوشش داده است. ویژگیهای نوری نانوکامپوزیتها با روش طیف سنجی انعکاسی نفوذی مورد مطالعه قرار گرفت و انرژی شکاف باند نانوکامپوزیت با نسبت Cu/Zn برابر 5، کمینه مقدار 9/1 الکترون ولت را نشان داد که در بازه نور مریی قرار می گیرد. این نمونه بیش ترین فعالیت کاتالیستی نوری را در تخریب آلاینده تحت نور مریی از خود نشان داده و قابلیت تخریب 98 درصد آلاینده متیلن بلو در محلول آبی خنثی با غلظت 2 میلی گرم بر لیتر پس از گذشت مدت زمان 240 دقیقه زیر تابش نور مریی را از خود نشان می دهد.
کلیدواژگان: کاتالیست نوری، نانوکامپوزیت، Cu2O، ZnO -
صفحات 27-37
در این پژوهش، نخست با آگاهی از ویژگیها و برتریهای انواع بسترهای نانو حفره ، نانو ذرههای منگنز(II) اکسید روی بستر زیولیت-Y نشانده شده و با استفاده از فناوریهای گوناگون ازجمله FT-IR, , XRD, BET، FESEM و EDX مورد شناسایی قرار گرفت. در ادامه، از زیولیت منگنز دی اکسید (MnO2@zeolite-Y) به عنوان یک نانوکاتالیزگر فعال سبز برای سنتز مشتقهای اتیل 2-((H1-بنزو[d]ایمیدازول-2-ایل آمینو)(آریل)متیل تیو) استات ها به وسیله یک واکنش تک-ظرفی سهجزیی 2-آمینوبنزیمیدازول، آلدییدهای آروماتیک و اتیل تیواستات در حلال آب-اتانول و دمای اتاق استفاده شد. این روش کاتالیستی، دارای برتریهای بسیاری مانند استفاده از نانوکاتالیست اسیدی (لوییس) غیرسمی، ارزان ، دردسترس و قابل بازیافت، زمان کوتاه انجام واکنش، سادگی جداسازی فراورده خالص، استفاده از حلال سبز و شرایط ملایم میباشد. همچنین، روش حاضر این نوید را می دهد که در آینده بتواند به عنوان یک مسیر سنتزی آسان در تهیه مشتقهای پپتیدی با اتصال سولفیدی بر پایه حلقه بنزایمیدازول در شرایط ملایم استفاده شود.
کلیدواژگان: واکنش چند-جزئی، نانو زئولیت-Y، منگنز اکسید، 2-آمینو بنزایمیدازول، اتیل (آریل متیل تیو) استات، شیمی سبز -
صفحات 39-47
دراین پژوهش، مسیرهای ممکن برای واکنش کاتالیستی هیدروژن دارکردن آلکن ها با استفاده از کاتالیست گالیم تری کلرید تک آبه در حلال دی کلرومتان و با حضور 1، 4- سیکلوهگزادی ان به صورت نظری و با استفاده از نظریه تابع چگالی (DFT) مورد مطالعه قرارگرفت. بهترین روش برای انجام واکنش هیدروژن دار کردن الفینها، استفاده از یک مولکول آلی به عنوان تامین کننده هیدروژن در حضور یک کاتالیست فلزی است. فلزی که بیش ترین کاربرد را در این زمینه دارد، پلاتین است که قیمت بالای آن باعث شده همواره دانشمندان به دنبال جایگزینی مناسب برای آن باشند. کمپلکس های گروه سیزدهم از جمله گالیم می توانند جایگزین های خوبی برای پلاتین برای کاتالیزکردن این واکنش باشند. در این پژوهش، سه مسیر ممکن برای انجام این واکنش در نظر گرفته شد که دو مسیر بدون دخالت مولکول آب، یکی به وسیله اتصال کاتالیست به گونه هیدرید دهنده و دیگری با اتصال به آلکن است و مسیر سوم با دخالت مولکول آب انجام میگیرد. محاسبههای این واکنش با استفاده از نرم افزار مناسب و روش های گوناگون محاسبهای و با در نظر گرفتن اثرهای حلال انجام شده است. که منجر به روشن شدن سازوکار هیدروژندار کردن آلکنها به وسیله اتصال کاتالیست به گروه الکترون دهنده شد.
کلیدواژگان: DFT، هیدروژن دارکردن آلکن ها، گالیم، بررسی سازوکاری -
صفحات 49-60
با رشد نگرانیهای موجود در رابطه با آلودگیهای زیستمحیطی، صنعت نفت به روشهایی برای کاهش آلودگیهای به علت سوخت روی آورده است. ایزومریزاسیون کاتالیستی روشی است که طی آن عدد اکتان سوخت بدون تولید آلایندههای هوا افزایش مییابد. در این پژوهش، سه کاتالیست کامپوزیت با یک بخش سیلیکای مزوپور و بخش زیولیتی تهیه شد و در واکنش ایزومریزاسیون نرمالهپتان در بازه دمای 200-350 مورد استفاده قرار گرفت. کاتالیستهای تهیه شده با استفاده از آزمایشهای گوناگون مانند XRD، XRF، UV-Vis DRS، جذب-واجذب نیتروژن، FT-IR، NH3-TPD، و TG/DTA شناسایی شدند. سینتیک این واکنش نیز با استفاده از دو مدل توانی و لانگمیر-هینشلوود مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتیجههای به دست آمده کاتالیست Pt/XH بالاترین بهره واکنش (9/23 ٪) و گزینشپذیری (8/51 ٪) را نسبت به فراوردههای ایزومریزاسیون و مدل لانگمیر-هینشلوود بهترین همبستگی (بیش از 9/0) را با دادههای تجربی نشان داد.
کلیدواژگان: ایزومریزاسیون نرمال هپتان، زئولیت، سینتیک، مدل توانی، مدل لانگمیر-هینشلوود -
صفحات 61-72
در این پژوهش، چارچوب های فلز-آلی با مراکز فلزی گوناگون از جمله آهن، کروم، استرانسیوم و وانادیم با لیگاند بنزن 1،3،5- تری کربوکسیلیک اسید با روش هیدروترمال، سنتز شدند. نانوبلورها و نانوکاتالیست های سنتز شده به کمک فناوری های پراش پرتوی ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف فروسرخ (FT-IR) شناسایی شدند. در ادامه واکنش استری شدن اولییک اسید با متانول برای تولید بیودیزل با استفاده از این چارچوب های فلز-آلی به عنوان کاتالیست مورد بررسی قرارگرفت. تاثیر پارامتر های گوناگون واکنش مانند دما، زمان، نسبت مولی متانول به اولییک اسید و مقدار و نوع کاتالیست مورد مطالعه قرار گرفته و بهینه شد. نتیجهها نشان داد که چارچوب فلز-آلی MIL-100(Fe)، با بازده 8/78% تحت شرایط 3/0 گرم کاتالیست، نسبت مولی اولییک اسید به متانول 1:10، میزان گرما 70 و زمان 24 ساعت بیش ترین فعالیت کاتالیستی را بین کاتالیست های سنتز شده داشت. پس از آن به ترتیب کاتالیست های Sr-BTC، Cr-BTC و V-BTC با بازدهی 52%، 44% و 42% بیش ترین فعالیت را در واکنش استری شدن اولییک اسید با متانول داشتند.
کلیدواژگان: چارچوب فلز-آلی، هیدروترمال، بیودیزل، استری شدن -
صفحات 73-84
با توجه به نقش مهم بایندر پیشرانههای مرکب امروزه مطالعههای زیادی در راستای بهبود ویژگیهای مکانیکی و گرمایی آنها انجام شده است.گلیسیدیل آزید پلیمر به عنوان یک بایندر پرانرژی در پیشرانهها مورد استفاده قرار میگیرد. هدف این پژوهش بهبود ویژگیهای گرمایی و دمای انتقال شیشهای این بایندر پرانرژی به وسیله کوپلیمره کردن آن است. برای این منظور، کوپلیمر پرانرژی جدید پلیپروپیلن گلیکول-پلیگلیسیدیل آزید-پلیپروپیلن گلیکول (PPG-GAP-PPG) (Mn = 1800 g/mol)سنتز شد. در راستای این سنتز نخست پلیگلیسیدیل آزید (GAP) با جرم مولکولی (Mn = 1006 g/mol) با استفاده از پلیاپیکلروهیدرین سنتز شد. سپس از گلیسیدیل آزید سنتز شده به عنوان آغازگر استفاده شد و کوپلیمر سه دستهای با استفاده از پلیمریزاسیون حلقهگشای کاتیونی پروپیلن اکسید، در حضور بورتری فلویورید اترات (BF3.OEt2) به عنوان کاتالیست سنتز شد. کوپلیمر سه دستهای با استفاده از دستگاه فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR)، و طیفسنجی رزونانس مغناطیسی هستهای (H NMR) شناسایی شد. دمای انتقال شیشهای (Tg) کوپلیمر سه دستهای PPG-GAP-PPG با استفاده از روش کالریمتری اسکن دیفرانسیل (DSC) مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه DSC نشان داد که دمای انتقال شیشهای کوپلیمر)63- (Tg = پایینتر از گلیسیدیل آزید با وزن مولکولی کم°C) 53- (Tg = است. پایداری گرمایی GAP و کوپلیمر سه دستهای PPG-GAP-PPG با استفاده از آنالیزگرما وزن سنجی تفاضلی (DTG) بررسی شد. نتیجهها نشان داد ترکیب کوپلیمر سه دستهای سنتز شده دارای پایداری گرمایی بیش تری نسبت به GAP میباشد. به منظور بهینهسازی شرایط سنتز کوپلیمر سه دستهای PPG-GAP-PPG تاثیر دو متغیر دما و کاتالیست بر روی جرم مولکولی و بازده کوپلیمریزاسیون بررسی شد. بالاترین بازده (86درصد) برای سنتز پلیمر در دمای ºC 15-10 همچنین 1 درصد وزنی کاتالیست است.به منظور بهینه سازی شرایط سنتز کوپلیمر سه دستهای PPG-GAP-PPG تاثیر دو متغیر دما و کاتالیست بر روی جرم مولکولی و بازده کوپلیمریزاسیون بررسی شد. بالاترین بازده (86 درصد) برای سنتز پلیمر در دمای ºC 15-10 همچنین 1 درصد وزنی کاتالیست است.
کلیدواژگان: کوپلیمر سه دسته ای، بایندر، پلی گلیسیدیل آزید، پلی پروپیلن گلیکول -
صفحات 85-99
در این پژوهش تاثیر تغییر ولتاژ مولد پلاسما بر روی واکنش اکسایش جزیی متان در یک راکتور پلاسمای DBD و در سه حالت پلاسمای بدون کاتالیست، پلاسما به همراه کاتالیست نیکل اکسید و پلاسما به همراه کاتالیست مس اکسید بررسی شد. نتیجهها نشان داد که افزایش ولتاژ دستگاه از 6 به 10 کیلوولت درحضور کاتالیست نیکل باعث بیش تر شدن درصدمولی متانول از 37/0 به 76/0 درصد و برای هیدروکربنهای C2+ از 55/0 به 8/1 درصد میشود. درآزمایش پلاسما و کاتالیست مس تولید هیدروکربنهای با ارزش در اثر زیادتر شدن ولتاژ کم تر شد و درصد مولی متانول از 3/0 به 18/0 و درصد مولی ترکیبهای C2+ از 82/0 به 23/0کاهش یافت. محاسبه مصرف انرژی در زمان افزایش ولتاژ دستگاه نشان داد که آزمایشها در ولتاژ 6 کیلوولت با راندمان انرژی بالاتر معادل 17/0 میلیمول بر کیلوژول انجام شدند. در این ولتاژ و در حضور کاتالیست نیکل اکسید انتخاب گری کربن منواکسید 37 درصد و هیدروژن 58 درصد به دست آمد که بیشتر از دو حالت دیگر بوده و مقدار H2/CO درگاز سنتز تولیدی به عدد 2 نزدیکتر شد. بنابراین انتخاب کاتالیست نیکل در راکتور پلاسما DBD برای تولید هیدروکربنهای با ارزش و یا گاز سنتز با مصرف انرژی کم تر، بهتر از کاتالیست مس وپلاسمای بدون کاتالیست میباشد.
