فهرست مطالب

مجله مواد نوین
سال دوازدهم شماره 4 (پیاپی 46، زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/06/31
  • تعداد عناوین: 5
|
  • ندا صادق پور، مهدی وادی*، نرگس باقری صفحات 1-17

    هدف این تحقیق، از نانو لوله های کربنی چند دیواره MWCNT به عنوان نانو جاذب برای حذف موثر داروی امپرازول (OMP) از نمونه های آبی و مقایسه آن با و پودر گرافیت (GR) استفاده شده است. پارامترهای موثر بر حذف شامل pH، زمان تماس و قدرت یونی با استفاده از روش بهینه سازی یک فاکتور در زمان انجام شد. داده ها نشان می دهد که بیشترین عمل جذب OMP در pH=5.02، زمان 20 دقیقه برای MWCNT و 30 دقیقه برای گرافیت اتفاق افتاده است. مدل های سنتیکی برای برسی جذب OMP بر روی MWCNT و GR بکار گرفته شد، نتایج نشان داد که داده های تجربی به دست آمده با مدل سینتیکی مرتبه دوم تطابق مطلوبی برای هر دو جاذب دارند. مطالعه ایزوترم نشان داد که جذب امپرازول توسط جاذب های MWCNT و GR تطابق مطلوبی با معادله لانگمویر دارد. بیشینه ظرفیت جذب برای غلظت اولیه 20 میلی گرم بر لیتر، 70/166 میلی گرم بر گرم با جاذب MWCNT و 32/16 میلی گرم بر گرم با جاذب GR به دست آمد. مطالعه ترمودینامیک برای یافتن پارامترهای ترمودینامیکی آنالیز شد که نشان داد فرآیند جذب امپرازول بر روی جاذب گرماگیر است. در نتیجه، می توان از این مطالعه برای حذف امپرازول از فاضلاب های بیمارستانی و خانگی بهره گرفت.

    کلیدواژگان: امپرازول، جاذب، سینتیک، ایزوترم تعادلی، ترمودینامیک
  • مهدی عزیزی* صفحات 19-32
    عدم پراکندگی مناسب و ناپایدار بودن سوسپانسیون های نانو صفحات گرافنی در محیط های آلی و آبی و همچنین عدم برهمکنش بین آنها و مواد دیگر از مشکلات اصلی استفاده از این مواد می باشد. از این رو در پژوهش حاضر، جهت پراکندگی مناسب نانو صفحات گرافنی در محیط های آبی، به منظور عامل دار کردن نانو صفحات گرافنی به صورت کووالانسی، ابتدا گروه های اکسیدی بر روی نانو صفحات گرافنی به وجود آمده است. سپس، با ایجاد پیوند آبدوست پلی وینیل الکل با طول بلندتر به گروه های اکسیدی، مشکل پایداری حل شده است. بنابراین، بعد از اتصال پلی وینیل الکل را به گروه های اکسیدی موجود بر روی نانو صفحات گرافنی، ساختار و مورفولوژی نانو صفحات گرافنی عامل دار شده به صورت کووالانسی به ترتیب توسط دستگاه های رامان (Raman) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مورد تایید قرار گرفته است. پس از آن، نانوسیال آب/ نانو صفحات گرافنی-پلی وینیل الکل در غلظت های وزنی 025/0، 05/0 و 1/0 درصد تهیه شده است. پایداری و خواص ترموفیزیکی از قبیل هدایت حرارتی،ویسکوزیته و دانسیته نانو سیالات فوق الذکر مورد مطالعه قرار گرفته است. سپس، ضریب انتقال حرارت جابه جایی، افت فشار، ضریب عملکرد و توان پمپاژ نانوسیالات تهیه شده در غلظت های وزنی مختلف در دستگاه آزمایشگاهی تحت شدت جریان درهم (03/0 تا 12/0 لیتر بر ثانیه) مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داده است که با افزایش غلظت وزنی و شدت جریان ضریب انتقال حرارت جابه جایی بهبود یافته است. اما این بهبود برای نانوسیال آب/ نانو صفحات گرافنی-پلی وینیل الکل در همه غلظت ها نسبت به آب خالص بیشتر بوده است.
    کلیدواژگان: نانوسیال، نانو صفحات گرافنی، عامل دار کردن، انتقال حرارت، خواص ترموفیزیکی
  • غلامرضا خلج*، غلامرضا غفاری، بهرام عبدالملکی صفحات 33-47

