فهرست مطالب

پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر - سال دوم شماره 3 (پیاپی 5، پاییز 1397)
  • سال دوم شماره 3 (پیاپی 5، پاییز 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/11/12
  • تعداد عناوین: 6
|
  • پریسا ابراهیم دوست رودپشتی، حسین بنی اسدی*، احمد رمضانی سعادت آبادی، ایمان اکبری داهویی صفحات 3-19
    یکی از روش های کاهش اندازه تجهیزات انتقال حرارت، افزایش ضریب انتقال حرارت جابه جایی سیال است. هدف اصلی از این پژوهش طراحی و تولید نوعی نانوسیال بر پایه آب و اتیلن گلایکول است. بدین منظور ابتدا گرافن با استفاده از روش الکتروشیمیایی تولید و ساختار آن توسط طیف های واپاشی پرتو ایکس (XRD)، تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی انتقالی (TEM) مورد بررسی و تایید قرار گرفت. با استفاده از درصدهای وزنی مختلف از نانوگرافن شامل 25/0، 5/0، 75/0، 1، 25/1 و 5/1% نانوسیال آب/اتیلن گلایکول/گرافن تولید گردید. سدیم دو دسیل سولفات (SDS) به عنوان فعال کننده سطحی جهت بهبود پایداری گرافن درون سیال پایه استفاده شد. سامانه آزمایشگاهی طراحی شده شامل لوله مارپیچ با دمای دیواره ثابت و مجهز به کنترل کننده دبی و نشانگر دما و فشار بود. عدد ناسلت و افت فشار برای آب خالص توسط سامانه آزمایشگاهی اندازه گیری و با مدل های تجربی موجود در این زمینه مقایسه گردید و مشخص شد که سامانه به خوبی قادر به پیش بینی نتایج است. ضریب انتقال حرارت جابه جایی، عدد ناسلت و نرخ انتقال حرارت با استفاده از سامانه مذکور برای آب/اتیلن گلایکول با نسبت وزنی 60 به 40 و نیز نانوسیال با درصدهای مختلف از گرافن در دبی های مختلف بررسی گردید. نتایج مشخص ساخت که با افزودن 1% وزنی گرافن به سیال پایه ضریب انتقال حرارت جابه جایی حدود 50% افزایش می یابد در حالیکه افت فشار نیز حدود 50% افزایش نشان می دهد. در نهایت یافته های این پژوهش پتانسیل استفاده از سامانه آب/اتیلن گلایکول/گرافن را در تجهیزات سرمایشی/گرمایشی مورد تایید قرار می دهد.
    کلیدواژگان: گرافن، نانوسیال، ضریب انتقال حرارت جابه جایی، جریان آرام، لوله مارپیچ
  • رضا اسدی، جعفر توفیقی*، سید محمد موسوی صفحات 21-39
    رشد شدید تقاضای جهانی برای پروپیلن، موجب مطالعات و تحقیقات گسترده ای جهت یافتن روش های جایگزین به صرفه تر و با مصرف کمتر انرژی و بازده مناسب گردیده است. در این پژوهش از گاما آلومینا به عنوان پایه ی کاتالیست های مولیبدن در فرآیند هیدروژن زدایی اکسایشی پروپان، جهت تولید پروپیلن استفاده شده است. کاتالیست ها به روش تلقیح مرطوب تهیه شده است. به منظور ارزیابی و تعیین دقیق مشخصات کاتالیست های ساخته شده، آنالیزهای FTIR، XRD، BET، SEM و XRF  انجام گرفته است. از طراحی آزمایش به روش مرکب مرکزی برای بررسی تاثیر پارامترهای دمای واکنش، درصد بارگذاری مولیبدن، نسبت پروپان به اکسیژن و همچنین بررسی تاثیر برهمکنش بین آن ها در تولید پروپیلن طی فرآیند هیدروژن زدایی اکسایشی پروپان استفاده شد. برای این منظور از بارگذاری مولیبدن در محدوده 16-4 درصد وزنی، نسبت پروپان به اکسیژن در محدوده 3-1 و دما در محدوده ی 540-380 درجه سلسیوس به عنوان متغیرهای ورودی روش مرکب مرکزی استفاده شد. پس از انجام آزمون راکتوری و تحلیل نتایج توسط نرم افزار طراحی آزمایش مشاهده شد، مدل های پیش بینی شده برای درصد تبدیل پروپان، درصد گزینش پذیری پروپیلن و درصد بازده هیدروژن زدایی اکسایشی با دقت 95% موردقبول است. حالت بیشینه درصد بازده هیدروژن زدایی اکسایشی با مقدار 02/14 درصد در دمای 487 درجه سلسیوس، 22/11 درصد بارگذاری مولیبدن و نسبت پروپان به اکسیژن 5/1 به دست آمد که در حالت آزمایشگاهی توانست با دقت 94% نسبت به حالت پیشنهادی بهینه مدل طراحی آزمایش حاصل شود.