کلیدواژگان: راکتور، اکسایش متان، انرژی، پلاسمای کاتالیستی -
صفحات 101-115
یک کمپلکس Zn(II) با یک لیگاند باز شیف درشت حلقه که دارای چهار اتم نیتروژن دهنده است از واکنش بین اورتو-فنیلن دی آمین، استیل استن و ZnCl2 با نسبت استوکیومتری 1:2:1 تهیه شد. این واکنش به روش تمپلت تک ظرف انجام شد. این کمپلکس به روش های هدایت سنجی، آنالیز عنصری، دمای تجزیه و روش های طیف سنجی FT-IR، 1H NMR و UV-Vis شناسایی شد. برهمکنش بین کمپلکس تهیه شده (بیس(استیل استن-اورتو-فنیلندیآمین) روی(II) کلرید) با دی اکسی ریبونوکلییک اسید استخراج شده از غده تیموس گوساله (CT-DNA) و آلبومین سرم گاوی (BSA) به کمک طیف سنجی جذب الکترونی فرابنفش-مریی بررسی شد. مقدار ثابت اتصال کمپلکس باCT-DNA بیش تر از BSA می باشد. غلظت کمپلکس Zn(II) در نقطه میانی انتقال CT-DNA از حالت طبیعی به حالت برهمکنش شده کمتر از BSA است. همچنین ثابت هیل (h) که مقدار آن 1/1 به دست آمد نشان دهنده غیرتعاونی بودن برهمکنش بین کمپلکس با BSA است. افزون بر این، به منظور بررسی برهمکنش کمپلکس Zn(II) با DNA و BSA، از روش داکینگ مولکولی به کمک ساختار مینیمایز شده کمپلکس استفاده شد.
کلیدواژگان: لیگاند باز شیف، کمپلکس Zn(II)، برهمکنش با DNA، برهمکنش با BSA، داکینگ مولکولی، انرژی اتصال -
صفحات 117-130
در این پژوهش پیرولیز لاستیک های فرسوده در مجاورت کاتالیست بیوچار تولیدی از فرایند گازسازی چوب صنوبر بررسی شده است. بدین منظور، در یک راکتور با اندازههای آزمایشگاهی، 25 گرم از نمونه بارگذاری شد و پیرولیز نمونهها در دمای C° 500 و در فشار اتمسفریک انجام پذیرفت. نتیجهها نشان داد که کاتالیست بیوچار تاثیر محسوسی بر بازده فراوردههای به دست آمده از پیرولیز نداشته است ولی مشخصههای فراوردههای تولیدی را تغییر داده است. در مورد فراوردههای گازی میزان C3H8 را افزایش و میزان C2H6 را کاهش داده است ولی تاثیر محسوسی بر میزان CO، CO2 و H2 نداشته است. کاتالیست بیوچار میزان آروماتیک ها را کاهش و ترکیبهای خطی را در تار افزایش داده است که نشان از تمایل کاتالیست بیوچار برای فرایند تبدیل آروماتیک ها به ترکیبهای خطی مانند آلکانها و آلکن ها بوده است. همچنین بیوچار تمایل زیادی برای اکسیژنزدایی از تار را داشت. چار تولیدی دارای آروماتیک بیش تری بوده است. آنالیز DTG نشان دادکه چار به دست آمده از فرایند پیرولیز کاتالیستی شبکه مولکولی سنگین تر و منظم تری داشته است. همچنین آنالیز XRD کاتالیست نشان داد که لایه ای از مواد کربنی (کک) که به علت فرایند پلیمریزاسیون ترکیبهای آروماتیکی موجود در بخارهای تولید شده در فرایند پیرولیز است، بر روی کاتالیست نشسته بوده است.
کلیدواژگان: بیوشیمی و شیمی زیستی، زیست فناوری، کاتالیست، سینتیک و راکتور، کاهش و بازیافت ضایعات، نانو فناوری -
صفحات 131-138
در این مطالعه، ویژگیهای ساختاری، الکترونی و نوری ایندیم نیترید در سه فاز بلندروی، ورتسایت و نمک طعام مورد بررسی قرار گرفت. محاسبهها با استفاده از روش شبه پتانسیل، در چارچوب نظریه تابعی چگالی و با استفاده از کد محاسبهای کوانتوم-اسپرسو انجام شد. شبهپتانسیلهای مورد استفاده در دو شرایط بار پایسته و بیش نرم ساخته شده و تابعی تبادلی همبستگی آنها از نوع LDA، GGA و PBE0 می باشد. نتیجهها نشان میدهد که این ترکیب در فاز ورتسایت و بلندروی یک نیم رسانا با گاف نواری مستقیم و در فاز نمک طعام دارای گاف نواری غیرمستقیم است، که بیش ترین سهم در نوار ظرفیت مربوط به اوربیتال s اتم نیتروژن و در نوار رسانش مربوط به اوربیتالهای s و p اتم ایندیم است. نتیجههای به دست آمده از تراکم پذیری نشان می دهد که فاز ساختاری نمک طعام تراکم پذیری کم تری نسبت به دو فاز ساختاری دیگر دارد. هم چنین ویژگیهای نوری ترکیب از جمله تابع دیالکتریک، ضریب شکست و تابع اتلاف محاسبه و نتیجههای به دست آمده با دیگر دادههای موجود سازگاری دارد.
کلیدواژگان: نظریه تابعی چگالی، ایندیم نیترید، گاف نواری، ضریب شکست، تابع اتلاف -
صفحات 139-151
در این مطالعه، معادله کمی ساختار-ویژگی ((QSPR برای پیشبینی حد اشتعالپذیری بالای (UFL) 588 ترکیب آلی شامل ترکیبهای هیدروکربنی، ترکیبهای هالوژن دار، الکلها، اترها، استرها، آلدهیدها، کتونها، اسیدها، آمینها، آمیدها، نیتریلها، و ترکیبهای نیترو مورد مطالعه قرار گرفت. طیف گستردهای از توصیفکنندهها برای هر مولکول محاسبه شد. الگوریتم کولونی مورچگان حافظهدار (M-ACO) همراه با برازش خطی چند متغیره (MLR) برای انتخاب بهترین زیر مجموعه توصیفکنندههایی که سهم چشمگیری در ویژگی UFL دارند به کار برده شد. تبدیل متغیرهای متفاوتی در هر دو متغیر وابسته و مستقل به منظور دستیابی به مدلهای برازش خطی چندمتغیره با کارایی بهتر انجام شد. بهترین مدل یک مدل چهار متغیره بود که با استفاده از توصیفکنندههای محاسبه شده به عنوان متغیر مستقل و لگاریتم مقدارهای UFL به عنوان متغیر وابسته به دست آمد. این مدل دارای گستره کاربردی بسیار وسیعی شامل مقدارهای UFL بین 7/2 تا 100 درصد حجمی است. خطای آموزش مدل 1/0 واحد log UFL (80/0=R2) و خطای پیشبینی 12/0 واحد log UFL (75/0=R2) است. بنابراین، مدل از درستی خوبی برخوردار است و میتواند برای پیشبینی UFL گستره وسیعی از ترکیبهای آلی به کار رود.
کلیدواژگان: حد اشتعال پذیری بالا، الگوریتم کولونی مورچگان، تبدیل متغیر، روابط کمی ساختار-ویژگی، برازش خطی چند متغیره -
صفحات 153-163
افزایش گاز های گلخانه ای به ویژه گاز کربن دیاکسید، از خطرات جدی تهدید کننده محیط زیست و بالا رفتن دمای کره زمین محسوب می شود. یکی از روش های جداسازی و کاهش گازهای گلخانهای مبتنی بر جذب فیزیکی و شیمیایی توسط نانوسیال است. هدف اصلی این پژوهش بررسی اثر نانوسیال پایه آبی دارای نانوذرههای کربن فعال سنتز شده از دورریزهای کشاورزی درغلظت های گوناگون نانوذره بر روی میزان جذب گاز کربن دیاکسید می باشد. بدین منظور نخست نانوذرههای کربن فعال از پوست گردو سنتز شدند و مشخصههای فیزیکی-شیمیایی نانوذرههای سنتز شده توسط آنالیز های FESEM، FTIR و BET تعیین شد و به کمک این نانوذرهها، نانوسیالها در غلظت های گوناگون شامل 02/0، 05/0 و 1/0 درصد وزنی ساخته شد. سپس در یک سلول تعادلی با تحمل فشار بالا و دارای همزن مغناطیسی، اثر نانوسیالهای ساخته شده بر فرایند جذب گاز کربن دیاکسید در دمای 35 درجه سلسیوس و فشار های 20، 30 و 40 بار مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت و نتیجههای آن با آب خالص مقایسه شد. نتیجهها نشان داد که با افزایش غلظت نانوذره و فشار اولیه میزان جذب کربن دیاکسید افزایش می یابد. به گونه ای که بیش ترین میزان جذب در فشار 40 بار و در نانوسیال با غلظت 1/0 درصد وزنی اتفاق می افتد که در این حالت میزان جذب 29 درصد بیشتر از آب خالص می باشد.
کلیدواژگان: نانوذره های کربن فعال، پوست گردو، نانوسیال، جذب، کربن دی اکسید -
صفحات 165-173
در فناوریهای مرسوم جذب کربن دی اکسید، برخی اشکالها و محدودیتها از جمله پایین بودن سطح انتقال جرم وجود دارد. بنابراین ضروری است که یک فناوری نوین برای جذب ارایه شود که این محدودیت را نداشته باشد. استفاده از موج فراصوت فرکانس بالا، روشی است که با اتمیزه کردن حلال قطره های بسیار ریزی را تولید میکند. این قطره ها سطح بیش تری برای فرایند انتقال جرم فراهم میکنند. به همین منظور در این پژوهش، جذب به کمک موج فراصوت با فرکانس بالا انجام گرفت. نتیجهها بیانگر آن بود که نرخ جذب کربن دی اکسید در آب در توان 64/8 وات، در مقایسه با حالت بدون تابش موج فراصوت تا 20 برابر افزایش یافت. همچنین برای مقایسه با سایر روشها، یک همزن مغناطیسی جایگزین مبدل فراصوت شد. در این شرایط ضریب انتقال جرم بهکمک فراصوت به تقریب 4/4 برابر بیش تر از همزن مغناطیسی شد که نشانگر عملکرد بهتر موج فراصوت نسبت به همزن است.