    یکی از مشکلات اساسی در خطوط لوله نفت و گاز، خوردگی سایشی روی لبه های کانال جریان در مجرابند شیر آلات سماوری و توپی است. در شرایط معمول که گاز با فشاری حدود 145 بار و سرعت تقریبی 70 فوت بر ثانیه در حال حرکت است؛ ذرات معلق موجود در گاز با لبه های کانال جریان مجرابند برخورد کرده و باعث فرسایش شدید روی آنها می شود. مقاومت در برابر سایش فولادها عمدتا به خواص سطحی آنها بستگی دارد و می توان با افزایش سختی سطح توسط فرایند اصطکاکی اغتشاشی (FSP)، مقاومت به سایش را افزایش داد. در این مطالعه، فولاد A216-WCB که در ساخت قطعات ریختگی شیرها، فلنجها و اتصالات به کار می رود، با استفاده از فرایند اصطکاکی اغتشاشی در حالت بهینه پارامترهای فرایند، یک و سه پاس فرایند شد. ریزساختار، سختی و خواص سایش منطقه فرایند شده مورد بررسی قرار گرفت. از نتایج بررسی مشخص شد که دو ناحیه متمایز، منطقه اغتشاشی (SZ) و منطقه متاثر حرارتی- مکانیکی (TMAZ)، در ناحیه فرایند شده تشکیل شده اند. در اثر فرایند اصطکاکی اغتشاشی، اندازه دانه فریتی در منطقه اغتشاشی از 25 میکرون به حدود 3 میکرون کاهش یافت. سختی منطقه اغتشاشی از 165 ویکرز به حدود 780 افزایش یافت. همچنین مقاومت به سایش منطقه اغتشاشی تا 2.5برابر افزایش یافت.

    کلیدواژگان: شیر آلات مخروطی، فولاد ریختگی، خوردگی سایشی، خطوط لوله گاز، فرآیند اصطکاکی اغتشاشی
  • مهرداد غلامی* صفحات 49-58
    در این مطالعه کپلیمر پایرول-فرمیل پایرول (Py-co-FPy) از طریق الکتروپلیمریزاسیون در جریان ثابت 480 µA برای مدت 200 ثانیه در محلول آبی لیتیم پر کلرات، پایرول (Py) و فرمیل پایرول (FPy)سنتز میگردد. خصوصیات کپلیمر پایرول-فرمیل پایرول با میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی FESEM ، میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی STEM ، تجزیه گرما وزن سنجی TGA و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی EIS مورد مطالعه قرار گرفت. تصاویر گرفته شده توسط میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی نشان میدهند که کپلیمر پایرول-فرمیل پایرول (Py-co-FPy) سنتز شده دارای ساختار مارپیچی حلزون مانند تو خالی می باشد. نتایج مطالعات امپدانسی همچنین نشان می دهند که کپلیمر پایرول-فرمیل پایرول جریان یونها را از میان کپلیمر پایرول-فرمیل پایرول به سطح الکترود افزایش میدهد، به طوریکه رسانایی الکترونی کپلیمر پایرول-فرمیل پایرول 2.5 برابر بیشتر از پلی پایرول می باشد. ساختار رزنانس مزدوج بین پایرول (Py) و فرمیل پایرول (FPy)در حضور گروه متین باعث افزایش رسانایی کپلیمر پایرول-فرمیل پایرول نسبت به پلی پایرول (PPy) است. با توجه به رسانایی بالای کپلیمر پایرول-فرمیل پایرول، این ترکیب میتواند کاربردهای متعددی رادر حسگرها ، بیو حسگرها، باتریها و ابر خازنها از آن بدست اورد. نتایج تجزیه گرما وزن سنجی نشان می دهند که کپلیمر پایرول-فرمیل پایرول دارای پایداری حرارتی بیشتری از پلی پایرول است.
    کلیدواژگان: کپلیمر پایرول-فرمیل پایرول، الکتروپلیمریزاسیون، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی
  • رضا کشاورزی*، نیلوفر افضلی صفحات 59-74