    کلیدواژگان: هیدروژن زدایی اکسایشی، پروپان، پروپیلن، گاما آلومینا، مولیبدن، طراحی آزمایش
  • مینا نوروزی، مهیار پناهی سرمد، احمدرضا بهرامیان* صفحات 41-50
    در ایروژل های باساختار گرادیانی، تغییر قطر حفرات در ضخامت بر هدایت حرارتی موثر تاثیر گذار است. از آنجا که قطر حفرات با چگالی رابطه ی عکس دارد، پارامتر نسبت هدایت حرارتی موثر به چگالی ایروژل(B) تعریف می شود.کمترین مقدار B نشان دهنده ی شرایط بهینه ایروژل است. هدف این پژوهش، بهبود و شبیه سازی انتقال حرارت در ایروژل های ساختار گرادیانی برای بررسی تاثیر تغییر ساختار در ضخامت نمونه نسبت به ساختار های هموژن است. بدین منظور از داده های خواص و ساختار ایروژل سیلیکا استفاده شده و همچنین اثر هدایت حرارتی بهم پیوستگی کلویید ها در نظر گرفته شد. تغییرات انتقال حرارت با استفاده از نرم افزار کامسول برای ساختار هموژن با کمترین چگالی (L)، بالاترین چگالی (H) و با کمترین مقدار پارامتر B که عنوان ساختار بهینه (OPT) معرفی شده، بررسی و با میزان انتقال حرارت در ایروژل های ساختار گرادیانی شبیه سازی شده مقایسه شد. ایروژل های ساختار گرادیانی شبیه سازی شده در دو حالت از چگالی بالا به پایین (HtL) و چگالی پایین به بالا (LtH) طراحی و روند تغییرات دما با زمان در هر دو حالت مطالعه شده است. در نتایج بدست آمده، ایروژل ساختار گرادیانیLtH کمترین میزان انتقال حرارت را نشان داده (افزایش بازده 2 درصدی ساختار گرادیانی(LtH) نسبت به ساختار بهینه(OPT)) و به عنوان بهترین ساختار برای ایجاد یک عایق حرارتی پیشنهاد می شود.
    کلیدواژگان: ایروژل سیلیکا، ساختار گرادیانی، انتقال حرارت، شبیه سازی
  • مژده عذیری، جمال اعلایی*، علیرضا شریف صفحات 51-64
    در این مقاله، تاثیر اصلاح شیمیایی پلیمر اسکلروگلوکان بر رفتار جذب آن روی سنگ کربناتی مخزن نفتی مورد بررسی قرار گرفت. اصلاح شیمیایی اسکلروگلوکان با هدف افزایش آبگریزی آن و از طریق پیوندزنی همزمان گروه های یونی و آبگریز در ساختار آن صورت پذیرفت. بررسی رفتار جذب نمونه ها بر سطح سنگ کربناتی، افزایش میزان جذب نمونه های اصلاح شده در مقایسه با نمونه اولیه را نشان داد. ارزیابی فاکتورهای مختلف موثر بر فرایند جذب نشان داد که ایزوترم لانگمویر بهتر از ایزوترم های فرندلیچ و تمکین می تواند رفتار جذب اسکلروگلوکان و نمونه اصلاح شده آبگریز را پیش بینی کند. اما توصیف رفتار جذب نمونه اصلاح شده یونی- آبگریز با استفاده از مدل یاد شده مشکل بود. مطالعه سینتیک جذب نمونه ها نشان داد مدلهای شبه مرتبه دوم و نفوذ درون ذره ای از هماهنگی قابل قبولی برای توصیف نتایج تجربی برخوردار بودند. مطالعات ترمودینامیکی دلالت بر وابستگی مقادیر انرژی آزاد، GΔ ، به دما و نیز غلبه مولفه های  آنتروپیک، در مقایسه با مولفه های آنتالپیک، در فرآیند جذب نمونه ها داشت. همچنین، مقادیر آنتالپی جذب، HΔ، نمونه های مختلف ( در حدود KJ/mol 6 برای اسکلروگلوکان اولیه ، در حدود KJ/mol 5 برای اسکلروگلوکان آبگریز و حدود KJ/mol 9 برای اسکلروگلوکان یونی- آبگریز)، بیانگر جذب فیزیکی نمونه ها بر سطح ذرات کربناتی در هر دو محیط آبی و نمکی بود.