کلیدواژگان: کربن دی اکسید، جذب، موج فراصوت فرکانس بالا، همزن مغناطیسی -
صفحات 175-192
در این پژوهش، جذب سطحی فسفریک اسید از محیط آبی در سامانه ناپیوسته توسط جاذب های گوناگونی مانند پوست گندم و پوست موز ، در دماهای گوناگون (298، 308 و 318 کلوین) مورد بررسی قرار گرفت. از آنالیزهای FT-IR و SEM به ترتیب به منظور تعیین گروه های عاملی موجود در ساختار جاذب ها و جزییات سطح جاذب ها استفاده شد. در آزمایش های جذب، اثر پارامترهای مهم مانند زمان تماس، مقدار جاذب، دما و غلظت اولیه اسید بر کارایی فرایند جذب مورد بررسی قرار گرفت. زمان تعادل برای پوست گندم و پوست موز 50 دقیقه تعیین شد. مقدار بهینه جاذب برای پوست موز و پوست گندم 3 گرم (بهازای 50 میلی لیتر از محلول) تعیین شد. بررسی اثر دما نشان داد، که با افزایش دما برای هر دو جاذب، درصد جذب فسفریک اسید کاهش یافته است. مدل های گوناگون هم دمای جذب، مانند لانگمویر، فروندلیچ، تمکین و دوبینین-رادوشکویچ برای تحلیل داده های تعادلی در دماهای گوناگون به کار گرفته شد که برای پوست موز هم دمای لانگمویر و فروندلیچ و برای پوست گندم، هم دمای فروندلیچ بیش ترین مطابقت با داده های تجربی دارا می باشد. برای توصیف سینتیک جذب، مدل های سینتیکی گوناگون(شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم، الوویچ و مدل نفوذ درون ذره ای) انتخاب شد و مدل شبه مرتبه دوم برای هر دو جاذب بیش ترین سازگاری را با داده های تجربی داشت. پارامترهای ترمودینامیکی مانند تغییرات انرژی آزاد گیبس استاندارد جذب (ΔG ads)، تغییرات آنتالپی استاندارد جذب (ΔH ads) و تغییر آنتروپی استاندارد جذب (ΔS ads) با استفاده از ثابتهای تعادل در دماهای گوناگون محاسبه شدند. مقدارهای منفیΔG ads در همه دماها نشان دهنده خود به خودی بودن جذب فسفریک اسید توسط جاذب ها می باشد و مقدارهای منفی ΔH ads نشان داد که جذب فسفریک اسید روی جاذب ها گرمازا است. بیشترین درصد جذب به دست آمده در دمای 298 کلوین معادل 72 درصد به دست آمد. ظرفیت جذب به دست آمده برای پوست موز و پوست گندم به ترتیب 20 و 11 میلیگرم بر گرم تعیین شد. که در نتیجه، پوست موز جاذب بهینه شد.
کلیدواژگان: فسفریک اسید، سبوس گندم، پوست موز، جذب سطحی، هم دمای جذب -
صفحات 193-206
هدف از این مطالعه، توسعه دو نوع MCM-41 اصلاح شده جدید با حلقه فورانی برای حذف مس (II) از آب است. جاذب ها از روش آمین دارکردن سطوح MCM-41 با استفاده از 3-آمینو پروپیل تریمتوکسی سیلان و 3- (2- آمینو اتیل آمینو) پروپیل تری متوکسی سیلان، در مرحله اول تهیه شد و سپس با استفاده از ترکیب فورفورال و واکنش تراکمی، سطوح MCM-41 دارای گروه های فورانی شد که به طور مخفف MCM-41@NOوMCM-41@N2O نامگذاری شدند. شناسایی و بررسی ساختار جاذب های تهیه شده با استفاده از فناوریهای XRD، FT-IR وBET انجام پذیرفت. غلظت یون های محلول به وسیله طیفسنجی جذب اتمی شعله ای (FAAS) تعیین شد. کارایی جاذب ها در حذف یون های مس با بررسی متغیر هایی مانند مقدار جاذب، pH، زمان تماس و دمای محلول مطالعه شد. تعادل جذب برای هر دو جاذب از مدل فروندلیش پیروی می کند. بررسی سینتیکی جذب سطحی نشان میدهد که سینتیک جذب برای هر دو جاذب از مرتبه دوم است. نوآوری کار حاضر در مطالعه جذب یون های Cu(II) محلول در آب بر سطح جاذب MCM-41@NO به روش محاسبهای مکانیک ملکولی مونت کارلو و مقایسه نتیجههای محاسبهها با نتیجههای پژوهش تجربی است. نتیجههای محاسبهها نشان داد که یون های مس در فاصله 63/1 آنگستروم از سطح جاذب MCM-41@NO و با انرژی kCal/mol 75/0 بیش ترین احتمال توزیع را نشان می دهند.
کلیدواژگان: MCM-41، فوران، یون مس، جذب سطحی، محاسبه های مکانیک مولکولی، مونت کارلو -
صفحات 207-217
در این پژوهش، توانایی جاذب اقتصادی خاک اره لایه اندود شده با پلیمر نیمه هادی پلی پیرول برای جذب اورانیوم از محلول های آبی در یک سامانه ناپیوسته مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها به منظور بررسی اثر پارامترهای عملیاتی pH، زمان تماس، میزان جاذب، غلظت اولیه و دما بر جذب اورانیوم بر روی جاذب انجام و مقدارهای بهینه شرایط عملیاتی تعیین شد. بیشترین مقدار جذب mg/g 65/54 تحت شرایط عملیاتی دز جاذب برابر با g/L 1، غلظت آغازین mg/L 100، 15 دقیقه به عنوان زمان تعادل جذب و pH برابر با 5 به دست آمد. همچنین نتیجهها نشان داد که با افزایش دما میزان درصد حذف اورانیوم افزایش می یابد که نشان دهنده گرماگیر بودن فرایند جذب می باشد. داده های جذب توسط مدل های همدمای لانگمویر و فرندلیچ برازش شدند که داده های تجربی با مدل لانگمویر تطابق بهتری داشتند. بیشترین ظرفیت جذب جاذب مطابق مدل لانگمویر mg/g 46/93 به دست آمد. بررسی سینتیکی فرایند جذب نشان داد که از مدل سینتیک شبه درجه دوم تبعیت میکند. همچنین نتیجه بررسی پارامترهای ترمودینامیکی H0Δ، S0Δ و G0Δ حاکی از گرماگیری و خود به خودی بودن این فرایند است.
کلیدواژگان: جذب، اورانیوم، خاک اره، پلی پیرول، پلیمرهای نیمه هادی -
صفحات 219-233
هدف از این پژوهش، سنتز نانو چندسازه TiO2(10)/MCM-41 به روش هیدروترمال-تلقیح و مقایسه عملکرد آن با نانوذرههای TiO2 خالص برای بررسی نقش پایه سیلیکایی در حذف آنتی بیوتیک تتراسایکلین میباشد. ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی کاتالیستهای نوری سنتز شده با استفاده از آنالیزهایXRD ، FESEM،EDX ، PL،DRS و جذب-واجذب نیتروژن مورد بررسی قرار گرفت. نتیجههای آنالیزهای XRD و EDX بیانگر سنتز موفقیت آمیز نانو چندسازه TiO2/MCM-41 بود. تصویرهای FESEM و EDX وجود ذرههای کوچک سطحی در مقیاس نانومتری با توزیع اندازه و پراکندگی یکنواخت در نمونه TiO2/MCM-41 را نشان دادند. همچنین، تصویرهای FESEM نشان دادند که با تثبیت نانوذرهها، اندازه آن ها کاهش می یابد و از تشکیل کلوخه ها جلوگیری می شود. آنالیزهای PL و DRS تایید کردند که تثبیت نانوذرههای TiO2 بر روی MCM-41 به ترتیب باعث کاهش باز ترکیب حاملهای بار و اندازه نانوذرههای سطحی میشود. آنالیز جذب-واجذب نیتروژن نیز نشان داد که نانو چندسازه سنتز شده دارای سطح ویژه بالا (m2/g 972) میباشد. بر اساس نتیجههای عملکرد راکتوری، درصد تخریب تتراسایکلین توسط نمونه TiO2(10)/MCM-41، 7/67% بیشتر از نانوذرههای TiO2 میباشد. این افزایش راندمان به دلیل ساختار بلوری مناسب TiO2، اندازه کوچک تر و توزیع یکنواخت نانوذرههای TiO2، سطح ویژه زیاد، کاهش بازترکیب حاملهای بار و جلوگیری از تودهای شدن کاتالیست نوری در اثر حضور MCM-41 میباشد. مطالعههای سینتیکی نیز بیانگر سرعت تخریب بیشتر آلاینده توسط نانوذرههای تثبیت شده و تبعیت نتیجهها از واکنش درجه دوم بود. همچنین، در شرایط عملیاتی غلظت تتراسایکلین برابر با mg/L 20، مقدار کاتالیست برابر باg/L 5/1 و زمان دو ساعت میزان تخریب 68% به دست آمد. فعالیت به نسبت بالا و بدون تغییر پس از چرخه اول استفاده مجدد به جداسازی دلخواه و در نتیجه، قابلیت استفاده دوباره مناسب TiO2(10)/MCM-41 اشاره دارد. به این ترتیب می توان نتیجه گرفت که تثبیت TiO2 روی پایه MCM-41 علاوه بر جداسازی آسان تر و بهتر، منجر به بهبود ویژگیهای نوری و ساختاری و سرانجام، افزایش کارآیی کاتالیست نوری سنتز شده می شود.
کلیدواژگان: نانوذره های TiO2، نانوجاذب مزومتخلخل MCM-41، پالایش آب، تتراسایکلین -
صفحات 235-246
در جهان رو به رشد امروز، صنایع بزرگی مانند نفت، گاز و پتروشیمی، تعیینکننده حیات و گردش اقتصادی دنیا محسوب می شوند، ولی از مهمترین مشکلهای این صنایع، آلودگی بیش از حد و در نتیجه، اثر سوء بر روی محیط زیست می باشد. در این پژوهش، امکان حذف دو آلاینده ی مهم نفتی یعنی بنزن و تولوین برای اولین بار به کمک دو قارچ بومی نوین جداسازی شده از خاک آلوده به نفت به نام Asperjillus terreus و Exophiala xenobiotica در شرایط آزمایشگاهی بررسی شد. چهار عامل موثر بر فرایند حذف شامل دما، زمان، غلظت و pH مورد مطالعه قرار گرفت. نتیجهها نشان داد که بیش ترین جذب آلاینده در دمای 25 درجه ی سلسیوس، زمان تماس 10 روز کامل برای قارچ A. terreus و 25 روز کامل برای قارچ E. xenobiotica، همچنین غلظت mL/L 5 از هر دو آلاینده و 7pH= رخ می دهد. در مقایسه قدرت حذف کنندگی دو قارچ با یکدیگر، مشخص شد که برای آلاینده بنزن زمانی که اثر غلظت، زمان تماس قارچ با آلاینده و دما بررسی شدند، قارچ E. xenobiotica و زمانی که اثر pH بررسی شد، قارچ A. terreus عملکرد بهتری در جذب آلاینده از محیط کشت از خود نشان می دهد. در مقابل، برای آلاینده تولوین در بررسی هر چهار عامل یاد شده، عملکرد قارچ A. terreus بهتر بود. به طور کلی بر اساس نتیجههای به دست آمده در شرایط بهینه هر چهار پارامتر، قارچ A. terreus برای آلاینده بنزن با درصد حذف 35/68 و برای آلاینده تولوین با درصد حذف 27/84 بهترین عملکرد را داشت.