    بیسموت وانادات به علت فعالیت در حضور نور مریی، پایداری و مقرون به صرفه بودن یکی از پرکاربردترین نیمه رساناها برای شکافت فوتو الکتروشیمیایی آب با استفاده از نور خورشید می باشد. این نیمه رسانا علاوه بر داشتن گاف نوار مناسب معایبی همچون بازترکیب بالای الکترون-حفره را داراست . در این کار تحقیقاتی با هدف کاهش بازترکیب الکترون-حفره و افزایش بهره وری فوتو الکترود های بیسموت وانادات از تیتانیوم دی اکسید مزومتخلخل قالب گیری شده با کوپلیمر های P123، F127 و Brij 57 استفاده شد. اثر این کوپلیمر های سه و دو بلوکی بر روی خواص تیتانیوم دی اکسید مزوپروس سنتز شده با آن ها و در حضور بیسموت وانادات توسط آنالیز های FE-SEM، XRD، UV-vis وBET مورد بررسی قرار گرفت. این کوپلیمر ها با ایجاد حفراتی با اندازه های متفاوت باعث تغیر در میزان تخلخل و در نتیجه بارگزرای متفاوت بیسموت وانادات بر روی تیتانیوم دی اکسید شدند. جهت ارزیابی نتایج فوتو الکتروشیمیایی، آنالیزهای LSV و امپدانس الکتروشیمیایی بر روی فوتوالکترود ها انجام شد. آنالیز های فوتو الکترود ها، جذب در ناحیه مریی، افزایش جریان در پتانسیل 1.23V vs RHE و مقاومت انتقال بار کم در نمونه های Meso TiO2/ BiVO4 را ثابت کرد. نتایج نشان داد که تیتانیوم دی اکسید مزوپروس قالب گیری شده، فعالیت بیسموت وانادات را تا 2.5 برابر بهبود می بخشد.

    کلیدواژگان: نیمه رسانا، بیسموت وانادات، تیتانیوم دی اکسید مزوپور
|
  • Neda Sadeghpor, Mehdi Vadi *, Narges Bagheri Pages 1-17

    In this study, multi wall carbon nanotubes (MWCNTs) were utilized as powerful nanoadsorbants for efficient removal of Omeprazole (OMP) from water samples and comprised with graphite (GR). Effective parameters on removal efficiency including, pH, contact time and ionic strength were optimized by using one factor at a time optimizing method. Results showed that maximum removal of OMP was occurred at pH=5.0 after 30.0 min for both MWCNTs and GR. Kinetic models were employed to investigate the data corresponding to the adsorption of OMP on the surface of MWCNTs and Gr. Results revealed that the pseudo second-order model for adsorption of OMP on the surface of both MWCNTs and GR indicate the high ability of this model for representation of the data. Adsorption equilibrium studies indicated that the Langmuir isotherm efficiently represented both MWCNTs and GR adsorption data. Maximal adsorption capacity for 25.0 mg L-1 of OMP was calculated about 166.706 mg g-1 and 16.321 mg g-1 for MWCNTs and GR, respectively. The thermodynamic of adsorption process was investigated. Results exhibited that adsorption of OMP on the adsorbents is an exothermic process. As a result, this study can be used to remove ibuprofen from hospital and domestic wastewater.

    Keywords: Omeprazole, Adsorbent, kinetic, Isotherm, Thermodynamic
  • Mehdi Azizi * Pages 19-32
    The lack of an appropriate dispersibility of Graphene Nanoplatelets (GNP) in different hydrophilic and hydrophobic media and their poor interaction to form bundles is one of the most important problems of this material. Therefore, in the present study, in order to perform covalent functionalization of GNP as well as increase the dispersibility in aqueous media, firstly it is created carboxylated with oxidation method on the GNP (Gr). Then, polyvinyl alchol (PVA) with the long chain can be a good candidate to functionalize on the surface of Gr for decorating divalent cations as a linkage and/or bridge and to solve the problem of lack of dispersibility. Also, it can provide good colloidal stability in aqueous media. So, after performing a reaction between PVA and Gr structure, structure and morphology of functionalized PVA-Gr to covalently were investigated by Raman spectroscopy and transmission electron microscopy (TEM), respectively. after covalently-functionalized nanofluids (PVA-Gr/water), with different weight concentrations of 0.025%, 0.05% and 0.1% were prepared. The stability and thermophysical properties such as thermal conductivity, viscosity and density of the above nanofluids have been studied. Then, the convective heat transfer coefficient, pressure drop, performance index and pumping power of the prepared nanofluids for different weight concentrations under turbulent flow regime (0.03-0.12 lit/s) were studied. The results show that as the flow rate and weight concentration of PVA-Gr in nanofluids increase, the convective heat transfer coefficient enhances, which PVA-Gr/water nanofluids illustrate the maximum enhancement in the heat transfer coefficient for all weight concentrations in comparison with pure water.
    Keywords: Nanofluid, Graphene Nanoplatelets, Functionalization, Heat transfer, Thermophysical Properties
  • Gholamreza Khalaj *, Gholamreza Ghaffari, Bahram Abdolmaleki Pages 33-47