    کلیدواژگان: جذب، پلیمرهای آب دوست، اسکلروگلوکان، اصلاح آب گریز، بازیافت نفت
  • محسن آذرگون، عباس کبریت چی*، موسی نظری صفحات 65-76
    در این پژوهش اثر مقادیر مختلف دو نوع کاتالیست پخت رایج دی بوتیل تین دی لورات (DBTDL) و تری فنیل بیسموت (TPB) و نسبت های مختلف NCO/OH (R) بر عمر کاربری و خواص  فیزیکی سیستم بایندر پلی یورتانی بر پایه پلی بوتادین خاتمه یافته با هیدروکسیل (HTPB) مورد بررسی قرار گرفته است. با افزایش مقدار کاتالیست پخت برای هر دو نوع کاتالیست، سرعت افزایش ویسکوزیته سیستم بایندر بیش تر می گردد. همچنین با افزایش مقدار R  از 8/0 تا 1 سرعت افزایش ویسکوزیته و دانسیته اتصالات عرضی زیاد می شود. سیستم بایندر برپایه ایزوفرون دی ایزوسیانات (IPDI) دو مرحله مجزا افزایش ویسکوزیته با دو ثابت سرعت متفاوت را نشان می دهد که این امر به حضور دو نوع گروه ایزوسیانات با واکنش پذیری های متفاوت در ساختار مولکولی این عامل پخت نسبت داده می شود. در ادامه خواص فیزیکی و تورم نمونه های بایندر مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس این نتایج، بایندری که دارای بیش ترین دانسیته اتصالات عرضی است، دارای کم ترین میزان تورم هم می باشد. مقدار عمر کاربری از R 1 به 1/1، بر خلاف انتظار افزایش می یابد. در هنگام استفاده از کاتالیست DBTDL، اثر تفاوت واکنش پذیری بین دو گروه ایزوسیانات IPDI به وضوح قابل تشخیص است ولی زمانی که از کاتالیست پخت TPB استفاده می شود این تفاوت مشاهده نمی شود.
    کلیدواژگان: عمر کاربری، کاتالیزور پخت، R مقدار، گرانروی، پیونددهنده
  • الهه منصوری، محبوبه سرابی جماب*، بهروز قرآنی، سیداحمد مهاجری صفحات 77-89
    قالب گیری مولکولی ازجمله روش های نوین در تهیه محصولات جاذب با عملکرد اختصاصی است؛ به صورتی که زمینه پلیمری نهایی دارای مکان هایی برای اتصال انتخابی به مولکول هدف باشد. در این پژوهش سنتز و عملکرد فیلم های قالب گیری شده مولکولی(MIM) ، تهیه شده با روش الکتروریسی، به عنوان جاذبی اختصاصی برای استخراج آفت کش مکوپروپ (MCPP) مورد بررسی قرار گرفت. سنتز فیلم ها درحضور متاکریلیک اسید (MAA) به عنوان مونومر و پلی اتیلن ترفتالات (PET) به عنوان جزء اصلی مورد نیاز برای تشکیل محلول پلیمری و با استفاده از حلال های دی کلرومتان (DCM) و تری فلورواستیک اسید (TFA) صورت گرفت. فیلم ها توسط حلال شسته شدند تا مولکول قالب از ساختار آن ها حذف و نواحی اتصال آزاد شود. سپس قدرت فیلم های قالب گیری شده در جذب اختصاصی آفت کش مکوپروپ بررسی شد. با توجه به نتایج به دست آمده، محلول با غلظت 20 درصد وزنی حجمی از PET به عنوان محلول بهینه برای الکتروریسی تعیین شد. بین قدرت جذب فیلم قالب گیری شده (MIM) و فیلم شاهد (NIM) در نسبت های مختلف از MCPP و MAA (1 به 2، 1 به 4، 1 به 6 و 1 به 8) اختلاف معنی داری وجود داشت (05/0p<) و نسبت 1 به 4 بیشترین قدرت جذب را نشان داد. همچنین گزینش پذیری فیلم های تولیدی در جداسازی آفت کش توفوردی به عنوان ترکیبی با ساختار مشابه مکوپروپ و دیازینون به عنوان آفت کش با ساختاری متفاوت مورد سنجش قرار گرفت. قابلیت فیلم ها در پاک سازی MCPP از محیط های آبی (آب معدنی و آب چاه)  نیز بررسی شد که نتایج، نشانگر عملکرد موفق فیلم های قالب گیری شده نسبت به انواع NIM بود.