کلیدواژگان: حذف زیستی، بنزن، تولوئن، Aspergillus terreus، Exophiala xenobiotica -
صفحات 247-258
در این مطالعه ، توانایی باکتری سودوموناس پوتیدا در جداسازی تلوریم به روش جذب زیستی از محلولهای آبی مورد بررسی قرار گرفت. از روش یک عامل در یک زمان برای بررسی تاثیر pH و از روش سطح پاسخ (RSM) با طرح مرکب مرکزی (CCD) برای ارزیابی و بهینه سازی تاثیر پارامترهای عملیاتی زمان تماس، مقدار جاذب و غلظت اولیه ی تلوریم بر فرایند جذب زیستی استفاده شد. نتیجهها نشان داد که مدل درجه دوم پیشنهادی با ضریب همبستگی 937/0=2R ضمن پیش بینی مناسب رفتار فرایند، مقادیر غلظت اولیه تلوریم mg/L 109، مقدار جاذب g/L 17/1 و زمان تماس 94 دقیقه را به عنوان نقاط بهینه در 5/8pH تعیین نمود. بیشترین ظرفیت جذب جاذب در شرایط بهینه ذکر شده mg/g 1/10 به دست آمد. داده های تجربی با هم دما های لانگمویر، فروندلیچ، تمکین و دوبینین- رادشکویچ بررسی شد. افزون بر این، سینتیک جذب زیستی مورد ارزیابی قرار گرفت. مطالعههای هم دماها نشان داد که هم دمای فروندلیچ با ضریب همبستگی 991/0=2R بیش ترین تطابق را با داده های تجربی دارد که بیانگر چندلایه بودن فرایند جذب و ناهمگن بودن سطح جاذب است. بیشینه ظرفیت جذب باکتری سودوموناس پوتیدا با مدل دوبینین-رادوشکویچ mg/g 63/19 به دست آمد. مطالعههای سینتیکی نشان داد که جذب تلوریم بسیار تند بوده و ظرفیت جذب در 15 دقیقه به بیشترین مقدار خود می رسد. سرانجام، این پژوهش کارایی روش سطح پاسخ در مدل سازی و بهینه سازی فرایند جذب زیستی تلوریم توسط باکتری سودوموناس پوتیدا را تایید کرد.
کلیدواژگان: جذب زیستی، تلوریم، سودوموناس پوتیدا، روش سطح پاسخ -
صفحات 259-274
در این پژوهش، حسگر نوری بر پایه نانوکامپوزیت نانوذرههای نقره/ نانوالیاف سلولز باکتریایی ساخته و برای تعیین 2- مرکاپتوبنزاکسازول (MBO) به عنوان ماده سمی و آلاینده آب استفاده شد. به منظور ساخت نانوکامپوزیت، عاملهای موثر بر فرایند ساخت، همچون pH محلول، غلظت نقره نیترات و نسبت جرمی آن با نانوکاغذ، دما و مدت زمان واکنش، بهینه شدند. نتیجههای به دست آمده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM)، طیف بینی پراکنش انرژی پرتوی X (EDS)، آنالیز وزن سنجی گرمایی (TGA) و طیف بینی فرابنفش- مریی، به خوبی وجود نانوذرههای نقره و تثبیت آنها در بافت نانوالیاف سلولز باکتریایی را نشان دادند. تغییر در جذب قله پلاسمون سطحی موضعی نانوذرههای نقره نسبت به افزایش غلظت آنالیت به عنوان علامت تجزیه ای در نظر گرفته شد. حسگر تهیه شده دارای گستره خطی µg/mL150-25/17 و حد تشخیص µg/mL72/1 برای اندازه گیری MBO می باشد. برای بررسی گزینش پذیری حسگر، عملکرد آن در حضور گونه های مزاحم مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین به منظور بررسی کارایی عملی حسگر مورد نظر در اندازه گیری MBO، نمونه حقیقی از آب رودخانه تجن مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به داده ها، حسگر مورد نظر در حضور بیشتر یون های احتمالی مزاحم گزینش پذیر و برای اندازه گیری نمونه های حقیقی مناسب است.
کلیدواژگان: حسگرنوری، نانوذره های نقره، نانوالیاف سلولز باکتریایی، MBO -
صفحات 275-283
در این پژوهش، یک روش ساده با عنوان میکرواستخراج مایع-مایع پخشی برای استخراج توریم توسعه داده شد. در این روش استخراجی، از استون به عنوان حلال پخش کننده و از کلروبنزن به عنوان حلال استخراج کننده استفاده شده است. استخراج و جداسازی توریم با استفاده از عامل شلاته کننده cyanex272 در محیط اسیدی انجام شد. برخی از پارامترهای موثر بر استخراج توریم مانند نوع و حجم حلالهای استخراج کننده و پخش کننده، غلظت لیگاند و نوع و غلظت اسید مورد مطالعه و بهینهسازی قرار گرفته است. در شرایط بهینه، گستره خطی خوبی در بازه 5000-1 میکروگرم در لیتر با ضریب همبستگی 997/0r2> دیده شد. حد تشخیص برابر 3/0 میکروگرم بر لیتر به دست آمد. تکرارپذیری برای 5 تکرار در سطح غلظتی 20 میکروگرم بر لیتر به صورت انحراف استاندارد نسبی برابر با %5/6 به دست آمد و راندمان استخراج %78 به دست آمد.
کلیدواژگان: توریم، میکرواستخراج مایع-مایع پخشی، جداسازی، لیچ لیکور آنومالی 2 ساغند -
صفحات 285-293
در این پژوهش، دادههای آزمایشگاهی به دست آمده از بازده عملیات استخراج جامد-مایع به دو روش سطح پاسخ و شبکه عصبی مصنوعی مدلسازی و شبیهسازی شد. در این عملیات، آنتول به عنوان اصلی ترین ماده موثره دارویی موجود در اسانس دانههای گیاه رازیانه در تماس با حلال اتانول 70% استخراج شد و بازده عملیات به عنوان تابع هدف قرار داده شد. این عملیات با تغییر در طراحی ستون استخراج مایع-مایع RDC و به کارگیری سینیهای سوراخدار و طراحی قیف در خروجی برج برای خارج شدن جامد صورت گرفت. به کمک ستون طراحی شده، اثر سه متغیر اندازه ذرههای رازیانه، سرعت روتور و نسبت حلال به جامد بر بازده استخراج آنتول مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشها با ذرههای ریز شده رازیانه در اندازههای 7/1، 1 و 3/0 میلیمتر، سرعت روتور 90، 135 و 180 دور در دقیقه و نسبت حلال به جامد 10، 15 و 20 برابر انجام شد و چگونگی تغییر پارامترها در آزمایش ها با استفاده از نرمافزار Design Expert، به روش سطح پاسخ و نیز با نرمافزار MATLAB به روش شبکه عصبی مصنوعی مدلسازی و بهینه سازی شد. نتیجههای به دست آمده از آنالیزهای GC-MS و GC به عنوان اطلاعات بازده استخراج و مقایسه با نتیجههای شبیهسازی نرمافزاری نشان میدهد که با ریزتر شدن اندازه دانههای جامد رازیانه، افزایش نسبت حلال به جامد و نیز افزایش سرعت روتور، بازده استخراج آنتول افزایش مییابد. همچنین داده های طراحی آزمایش توسط شبکه عصبی مصنوعی مدلسازی شد که ضریب همبستگی برای روش RSM و شبکه عصبی به ترتیب 9604/0 و 9955/0 به دست آمد. نتیجهها نشاندهنده دقت بالای مدلسازی شبکه عصبی مصنوعی نسبت به دادههای واقعی در قیاس با روش سطح پاسخ می باشد.
کلیدواژگان: آنتول، ستون RDC، استخراج، مدل سازی، RSM، شبکه عصبی مصنوعی -
صفحات 295-302
کارخانههای صنعت روغن کشی زیتون مقدار بسیار زیادی پساب جامد و مایع تولید میکنند که به آن پساب زیتون (Olive Mill Waste Water, OMWW) گفته میشود. در نتیجه میتوان از آنها در صنعت روغن بیودیزل به عنوان نگهدارندهها (به تنهایی یا ترکیبی با آنتیاکسیدانهای سنتزی) استفاده کرد. بیودیزل یک سوخت جایگزین سوخت دیزل میباشد و به دست آمده از واکنش استری چربی های گیاهی و روغن با استفاده از الکل در حضور یک کاتالیست، میباشد. نسبت به سوختهای معدنی (فسیلی) نسبت به اکسایش در طول نگهداری در انبار بسیار حساس تر میباشد. در این مطالعه، اثر آنتیاکسیدان های طبیعی (مواد غیر صابونی) استخراج شده از پساب کارخانههای روغن کشی بر روی بیودیزل تولید شده از روغن آفتابگردان با درصد اولییک بالا بررسی شد. پساب کارخانههای روغن کشی پس از استخراج (sum) و BHT به میزان pap 100 و به صورت ترکیبی pap 200 برای بررسی تاثیر فرمولاسیون ترکیبی در افزایش پایداری روغن افتابگردان برای استفاده در صنعت بیودیزل، مورد استفاده قرار گرفت. و با استفاده از روش رنسیمت برای ارزیابی تاثیر فرمولاسیونهای ترکیبی بر روی نگه دارندگی بیودیزل، با استفاده از روشهای کروماتوگرافی گازی انجام شد.
کلیدواژگان: اسید چرب، آنتی اکسیدان طبیعی، بوتیل هیدروکسی تولوئن(BHT)، بیودیزل، پساب زیتون -
صفحات 303-312
آلجینات، پلیمری به نسبت زیست سازگار بوده و دارای بار منفی است. این پلیمر پلی ساکاریدی جدا شده از جلبک دریایی، به عنوان یک ماده زیستی به طور گسترده در رهایش دارو، تولید زخم پوشها و چاپ، رنگرزی و تکمیل منسوجات مورد استفاده قرار میگیرد. از مهمترین روشهای تولید این پلیمر زیستی، روش ترریسی میباشد. در این پژوهش، برای اولین بار دستگاه ترریسی اتوماتیک، برای تولید الیاف آلیجینات خالص و دارای روغن زیتون ساخته شد. از روشهای طیفسنجی فروسرخ، پراش پرتو ایکس و طیفسنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس ساختار الیاف تولیدی بررسی شد. پس از بررسی رفتار ریولوژی محلول پلیمری که نقش مهمی در تعیین عملکرد غشا دارد، مشخص شد، افزودن روغن زیتون به محلول ریسندگی، باعث افزایش گرانروی از 55605/0 سنتی پواز به 0542/2 سانتی پواز میشود که بر شکلشناسی محلول ریسندگی و شکل الیاف تولیدی تاثیر گذار بوده است. طبق نتیجههای طیفسنجی فروسرخ، پیوند درون مولکولی قوی از نوع پیوند هیدروژنی در الیاف دارای روعن زیتون دیده شد. نتیجههای XRD نشان داد، ارتفاع ناحیههای بلوری در الیاف آلیجینات خالص به دلیل وجود آب به تنهایی در ترکیب محلول پلیمری کوتاهتر از الیاف آلیجینات دارای روغن زیتون میباشد. همچنین به کمک طیفسنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس (EDS) امکان تهیه هم زمان نقشههای چند گانه از عناصر موجود در یک ناحیه بررسی شد. نتیجهها نشان داد، که پیکهای با ارتفاع بیشتر به معنی غلظت بیش تر عنصر مورد نظر در نمونه است، این میزان در الیاف دارای روغن زیتون به مراتب بیش تر از الیاف خالص بود.
کلیدواژگان: الیاف آلجینات، طیف سنجی فروسرخ، پراش پرتو ایکس، طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس، روغن زیتون، ترریسی -
صفحات 313-323
هدف از انجام این پژوهش، به کارگیری شبکه عصبی مصنوعی به منظور پیشبینی میزان گرمای تخریب پلی آمید-12 تحت تاثیر چند فاکتور مانند محیط، سوخت های زیست سازگار و دما در طول زمان میباشد. در این مدلسازی از یک شبکه عصبی پرسپترون سه لایه (MLP) استفاده شده است. شبکه عصبی پرسپترون شامل سه لایه ورودی، لایه پنهان و لایه خروجی است. ورودیهای این شبکه سه متغیر مربوط به غلظت اتانول، دما و زمان است و خروجی آن دمای تخریب پلیآمید می باشد. شبکه عصبی پرسپترون با تابع انتقال خطی در لایه خروجی برای مدلسازی، طراحی شد. مقایسه نتیجههای تجربی و نتیجههای مدلسازی شبکه، نشاندهنده ضریب تبیین 99/0= R2 بود. همچنین با استفاده از دادههای تجربی میانگین مربعات خطا و درصد میانگین مطلق خطای سامانه به ترتیب 09/0 و 03/0 به دست آمد. سپس میزان گرمای تخریب و تاثیرهای چند فاکتور مانند درصد اتانول و دماهای (25، 40 و 60) درجه سلسیوس بر ویژگیهای فیزیکی پلی آمید-12 در طول زمانهای (0، 900، 3000، 5000، 6000 و 7000) ساعت را پیشبینی نموده و نتیجههای به دست آمده نشان از دقت بالای شبکه عصبی در تخمین دمای تخریب می باشد.