    One of the main problems in oil and gas pipelines is abrasion corrosion on the edges of the flow channel in the plug and ball valves. Under normal conditions, the gas is moving at a pressure of about 145 bar and an approximate speed of 70 feet per second; The suspended particles in the gas collide with the edges of the flow channel and cause severe erosion on them. Abrasion resistance of steels depends mainly on their surface properties and can be increased by increasing the surface hardness by friction stir processing (FSP). In this study, A216-WCB steel, which is used in the manufacturing of casting parts for valves, flanges and fittings, was processed using a friction stir process for one and three passes. The microstructure, hardness and wear properties of the processed area were investigated. The results showed that two distinct zones, the stir zone (SZ) and the thermo-mechanical affected zone (TMAZ), are formed in the processed zone. Due to the friction stir process, the ferrite grain size in the stirring region decreased from 25 microns to about 3 microns. The hardness of the stir zone increased from 165 Vickers to about 780 HV. Also, the abrasion resistance of the stirring area increased up to 2.5 times.

    Keywords: Cone valves, cast steel, abrasion corrosion, gas pipelines, friction stir process
  • Mehrdad Gholami * Pages 49-58
    In this study a direct electrochemical copolymerization of pyrrole-formyl pyrrole (Py-co-FPy) was carried out by copolymerization of formyl pyrrole and pyrrole in LiClO4 aqueous solution under constant current of 480 µA for 200 s. The (Py-co-FPy) copolymer was characterized using field emission scanning electron microscope (FESEM), energy-filtering transmission electron microscope (EFTEM), thermal gravimetric analysis (TGA) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The FESEM images showed that the synthesized copolymer had a hollow whelk-like helixes structure. Moreover, the whorls on the bodies of (Py-co-FPy) copolymer whelk have well-ordered periodic nanostructures that provides a great high ratio of surface to volume. The Impedance study results confirm that (Py-co-FPy) copolymer layer can improve the electron conduction 2.5 times higher than PPy. The conjugated structure between Py and FPy in the presence of methine group can cause the enhancement of conductivity compared to polypyrrole. TGA analysis reveals that the Py-co-PPy copolymer has more thermal stability compared to polypyrrole.
    Keywords: pyrrole- formyl pyrrole copolymer, Electropolymerization, impedance spectroscopy
  • Reza Keshavarzi *, Niloufar Afzali Pages 59-74
    Introduction

    Bismuth vanadate is one of the most widely used semiconductors for photoelectrochemical water splitting using sunlight due to its activity in the presence of visible light, stability, and cost-effectiveness. In addition to having a suitable band gap, this semiconductor has disadvantages such as high electron-hole recombination. In this research, with the aim of reducing electronhole recombination and increasing the efficiency of bismuth vanadate photoelectrodes, templated mesoporous titanium dioxide prepared by P123, F127, and Brij 58 copolymers were used.

    Methods

    The effect of three and two-block copolymers on the properties of prepared mesoporous synthesized titanium dioxide and their effect on the bismuth vanadate photoelectrode was investigated by FE-SEM, XRD, UV-vis, and BET analyses. These copolymers changed the porosity by creating cavities of different sizes, resulting in different loads of bismuth vanadate on titanium dioxide.

    Findings

    To evaluate the photoelectrochemical results, LSV and electrochemical impedance spectroscopy were performed on the photoelectrodes. Absorption in the visible region showed an increase in current at a potential of 1.23V vs RHE and a low charge transfer resistance in Meso TiO2 / BiVO4 samples. The results showed that the templated mesoporous titanium dioxide increases the activity of bismuth vanadate up to 2.5 times.

    Keywords: Semiconductor, Bismuthvanadate, Mesoporous titaniumdioxide, Photoelectrochemicalwater splitting