    کلیدواژگان: قالب گیری مولکولی، فیلم الکتروریسی، مکوپروپ، آب، آلاینده
|
  • Parisa Ebrahimduost, Hossein Baniasadi*, Ahmad Ramazani S.A., Iman Akbari Pages 3-19
    One of the miniaturization of heat transfer equipment is enhancing the convective heat transfer coefficient. The main aim of this study is design and producing a kind of nanofluid based on water and ethylene glycol. Graphene was synthesized via electrochemical method and its successful production was confirmed with XRD, FTIR spectrum and, SEM and TEM images. By using different amount of graphene i.e. 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, and 1.5%, water/ethylene glycol/graphene nanofluid was produced. Sodium dodecyl sulfate (SDS) was used as surfactant to improve graphene stability in the base fluid. The designed experimental setup was composed of spiral tube with constant wall temperature and equipped with flow meter and pressure and temperature indicators. Nusselt number and pressure drop were measured for pure water and compared with those obtained from theoretical relations and it was found that the setup works properly. Convective heat transfer coefficient, Nusselt number, and heat transfer rate were investigated for water/ethylene glycol (60/40 wt.%) and nanofluid with different amount of graphene using experimental setup. The results showed that by adding 1 wt.% graphene into the based fluid the convective heat transfer coefficient increased about 50% while pressure drop was also increased about 50%. Overall, the findings of this research work support the potential of water/ethylene glycol/graphene nanofluid for using in heating/cooling equipment.
    Keywords: Graphene, Nanofluid, Convective heat transfer coefficient, Laminar flow, Spiral tube
  • Reza Asadi, Jafar Towfighi*, Seyed Mohammad Mousavi Pages 21-39
    Due to increase in global demand of propylene, many extensive studies and research have been done to find alternative method for lower energy consumption and efficiency. In this research, gamma alumina is used for molybdenum catalyst base in oxidative dehydrogenation ‎process of propane, in order to produce the propylene. The catalysts are prepared based on wet impregnation method. The analysis of  FTIR, XRD, BET, SEM, and XRF are done to evaluate and determine the  characteristics of prepared catalysts. Central composition method is employed to study the influence of reaction temperature, molybdenum ‎loading percentage, oxygen to propane ratio, and the effect of interactions between them in propylene ‎production. The molybdenum in the range of 4-16%, propane to oxygen ratio in ‎the range of 1-3%, and temperature in the range of 380-540 ºC are the input parameters of ‎the central composite method. Finally, according to reactor test and analysis of the results of the Design expert software, it is shown that the predicted models for propane conversion, propylene selectivity, ‎and efficiency persentage of oxidation dehydrogenation are about 95%. Maximum of efficiency percentage with a value of 14.02% is obtained at 487 ºC, 11.22% molybdenum‎ percentage, and propane to oxygen ratio of 1.5, which in experimental results, achieving an accuracy of 94% is possible as compared to the optimal design of the test design model.