کلیدواژگان: پرسپترون چند لایه، پلی آمید، شبکه عصبی مصنوعی، میزان گرمای تخریب، سوخت زیست سازگار -
صفحات 325-340
در این مطالعه، شار انتقال جرم کربن دیاکسید در فرایند جذب واکنش دار توسط سه محلول متیل دیاتانول آمین (MDEA)، مونواتانول آمین (MEA) و پیپرازین (PZ) با استفاده از مدل نظریه فیلمی و حل هم زمان همه معادلههای حاکم مدل سازی شده است. تغییرهای غلظت همه اجزا در طول فیلم و شار انتقال جرم با در نظر گرفتن جابه جایی فیلم و بدون جابه جایی آن محاسبه شده و مقدارهای پیشبینی شده با داده های تجربی فرایند جذب کربن دیاکسید در محلولهای مورد نظر مقایسه شده است. در مدل ارایه شده اثر پارامترهای بدون بعد شامل پارامتر تبدیل فیلم و بارگذاری و همچنین، میزان تاثیر واکنش، نفوذ، سرعت فیلم و نفوذ گردابهها بر شار انتقال جرم نیز بررسی شد. میزان انحراف از دادههای تجربی برای شار انتقال جرم با محاسبه متوسط خطای نسبی، برای محلول پیپرازین حدود 30/5 درصد، برای محلول MEA برابر با 24/8 درصد و برای MDEA برابر با 56/6 درصد به دست آمد. با در نظر گرفتن جابه جایی فیلم، میزان شار انتقال جرم تحت تاثیر قرار گرفت و میزان خطا کاهش یافت. برای محلول PZ حدود 1/0 درصد و برای محلولهای MEA و MDEA به ترتیب حدود 6/0 و 1/1 درصد کاهش خطا مشاهده شد. همچنین نتیجهها نشان میدهد میزان تاثیر واکنش و نفوذ بر شار انتقال جرم به طور میانگین بیش تر از 35 درصد نسبت به تاثیر سرعت فیلم و نفوذ گردابهها است.
کلیدواژگان: جذب واکنش دار CO2، شار انتقال جرم، مدل سازی فیلمی، محلول آمین، سرعت فیلم -
صفحات 341-348
در این پژوهش، اثر بازدارندگی عصاره ترخون بر خوردگی فولاد کربنی st37 در محیطهای سولفوریک اسید یک مولار و هیدروکلریک اسید نیم مولار به روش های پلاریزاسیون تافل، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و تصویر برداری میکروسکوپ الکترونی رویشی بررسی شد. اندازه گیری های به دست آمده از پلاریزاسیون تافل نشان داد که بازدارنده از نوع مختلط بوده و با افزایش غلظت بازدارنده چگالی جریان خوردگی کاهش می یابد. نتیجههای به دست آمده از روش های پلاریزاسیون تافل و امپدانس الکتروشیمیایی در توافق با هم می باشند. نتیجههای به دست آمده از اندازهگیریها تافل و EIS نشان می دهد که جذب سطحی عصاره ترخون روی فولاد کربنی در محلول 5/0 مولار هیدروکلریک اسید و یک مولار سولفوریک اسید از هم دمای تمکین پیروی میکند و بازده بازدارندگی آن در محیط سولفوریک اسید بیش تر است.
کلیدواژگان: خوردگی، بازدارندگی، عصاره ترخون، فولاد کربنی، هیدروکلریک اسید، سولفوریک اسید -
صفحات 349-363
هدف از این پژوهش ارزیابی و مقایسه تاثیر دو نوع نانوسیال پایه آب با هندسه متفاوت تشکیل شده از نانوصفحههای گرافن اکسید و نانوذرههای آلومینا بر عملکرد یک مبدل گرمایی صفحهای میباشد. بدین منظور نخست نانوسیالهای با غلظت 1/0 درصد وزنی به کمک یک دستگاه فراصوت دارای میله سنجش و یک همزن مکانیکی پر قدرت تهیه شدند و در ادامه ویژگیهای ترموفیزیکی آنها شامل ضریب هدایت گرمایی، گرانروی و عدد پرانتل مورد تحلیل و مقایسه قرار گرفت. به منظور آزمایش عملکردی، یک سامانه گرمایی شامل یک مبدل صفحهای لحیمی مجهز به دو عدد پمپ، دو عدد جربان سنج ، چهار عدد دماسنج ، دو عدد فشارسنج، دو عدد مخزن و لولههای فولادی عایق شده، بر پا شد. شدت جریان سیال گرم (آب خالص) ثابت و از نانوسیال به عنوان سیال سرد برای خنک کردن سیال گرم در شدت جریانهای 5/1، 2، 5/2، 3 و L/min 5/3 استفاده شد. عملکرد گرمایی و هیدرودینامیکی از روش ارزیابی نرخ انتقال گرما، عدد ناسلت، ضریب اصطکاک، افت فشار، توان پمپاژ و سرانجام معیار ضریب عملکرد (نسبت انتقال گرمای به دست آمده به توان پمپاژ مصرفی) به دست آمد. در مقابسه با آب، گرما در مبدل و با استفاده از دو نمونه نانوسیال با نرخ بیش تری انتقال یافت به طوری که در بیش ترین حالت (در کم ترین شدت جریان) درصد بهبود انتقال گرما در نانوسیال گرافن اکسید و نانوسیال آلومینا به ترتیب 46 و 18 درصد بود. این مطالعه نشان داد که بیشینه بهبود ضریب عملکرد مبدل نسبت به آب با استفاده از نانوسیال گرافن اکسید و در شدت جریانهای کم تر از L/min 5/2 به دست آمد (27 درصد)، در حالی که در شدت جریانهای بالاتر از L/min 5/2 ضریب عملکرد نانوسیال گرافن اکسید افت محسوسی داشته و از نانوسیال آلومینا و حتی از آب خالص هم کم تر شده بود.
کلیدواژگان: گرافن اکسید، آلومینا، نانوسیال، مبدل گرمایی صفحه ای، ضریب عملکرد -
صفحات 365-384
این مطالعه به بررسی دقت و پایداری یک مدل بهبود یافته اعمال نیروی بین مولکولی در کنار روشهای ادغام این نیرو و معادلههای حالت گوناگون میپردازد. برای ارزیابی این مدل از هشت روش نیرودهی و پنج معادله حالت شان-چن، کارنهان-استارلینگ، پنگ-رابینسون، واندروالس و سواو-ردلیچ-وانگ استفاده شد. تاثیر زمان آسایش و دمای کاهیده بر دقت، بازه پایداری و میزان تولید سرعتهای جعلی حباب مورد بررسی قرار گرفت. در بین مدلهای ادغام نیرویی روش اختلاف دقیق در کنار روش اعمال نیروی بهبودیافته و همچنین معادله حالت کارنهان-استارلینگ بهترین دقت و بازه پایداری را دارا میباشد. نتیجهها نشان میدهد که این ترکیب کمترین میزان سرعتهای جعلی را در میدان ایجاد میکند. میزان خطا در مدل بهبودیافته در مقایسه با مدلهای بین مولکولی موجود به میزان چشمگیری کاهش یافته است، کمترین میزان خطای مدل بهبودیافته در کنار روش ادغام نیرویی اختلاف دقیق و معادله حالت کارنهان-استارلینگ اتفاق میافتد که برابر 4/0% میباشد. این در حالی است که این خطا در شرایط همانند برای مدل نیرویی بین مولکولی برابر 6/3% است. در زمانهای آسایش گوناگون، هم زمان بیشترین بازه پایداری و کمترین خطا مربوط به روش اختلاف دقیق میباشد. این روش بهترین عملکرد را در بازه زمان آسایش 8/0 تا 1 دارد. کمترین خطای این روش برابر 8/1% است که در کنار معادله حالت کارنهان- استارلینگ و در زمان آسایش 8/0 و دمای کاهیده 54/0 اتفاق میافتد. با مقایسه تغییرهای سرعتهای جعلی روشهای معرفی شده در بازه زمان آسایش 57/0 تا 2 مشخص شد که سرعتهای جعلی همواره با کاهش دمای کاهیده افزایش پیدا میکنند.
کلیدواژگان: شبکه بولتزمن، روش شان و چن، مدل های نیروی بین مولکولی، روش های ادغام نیرویی، معادله حالت غیر ایده آل، تابع شبه پتانسیل، زمان آسایش، شبیه سازی حباب ساکن
-
Pages 1-14
In this research, we investigated the growth path, relative stability, surface energy, sphericity, and structural analysis of Au-Ag nanoalloys created during gas condensation methodology via molecular dynamics MD simulation. In good agreement with the experiment, the position of silver atoms at the clusters' surfaces whereas the gold atoms place at the cores of the clusters. Our results also indicated some ordered structures such as hcp- and fcc-like structures within the created nanoclusters. The thermal behavior of nanoclusters indicated that the clusters become more spherical by the temperature to arrange the more stable morphology. The Au atoms also tend to migrate to the cluster surface by increasing the temperature.
Keywords: MD simulation, Nanocluster stability, Gas condensation process, Surface energy of cluster, Metal cluster structure -
Pages 15-25
In this study, nanostructured Cu2O powder was produced by the mechanical milling of micron-size Cu2O powder, and then a Cu2O/ZnO nanocomposite powder with different ratios of Cu/Zn was prepared by a chemical method. The effect of various Cu/Zn ratios of 5, 10, and 20 on the structure, morphology, optical properties, and photocatalytic performance in the degradation of methylene blue pollutant solution by composite nanopowder was investigated. The results of X-ray diffraction showed that the final product has a crystalline structure with relatively broadened peaks, which indicates a fined structure. The scanning electron microscope images showed that in the nanocomposite with the Cu/Zn ratio of 5, ZnO covered almost the entire surface of the Cu2O particles. The optical properties of nanocomposites were studied by diffuse reflection spectroscopy and the minimum band gap energy was related to the nanocomposite with Cu/Zn ratio of 5, 1.9 eV, and this was in the visible light range. This sample showed the maximum photocatalytic activity in the degradation of the pollutant under visible light and exhibits 98% degradation of neutral aqueous solution methylene blue at a concentration of 2 mg/L after 240 minutes of irradiation under visible light.
Keywords: Photocatalyst, Composite Nanopowder, Cu2O, ZnO -
Pages 27-37
In the present study, with the knowledge of the properties and advantages of various nano-porous materials, nanoparticles of manganese oxide (II) were exchanged on the zeolite-Y surface (covalent bond) and its structure was characterized by using various techniques such as FT-IR, XRD, BET, FESEM, and EDX analyses. In the following, the manganese oxide/zeolite (MnO2@zeolite-Y) as a green active nanocatalyst for the synthesis of ethyl 2-((1H-benzo[d]imidazole-2-ylamine)(ariyl)methylthio) acetate were used via a one-pot multicomponent reaction of aryl aldehydes, 2-amino benzimidazole, and ethyl 2-mercaptoacetate in a water-ethanol solvent and room temperature. This catalytic method has many advantages, such as the use of non-toxic, low-cost, available, and recyclable acidic nanocatalyst (Lewis), the short reaction time, the ease of separating pure products, the use of green solvents, and mild conditions. The present method also promises that in the future it can be used as a convenient synthetic route for the preparation of new sulfur-bearing peptide derivatives based on 2-amino benzimidazole core under moderate conditions.
Keywords: Multi-component reaction, nano zeolite-Y, MnO2, 2-aminobenzimidazole, ethyl (arylmethylthio) acetate, green Chemistry -
Pages 39-47
In this study, the possible pathways for the catalytic reaction of hydrogenation of alkenes using GaCl3.H2O catalyst in dichloromethane solvent with the presence of 1 and 4-cyclohexadiene were computationally performed using Density Functional Theory (DFT). The best way to undertake this reaction is to use an organic molecule as a hydride donor in the presence of a metal catalyst instead of working with hazardous hydrogen gas. The most commonly used metal in the field is platinum, whose high price has led scientists to look for a suitable replacement. The 13th group complexes, including gallium, can be good substitutes for platinum to catalyze this reaction. In this regard, three possible pathways were considered: two ways without the interference of the water molecule, including the catalyst binding to the hydride-donor species and the other one through the alkene binding to the catalyst, and the last pathway through the water molecule interference. All calculations have been conducted using Gaussian 2009 software and various computational methods and also, considering the solvent effects in accordance with the practical research that led to the elucidation of the mechanism of hydrogenation of alkenes.
Keywords: DFT, Alkenes hydrogenation, Gallium, mechanistic investigation -
Pages 49-60
With growing concerns about environmental pollution, the oil industry has begun to look for ways to reduce fuel pollution. Catalytic isomerization is a method in which the fuel octane number is increased without producing air pollutants. In the present work, three composite catalysts with one mesoporous silica and zeolite sections were prepared and used in the normal heptane isomerization reaction in the temperature range of 200-350 °C. The catalysts were identified using various tests such as XRD, XRF, UV-Vis DRS, nitrogen adsorption-desorption, FT-IR, NH3-TPD, and TG/DTA. The kinetics of this reaction was also investigated using two models the power law and the Langmuir-Hinshelwood. According to the obtained results, the Pt/XH catalyst showed the highest reaction yield (23.9%) and selectivity to isomerization products (51.8%) and the Langmuir-Hinshelwood model presented the best correlation (more than 0.9) with the experimental data.
Keywords: Normal heptane isomerization, Zeolite, Kinetics, Power law model, Langmuir-Hinshelwood model -
Pages 61-72
In this research, various types of MOFs with different metal nodes such as iron, chromium, vanadium, and strontium were synthesized using benzene-1,3,5-tricarboxylic acid as an organic linker through a hydrothermal crystallization method. In continuation, the effect of pH, temperature, and reaction time on the properties of obtained MOFs have been studied. The synthesized nanocrystalline MOFs were systemically characterized using X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Fourier Transform InfraRed (FT-IR) spectroscopy. Therefore, synthesized catalysts were successfully carried out in the esterification reaction of oleic acid with methanol for the production of biodiesel. In addition, the operating conditions such as temperature and time of reaction, the molar ratio of methanol to oleic acid, and the amount of catalyst were studied. It was found among the prepared catalysts MIL-100(Fe) is the most appropriate catalyst for the esterification reaction of oleic acid with a yield of 78.8% upon the optimum operating conditions. The catalytic activity of catalysts decreased in this order: Sr-BTC (52%), Cr-BTC (44%), and V-BTC (42%).
Keywords: Metal-organic Framework, Hydrothermal, Biodiesel, Esterification -
Pages 73-84
Due to the important role of the binder of compound engines, many studies have been done to improve their mechanical and thermal characteristics. Glycidyl azide polymer is used as an energetic binder in compound engines. The aim of this research is to improve the thermal properties and glass transition temperature of this energetic binder by copolymerizing it. So, the energetic triblock the copolymer of polypropylene glycol- glycidyl azide polymer- polypropylene glycol (PPG-GAP-PPG) (Mn = 1800 g/mol) was synthesized. For this purpose glycidyl azide polymer (GAP) (Mn = 1006 g/mol) was synthesized by poly epichlorohydrin The GAP was used as the initiator. The GAP triblock copolymer was synthesized by ring-opening polymerization of polypropylene oxide in the presence of boron trifluoride etherate (BF3·OEt2) as the catalyst. The synthesized triblock copolymer was characterized by Fourier-transform infrared (FT-IR) and nuclear magnetic resonance spectroscopy. The glass transition temperature (Tg) of the triblock copolymer was characterized by differential scanning calorimetry (DSC). The DSC result showed that the glass transition temperature (Tg) of the triblock copolymer (Tg = −63 °C) is lower than the neat low molecular weight GAP (Tg = −53 °C). The thermal stability of GAP and PPG-GAP-PPG triblock copolymer was investigated using differential thermogravimetric analysis (DTG). The result indicated that the triblock copolymer is more stable than the GAP. To optimize the synthesis conditions of the triblock copolymer PPG-GAP-PPG synthesis condition, the effect of temperature and catalyst on molecular weight, and copolymerization efficiency were investigated. The best mood for the synthesis of the triblock copolymer was the yield (86%) at 10-15 ºC, and 1% by weight of the catalyst.The DSC result showed that the glass transition temperature of the copolymer (Tg = -63° C) was lower than that of low molecular weight glycidyl azide (Tg = -53 ° C). In order to optimize the synthesis conditions of PPG-GAP-PPG triblock copolymer, the influence of temperature and catalyst variables on molecular weight and copolymerization efficiency was investigated. The highest yield (86%) was obtained at 10-15 ° C and 1% of catalyst.
Keywords: Triblock copolymer, Binder, Glycidyl azide polymer, Polypropylene glycol -
Pages 85-99
In this study, the effect of changes in plasma generator voltage on the partial oxidation reaction of methane in a DBD plasma reactor and in three states without catalyst, plasma with nickel oxide catalyst, and plasma with copper oxide catalyst was investigated. The results showed that increasing the device voltage from 6 to 10 kV with nickel catalyst increased the molar percentage of methanol from 0.37 to 0.76% and for C₂ + hydrocarbons from 0.55 to 1.8%. Plasma and copper catalyst testing decreased the production of precious hydrocarbons as the voltage increased. Hence, the molar percentage of methanol declined from 0.3 to 0.18, and the molar percentage of C₂ + diminished from 0.82 to 0.23. Calculation of energy consumption when increasing the device voltage showed that the experiments were performed at 6 kV voltage with a higher energy efficiency of 0.17 mmol/ kJ. At this voltage and in the presence of a nickel oxide catalyst, the selectivity of carbon monoxide was 37% and hydrogen was 58%, which was higher than the other two and the amount of H₂ / CO in the synthesis gas was closer to 2. To sum up, the choice of nickel catalyst in the DBD plasma reactor to produce precious hydrocarbons or synthetic gas with lower energy consumption is better than copper catalyst and non-catalyst plasma.
Keywords: Reactor, Methane oxidation, Energy, Catalytic Plasma -
Pages 101-115
A tetraaza macrocyclic Schiff base complex of Zn(II) was synthesized by the reaction of ortho-phenylenediamine, acetylacetone, and anhydrous ZnCl2 in the ratio of 1:2:1, respectively. We adopted one pot template synthesis. The synthesized Zn(II) complex was characterized by repeating conductivity measurements, elemental analysis, decomposition point determinations, and spectroscopic methods such as FT-IR, 1H NMR, and UV-Vis studies. The interaction between the above Zn(II) complex (bis(acetylacetone-o-phenylenediamine)Zn(II) chloride) with calf thymus-deoxyribonucleic acid (CT-DNA) and bovine serum albumin (BSA) was studied by ultraviolet-visible absorption spectroscopy. The values of the binding constant suggest that the interaction affinity of the metal complex to CT-DNA is more as compared to BSA. The concentration of Zn(II) complex at the midpoint of the transition from native to interacted with CT-DNA is lower as compared to BSA. Moreover, the Hill coefficient, h, has a value of 1.1 which confirms the non-cooperativity in the binding of Zn(II) complex with BSA. Furthermore, in order to investigate the interaction between Zn(II) complex and DNA as well as BSA, the docking simulation was performed with the optimized structure of the complex.
Keywords: Schiff base ligand, Zn(II) complex, DNA interaction, BSA interaction, Molecular docking, Binding energy -
Pages 117-130
In this research, the pyrolysis of waste in the tires has been investigated in the vicinity of biochar catalysts that are produced by the gasification process of poplar. For this aim, 25 grams of sample were loaded in a laboratory-sized reactor and pyrolysis of the samples was carried out at 500°C at atmospheric pressure. The results showed that the biochar catalyst can change the characteristics of the products produced. In the case of gaseous products, the catalyst had no significant effect on the amount of CO, CO2, and H2. However, it increased C3H8 and decreased C2H6 contents. Biochar catalysts reduced the content of aromatics while increasing the linear compounds, indicating the tendency of biochar catalysts to convert aromatics into linear compounds such as alkanes and alkenes. It also had a strong tendency for the deoxygenation of the tar. By using biochar as a catalyst, the char obtained included high content of aromatics. The DTG analysis of the char samples showed that the char molecular structure of the catalytic pyrolysis process is heavier and tidier. XRD analysis of the catalyst also showed that a layer of carbon material (coke) was sitting on the catalyst surface, which was resulting from the polymerization of aromatic compounds present in the volatiles produced in the pyrolysis process.
Keywords: Biochemistry & Biological Chemistry, Biotechnology, Catalysts, Kinetics & Reactor, Waste Minimization & Recycle, Nano Technology -
Pages 131-138
In this study, the structural, electronic, and optical properties of InN in three phases of zinc, vortexite, and NaCl have been studied. The calculations have been performed using the pseudopotential method in the framework of Density Functional Theory (DFT) by Quantum espresso package with LDA, GGA, and PBE0 approximations for the exchange and correlation potential terms. The results show that the band gap for InN in the hexagonal phase is a semiconductor with a direct band gap while it is indirect in the NaCl phase. The mostly contributed in the valence band and in the conduction band of the s-orbital nitrogen atom and orbital s and p indium atoms. The result of the compressibility shows that the structural phase of the NaCl is less dense than the two structural phases. Also, the optical properties of the compound including dielectric function, refractive index, electron energy loss Spectroscopy, and the results are consistent with other available data.
Keywords: Density functional theory, InN, Band gap, Refractive index, Electron energy loss Spectroscopy -
Pages 139-151
In this study, the Quantitative Structure-Property Relationship (QSPR) was proposed to predict the Upper Flammability Level (UFL) of 588 organic compounds including hydrocarbon compounds, halogenated compounds, alcohols, ethers, esters, aldehydes, ketones, acids, amines, amides, nitriles, and nitro compounds. A variety of molecular descriptors were calculated for each molecule. The Memorized-Ant Colony Algorithm (M-ACO) combined with multivariate linear regression (MLR) was used to select the best subset of descriptors that have a significant contribution to the UFL property. Different variable transformations were performed on both dependent and independent variables to obtain better multiple linear regression models. The best model was a four-variable model obtained by using the calculated descriptors as independent variables and the logarithm of UFL values as the dependent variable. This model has a very wide applicability range of UFL from 2/7 to 100 vol %. The training and test errors of the model were found to be 0/1 log UFL unit (R2 = 0.80) and 0.12 log UFL unit (R2 = 0.75), respectively. Therefore, the model has good accuracy and can be used to predict the UFL of a wide range of organic compounds.
Keywords: Upper Flammability Limit, Ant Colony Algorithm, Variable Transformation, Quantitative Structure-Property Relationships, Multivariate Linear Regression -
Pages 153-163
Increasing greenhouse gases, especially carbon dioxide, are a serious threat to the environment and rising global temperature. One of the methods of separation and reduction of greenhouse gases is based on physical and chemical absorption by nanofluids. The main goal of this study is to investigate the effect of aqueous base nanofluids containing activated carbon nanoparticles synthesized from agricultural waste at different concentrations on CO2 absorption. For this purpose, the activated carbon nanoparticles were first synthesized from walnut shells, and the physicochemical properties of the synthesized nanoparticles were determined by FESEM, FT-IR, and BET analyses, and then the nanofluids were prepared at different concentrations of nanoparticles including 0.02, 0.05, and 0.1 wt. %. The effect of prepared nano-fluids on the carbon dioxide absorption at 35° C and pressures of 20, 30, and 40 bar were investigated in a high-pressure equilibrium cell with a magnetic stirrer and results are compared with CO2 absorption by pure water. The results showed that carbon dioxide uptake increased with increasing nanoparticle concentration and initial pressure. The maximum CO2 absorption occurred at 40 bar and 0.1 wt. % of nanoparticles, in which the CO2 absorption was 29% higher than pure water.
Keywords: Activated carbon nanoparticles, Walnut shells, Nanofluids, Absorption, Carbon dioxide -
Pages 165-173
There are some drawbacks and limitations in conventional CO2 capture technologies including low mass transfer area. Therefore, it is necessary to provide a new absorption technology that does not have this limitation. The use of high-frequency ultrasonic waves is a method to produce fine droplets by atomizing the solvent. These droplets provide a large surface area for the mass transfer process. In this research, absorption was carried out utilizing high-frequency ultrasonic waves. The results indicated that the CO2 absorption rate in water was increased up to 20 times in comparison to the case without ultrasonic irradiation at 8.64 watts. In addition, a magnetic stirrer was applied instead of the ultrasonic transducer to compare these methods. In this condition, the mass transfer coefficient by the ultrasonic system was approximately 4.4 times more than the magnetic stirrer, which indicates better performance of the ultrasonic waves compared to the stirrer.
Keywords: Carbon dioxide, Absorption, High- frequency ultrasonic waves, Magnetic stirrer -
Pages 175-192
In this research, the adsorption of phosphoric acid from an aqueous solution was investigated at different temperatures (298, 308, and 318 K) by using different adsorbents such as wheat bran and banana peels, in a batch system. FTIR and SEM analysis were used, in order to determine the functional groups in the structure of adsorbents and the surface characteristics of adsorbents, respectively. In the adsorption experiments, the effect of important parameters such as the effect of contact time, the amount of adsorbent temperature, and initial acid concentration was investigated. Equilibrium time was determined 40 and 50 minutes for wheat barn and banana peels. The highest percentage of adsorption for banana peel and wheat peel was measured at 71% and 59.8% for 1 g /L phosphoric acid, respectively. The optimum amount of adsorbent was determined 3g. Investigation of the temperature demonstrated that the percentage of removing phosphoric acid decreased by increasing the temperature. Different models of adsorption isotherms such as Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin-Radushkevich models were applied to analyze the equilibrium data at different temperatures and Langmuir and Temkin isotherm have the most agreement with experimental data for absorbents. Different kinetic models such as pseudo-first order, pseudo-second order, Elovich, and intra-particle diffusion model were chosen to describe the kinetic of adsorption, and the pseudo-second-order model for wheat barn and Elovich for banana peels have the best agreement with experimental data for each adsorbent. Thermodynamic parameters like standard Gibbs free energy changes of adsorption (ΔG oads), standard enthalpy changes of adsorption (ΔH oads), and standard entropy changes of adsorption (ΔS oads) were calculated by using equilibrium constant values at different temperatures. The negative value of (ΔG oads) demonstrated that adsorption of phosphoric acid by adsorbents is a spontaneity process and negative values of (ΔH oads) showed that adsorption of phosphoric acid on adsorbents is exothermic. The absorption capacity of banana peel and wheat bran was achieved20 and 11 mg/g, respectively. As a result, banana peel was the appropriate absorbent in this work.
Keywords: Phosphoric acid, Wheat Bran, Banana Peel, Adsorption, Isotherm, Capacity of sorption -
Pages 193-206
In this study, the two novel modified structures of MCM-41 with furan ring were synthesized for the removal of Cu(II) ions from water. These novel adsorbents were synthesized by amination of MCM-41 using 3-Amino-propyltrimethoxy-silane and 3- (2-aminoethylamino) propyltrimethoxy-silane in the first step, and then using a furfural compound And the condensation reaction, the MCM-41 modified with furan groups, abbreviated as MCM-41@NO and [email protected] and investigation of the adsorbent structure was performed using XRD, FT-IR, and BET. The concentration of soluble ions with Flame Atomic Absorption Spectrometry (FAAS) was determined. The adsorbent efficiency in removing copper ions was studied by examining variables such as adsorbent dose, pH, contact time, and soluble temperature. The equilibrium of adsorption of both absorbents fits into the Freundlich isotherm model. The kinetics study of adsorption shows the second order of kinetics for both absorbents. The study of the adsorption of Cu2+(aq) on the MCM-41@NO by using Monte Carlo molecular mechanics is the innovation of this work. The results of these calculations are compared to experimental results. The results of calculations show that the Cu2+ ions at 1.63Å from the surface of absorbent with 0.75 kcal/mol energy have the maximum probability of distribution.
Keywords: MCM-41, Furan, Cu2+, Adsorption, Molecular Mechanics, Monte Carlo -
Pages 207-217
In this research, the ability of economically sawdust adsorbent coated by polypyrrole, a semiconductor polymer, for uranium sorption from aqueous solutions was studied in a batch system. The experiments were performed to investigate the effect of operating parameters such as pH, contact time, adsorbent amount, initial concentration, and temperature on the sorption of uranium, and optimum operating conditions were determined. The adsorption amount of 54.65 mg/g was obtained at operational conditions, i.e., absorbent dosage 1 g/L, 100 mg/L of uranium initial concentration, 15 minutes as equilibrium contact time and pH of 5. The results showed that the rate of uranium sorption increases with the increase in temperature, which indicates the adsorption process is endothermic. The experimental results have been fitted with the Langmuir and Freundlich isotherm models, and the experimental data were in better agreement with the Langmuir model. Based on the Langmuir model the maximum adsorption capacity 93.46 mg/g was obtained. Kinetics analysis of the adsorption process showed that the pseudo-second-order model has a better fit with the experimental data. The thermodynamic parameters such as ΔH0, ΔS0, and ΔG0 were investigated so that the results show the adsorption process is endothermic and spontaneous.
Keywords: Adsorption, Uranium, sawdust, Polypyrrole, Semiconductor polymers -
Pages 219-233
The goal of this study is to synthesize TiO2(10)/MCM-41 nanocomposite via the hydrothermal-impregnation method and compare its performance with bare TiO2 nanoparticles with the aim of assessing the role of silica support in the removal of tetracycline antibiotics. The physicochemical properties of synthesized photocatalysts were investigated using various analyzes. The results of XRD and EDX analyses indicated the successful synthesis of TiO2(10)/MCM-41 nanocomposite. FESEM and EDX images showed the existence of nanosized small surface particles with uniform size distribution and dispersion over the structure of TiO2(10)/MCM-41. FESEM images also revealed that nanoparticles size decrease and the formation of agglomerations are prevented as a result of nanoparticle immobilization. The PL and DRS techniques confirmed that the TiO2 immobilization results in a decrease in electron-hole recombination and surface nanoparticle size. The N2 adsorption-desorption analysis showed that the synthesized nanocomposite has a high specific surface area (972 m2/g). According to the performance results, the tetracycline degradation over TiO2(10)/MCM-41 was 67.7% higher than that of the bare TiO2 nanoparticles. This enhancement can be due to the suitable crystalline structure of TiO2, smaller size and uniform distribution of TiO2 nanoparticles, high specific surface area, the decrease of charge carriers recombination, and prevention of photocatalyst aggregation as a result of the existence of MCM-41. Based on the kinetics consideration, the degradation rate of pollutants over immobilized nanoparticles is higher and follows the second-order reaction. Also, a degradation efficiency of 68% was obtained under operation conditions of 20 mg/L tetracycline concentration, 1.5 g/L photocatalyst dosage, and 2 h irradiation. The relatively high and constant activity after the first cycle of reuse refers to the suitable separation and thereupon, appropriate reusability of TiO2(10)/MCM-41 sample. Therefore, it can be concluded that in addition to easier and better separation, TiO2 immobilization over MCM-41 improves the optical and structural properties, and finally, increases the performance of the photocatalyst.
Keywords: TiO2 nanoparticles, MCM-41 mesoporous nano-adsorbent, Water treatment, Tetracycline -
Pages 235-246
The role of great industries such as oil, gas petrochemical is essential in the world economy, however, the most problem of these industries is the abandoned pollutants in the environment. In this study, the removal of two major oil pollutants, benzene, and toluene was investigated in the presence of two new and native fungi called Aspergillus terreus and Exophiala xenobiotica. The factors affecting the removal process consist of temperature, time, concentration and pH. The results showed that the highest adsorption of pollutants occurs at 25 ℃ within 10 days of contact time with fungus A. terreus and 25 days for fungus E. xenobiotica in a way that both pollutants have a concentration of 5 ml/lit and pH=7. A comparison of the performance of two fungi on the removal of pollutants showed that in the condition in which the effect of concentration, contact time, and the temperature was investigated E. xenobiotica is successful in removing benzene and A. terreus showed better performance when the effect of pH was evaluated. In contrast, in the removal of toluene, the A. terreus showed better performance in all conditions. Finally, based on the result of this research, it could be concluded that the bioremediation process using new fungi is a promising and environmentally compatible solution to eliminate oil pollution. In general, based on the results obtained under the optimum conditions of all four parameters, A. terreus had the best performance for benzene and toluene contaminants with the removal of 68.35% and 84.27%, respectively.
Keywords: Bioremediation, Benzene, Toluene, Aspergillus terreus, Exophiala xenobiotica -
Pages 247-258
In this research, the biosorption of tellurium from aqueous solutions by Pseudomonas putida was investigated. One Factor at a Time (OFAT) method was used for the investigation of the pH effect, and Response Surface Method (RSM) based on the Central Composite Design (CCD) was used for the investigation of initial tellurium concentration, biosorbent dosage, and contact time on biosorption. Based on the results, the second-order polynomial regression model with correlation coefficient R2=0.937, by proper prediction of process behavior, determined initial Te concentration 109 mg/l, biosorbent dosage 1.17 g/L, contact time 94 minutes optimized as the optimum point at pH=8.5. The adsorption capacity of the biosorbent was 10.1 mg/g at the optimum conditions. The experimental data were analyzed using Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin-Radushkevich isotherm. Moreover, the Kinetic of biosorption was determined. The equilibrium data were fitted well by the Freundlich model with a correlation coefficient R2=0.996, which showed the biosorption of tellurium is multilayer, and the biosorbent surface is heterogeneous. The maximum biosorption capacity of tellurium was 19.63 mg/g using D-R isotherm. The kinetic studies showed that the tellurium biosorption is very fast and the biosorption capacity reached a maximum of 15 minutes. Finally, the present research precisely confirmed that RSM is a suitable method to predict tellurium biosorption by Pseudomonas putida.
Keywords: Tellurium, Pseudomonas putida, Biosorption, Response surface method (RSM) -
Pages 259-274
In the present research, an optical sensor based on bacterial cellulose nanofibers (BCNF) film containing silver nanoparticles (AgNP) was fabricated and used for the determination of 2-mercaptobenzoxazole (MBO), which is considered a poisonous and pollutant agent of water. To fabricate nanocomposite, the effective variables in the fabrication process such as pH of the solution, AgNO3 concentration, the mass ratio of Ag to nano paper, temperature, and reaction time was optimized. The results obtained from Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), Energy Dispersive x-ray Spectroscopy (EDS), Thermal Gravimetry Analysis (TGA), and UV-Vis spectroscopy showed that AgNPs have been successfully synthesized and fixed in the structure of BCNF film. The changes in peak absorption of local surface plasmonic of AgNP to the increase of MBO concentration were considered as an analytic sign. The prepared sensor has a linear range of 5 - 150 μg mL-1 and a limit of detection of 1.7 μg mL-1 for the determination of MBO. To evaluate the selectivity of the sensor, its performance was investigated in the presence of interference compounds. To investigate the practical performance of the sensor to detect MBO, a water sample of Tejan River was evaluated. The results confirmed that the sensor has selectivity ability in the presence of other probable troublesome compounds and is suitable to detect MBO in real samples.
Keywords: Optical sensor, Silver nanoparticle, Bacterial cellulose nanofiber, 2-mercaptobenzoxazole -
Pages 275-283
In the present study, a simple method as name dispersive liquid-liquid microextraction was developed for the thorium extraction. In this extraction method, acetone as a disperser solvent and chlorobenzene as an extraction solvent was used. Extraction and separation of thorium with complexing agent cyanex 272 in an acidic environment were performed. Some of the effective parameters on the extraction of thorium such as type and volume of extraction and disperser solvents and concentration of ligand and type and concentration of acid were studied and optimized. Under the optimum conditions, good linearity was observed in the range of 1.0-5000 µg/L with the correlation coefficient (r2) > 0.997. The limit of detection (LOD) was 0.3 µg/L. Repeatability for five replicate measurements in the concentration level of 20.0 µg/L was 6.5% and extraction recovery 78% was obtained.
Keywords: Thorium, Dispersive liquid-liquid Microextraction, Separation, Leach liquor anomaly II Saghand -
Pages 285-293
In this study, experimental findings related to the efficiency of a solid-liquid extraction were modeled through Response Surface Methodology (RSM) and Artificial Neural Network (ANN). Anethole is the main active pharmaceutical ingredient in the essential oil of fennel seeds, and it was extracted in contact with 70% ethanol as a solvent in a new modified Rotating Disc Contactor (RDC) column. The extraction yield of Anethole was considered as a response factor on which the impact of three variables was investigated, including fennel particle size, rotor speed, and solvent-to-solid ratio. The experiments were conducted with finely chopped fennel particles in sizes of 1.7, 1, and 0.3 mm, the rotor speed of 90, 135, and 180 rpm, and solvent-to-solid ratios of 10, 15, and 20. The obtained yields were modeled through RSM and were also simulated with the ANN method. The result of GC-MS and GC analyzers as well as simulation findings showed that by decreasing the size of fennel seeds, increasing the solvent-to-solid ratio, and rotor speed, the yield of the extraction process was enhanced. In addition, the correlation coefficient for the RSM and ANN were 0.9604 and 0.9955, respectively; which proves a high accuracy of ANN modeling in comparison with RSM.
Keywords: Anethole, RDC, Extraction, Modeling, RSM, ANN -
Pages 295-302
The olive oil extraction industry generates large amounts of two by-products solid residue and an effluent known as olive mill wastewater that is currently considered olive mill waste. However, they have a great potential to be used as preservatives (single or combined with synthetic ones) of Biodiesel. Biodiesel is an alternative diesel fuel obtained by transesterification of vegetable fats and oils, using alcohol in the presence of a catalyst, but its drawback is of being more prone to oxidation than petroleum-based diesel fuel, can cause the fuel to become acidic and form insoluble gums and sediments and consequently increase its viscosity In this study, in order to increase the stability of biodiesel-based sunflower high oleic acid against the oxidation process during storage and distribution of water after extraction, we added 100 ppm of halo and 200 ppm of antioxidants (BHT + USM) together. Evaluate the effect of synthetic BHT antioxidants. The oxidative stability of biodiesel will determine using the Rancimat method to evaluate. the greater efficiency of the best combination used gas chromatography.
Keywords: Biodiesel, 2 6-di-tert-butylhydroxytoluene (BHT) Antioxidants (USM), olive mill wastewater -
Pages 303-312
Alginate is a polysaccharide isolated from seaweed. This polymer is relatively biocompatible and has a negative charge. As a biochemical substance, it is widely used in drug release, wound production, printing, dyeing, and completing textiles. One of the most important methods for producing this biochemical polymer is the wet spinning method. In the present study, for the production of laboratory-scale alginate fibers, the wet spinning method, a chemical-based method, was used. After examining the behavior of polymeric polymer rheology that plays an important role in determining the membrane performance, adding olive oil to the spinning solution increased viscosity from 0.55605 [Pa.s]to 2.0542 [Pa.s]. The fibers produced had an integrated and uniform diameter. The strength and the structural properties of the fiber were examined. The results showed that the effect of the olive oil was to increase the stability of the spinning and elasticity of the fiber. An increase in strength was observed with an increase in porosity in the fiber structure. Multiple maps were prepared from the results of linear analysis and analysis was done using Energy Dispersive x-ray Spectroscopy(EDS). The presence of olive oil was confirmed in the linear analysis and the images of the alginate showed samples containing olive oil.
Keywords: Alginate Fiber, FT-IR, XRD, EDS, Olive oil, Wet spinning -
Pages 313-323
The aim of this study was to apply an artificial neural network to predict the degradation temperature of polyamide 12 under the influence of several factors such as environment, biofuels, and temperature over time. In this modeling, a three-layer perceptron (MLP) neural network is used. The perceptron neural network consists of three input layers, a hidden layer, and an output layer. The inputs of this network are three variables related to ethanol concentration, temperature, and time and its output is the temperature of polyamide degradation. The perceptron neural network was designed with a linear transfer function at the output layer for modeling. A comparison of experimental results and network modeling results showed R2 = 0.99. Also, using experimental data, the mean squared error and absolute percentage error of system error were 0.09 and 0.03, respectively. Then, the degradation temperature and the effects of several factors such as ethanol percent and temperatures (20, 40, and 60) degrees Celsius on the physical properties of polyamide 12 during times (0, 900, 5000, 3000, 6000, and 7000) hours are predicted and the results show the high accuracy of the neural network in estimating the degradation temperature.
Keywords: Multilayer Perceptron, Polyamide, Artificial Neural Network, Degradation temperature, Biocompatible Fuel -
Pages 325-340
In the present study, carbon dioxide mass transfer flux in the reactive absorption process was modeled by three solutions of methyldiethanolamine (MDEA), monoethanolamine (MEA), and piperazine (PZ) using the film theory model and all governing equations solved simultaneously. The effects of all components' concentration during film and mass transfer flux with and without film displacement were investigated and predicted values were compared with experimental data of the carbon dioxide absorption process in the desired solutions. The influence of various dimensionless parameters including film and loading parameters as well as the effects of reaction, diffusion, film velocity, and eddy on mass transfer in the proposed model has been studied. The deviations were calculated from the experimental data for the mass transfer flux by calculating the average relative deviation (ARD). The values of ARD were obtained at about 5.30%, 8.24%, and 6.56% for PZ, MEA, and MDEA solutions respectively. Moreover, based on the film displacement, the mass transfer flux was affected and the average relative deviations decreased. For PZ solution, 0.1% and for MEA and MDEA solutions, 0.6% and 1.1% error reductions were observed, respectively. Furthermore, the results show that the effects of reaction and diffusion on the mass transfer flux are on average more than 35% than the effects of film velocity and eddy influence.
Keywords: CO2 reactive-absorption, Mass transfer flux, Film modeling, Amine solution, Film velocity -
Pages 341-348
In the present study, the effect of Tarragon (Artemisia Dracunculus) extract as a green corrosion inhibitor on st37 carbon steel in 1M sulfuric acid and 0.5M hydrochloric acid was investigated using potentiodynamic polarization, electrochemical impedance spectroscopy, and scanning electron microscopy. Potentiodynamic polarization measurements showed that the inhibitor is a complex type and, with an increase in the concentration of inhibitor the corrosion rate was decreased. The results of the potentiodynamic polarization and electrochemical impedance methods were in agreement. The results of TOEFL and EIS measurements revealed that the adsorption of Tarragon extract on carbon steel in 0.5 M hydrochloric acid solution and 1M sulfuric acid was followed with the same temperature. Furthermore, the inhibition efficiency of the extract was higher in sulfuric acid rather than that in hydrochloric acid medium.
Keywords: Corrosion, Inhibition, Artemisia dracunculus extract, Mild steel, HCl, H2SO4 -
Pages 349-363
The aim of this experimental study is to investigate the thermal and hydrodynamic performance of graphene oxide and alumina nanofluids with two types of nanoparticle shapes in a plate heat exchanger. The nanofluids with a weight fraction of 0.1% were prepared by dispersing nanoparticles in pure water via a probe ultrasonic apparatus and a vigorous mechanical mixer. Then, the thermo-physical properties of the nanofluids including thermal conductivity and viscosity were analyzed and compared. For the thermal test, a heating system including a brazed plate exchanger equipped with two pumps, two flowmeters, four thermometers, two storage tanks, and insulated steel tubes was set up. The flow rate of hot fluid (pure water) was fixed and the nanofluid was used as cold fluid to cool the hot fluid at flowrates of 1.5, 2, 2.5, 3, and 3.5 L/min. Thermal and hydrodynamic performance was investigated by calculating heat transfer rate, Nusselt number, friction coefficient, pressure drop, pumping power, and finally the performance coefficient criterion (the ratio of heat transfer obtained to pumping power consumed). In comparison with water, the highest enhancement in heat transfer was obtained at the lowest flow rate of graphene oxide and alumina nanofluids to the extent of 46% and 18 %, respectively. This study showed that the maximum performance index was related to the graphene oxide nanofluid at flowrates less than 2.5 L/min, while at flowrates higher than 2.5 L/min, the performance index of graphene oxide nanofluid showed a significant drop and was lower than alumina nanofluid.
Keywords: graphene oxide, alumina, nanofluid, plate heat exchanger, performance index -
Pages 365-384
The current study investigated the accuracy and stability of an improved inter-particle interaction force term by incorporating force methods and different equations of state. In order to evaluate, eight schemes for incorporating the force term and five equations of state, Shan and Chen (S-C), Carnahan-Starling, Peng-Robinson (P-R), Van der Waals (VdW), and Soave-Redlich-Kwong (SRK), are utilized. Furthermore, affections of relaxation time and reduced temperature on accuracy, stability, and amount of spurious velocities are considered. Among several methods of incorporating the force term, the exact difference method with an improved model and Carnahan-Starling equation of state is shown to have better accuracy and stability and can give more accuracy with spurious velocities which have been greatly reduced. Compared with existing models, the improved model for the inter-particle interaction force term reduced the error of simulation, The minimum error rate accrued for the improved model with the exact difference method of incorporating force term and Carnahan-Starling equation of state and its value is equal to 0.4% while in the identical condition this error rate for equation (9) inter-particle interaction force term is 3.6%. Subsequently, in different relaxation times, a maximum range of stability and accuracy occurred for the exact different method which has better operation in a range of 0.8 to 1 relaxation time. The minimum error of this method with the Carnahan-Starling equation of state in relaxation time 0.8 and reduced temperature 0.54 is 1.8%. By comparing the variation of spurious velocities in the range of 0.57 to 2 relaxation time is demonstrated spurious velocities are increased when temperature decreased.
Keywords: Lattice Boltzmann, Shan, Chen method, Inter-particle force models, non-ideal equation of state, relaxation time incorporating force methods, pseudopotential, Simulation, stationery bubble