    Keywords: oxidative dehydrogenation, propane, propylene, gamma alumina, molybdenum, design expert
  • AhmadReza Bahramiyan *, Mina Noroozi, Mahyar Panahi Sarmad Pages 41-50
    In graded structure aerogels, change of pores diameter through the thickness affects the effective thermal conductivity. As the pores diameter is reversely correlated to the density, the effective thermal conductivity of aerogel is often normalized to the density and it is expressed as the B parameter. Lower values of B would be the optimum conditions for the resulting aerogel. The objective of this work is to simulate the heat transfer of the homogenous structures and to compare it with structures that pore diameter vary through the thickness. For this purpose, the structure characteristics and properties of silica aerogel along with the effect of coupling thermal conductivity have to be taken into consideration. Using the COMSOLMultiphysics®software, the heat transfer was modeled for a number of cases, including homogenous structures with minimum density (L), maximum density (H) and for an optimum structure (OPT) having a minimum value of the B parameter. The results were compared to thestructurally graded aerogels in which the density was varied in two fashions, from higher values to lower (HtL) and from lower to higher values (LtH). The change of temperature with time was tracked for all the cases. Results indicated that the minimum value of heat transfer was obtained for the structurally graded aerogel of the type of LtH (a 2-percent increase of efficiency for LtH when compared to the optimum structure (OPT)). Therefore, this structure introduce as the best candidate for producing a thermal insulator.
    Keywords: Silica Aerogel, Gradient Structure, Heat Transfer, Simulation
  • Mozhdeh Ozeiri, Jamal Aalaie*, Alireza Sharif Pages 51-64
    In this study, the effect of chemical modification on adsorption behavior of scleroglucan polymer on carbonate rock of oil reservoir was studied. The chemical modification was performed to increase hydrophobicity of scleroglucan while substituting ionic and hydrophobic groups on its structure simultaneously. Investigation of adsorption behavior of the samples on carbonate rock surfaces revealed an increase in uptake of the modified samples compared to the original one. Evaluation of various factors affecting the adsorption process showed that the Langmuir isotherm can describe the adsorption behavior of primary and hydrophobic scleroglucan samples better that Freundlich & Temkin isotherms. However, the adsorption behavior of the ionic-hydrophobic sample was hard to explain using the Langmuir model. A pseudo-second-order & Intra-particle diffusion models could express uptake kinetics of the samples. Thermodynamic studies indicated the temperature-dependency of free energy, ΔG, and the dominant role of entropic phenomena, rather than enthalpic phenomena, in the adsorption process of samples. In addition, ΔH values of different samples (about 6 KJ/mol for the primary scleroglucan, 5 KJ/mol for the hydrophobic scleroglucan and 9 KJ/mol for the ionic-hydrophobic scleroglucan) suggested the physical adsorption of samples onto the carbonate particles surface in both water and brine solutions.
    Keywords: Adsorption, Hydrophilic polymer, Scleroglucan, Hydrophobic modification, Oil Recovery
  • Mohsen Azargoon, Abbas Kebritchi*, Mosa Nazari Pages 65-76
    The pot life of high-energy composites is one of the most important parameters of their manufacturing process. This is mainly influenced by the pot life of the binder system. In this research, the effect of different amounts of two types of curing catalyst (dibutyltin dilaurate (DBTDL) and triphenyl bismuth (TPB)) and different ratios of NCO / OH (R) on the pot life and physical properties of the polyurethane binder system  based on Hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB) was investigated. By increasing the amount of curing catalyst for both types of catalysts, the viscosity build-up of the binder system measured by the rotation viscometer was intensified. Also, increasing the amount of R from 0.8 to 1 increases the viscosity and crosslink density. Isophorone Diisocyanate (IPDI) binder system shows two distinct steps of increasing viscosity with two different rates, which is attributed to the presence of two different isocyanate groups in the molecular structure of IPDI with different reactivity. In the following, the physical properties and swelling of binder samples were investigated. Based on these results, binders with the highest crosslink density have the lowest swelling. The pot life value increases from R of 1 to 1.1, contrary to expectation, with pot life range value between R of 1 to 0.9. When using the DBTDL catalyst, it is clearly identifiable between different reactivity of two groups IPDI isocyanates, but when used with the TPB curing catalyst, this difference was not observed significantly.
    Keywords: pot, Life, CatalystR, valueViscosity, Binder
  • Elaheh Mansouri, Mahboobe Sarabi Jamab*, Behrouz Ghorani, Seyed Ahmad Mohajeri Pages 77-89
    Molecular imprinting is a novel technique for preparing specific absorbents with selective sites for binding to the target molecule. Molecularly imprinted polymers, because of their high selectivity and stability, low cost and easy methods of preparation, have been widely employed in separation procedures. In this study, we evaluated the synthesized electrospun imprinted membrane (MIM) as a specific sorbent for herbicide mecoprop (MCPP). The films were prepared using methacrylic acid (MAA) as functional monomer and polyethylene terephthalate (PET) as a main part of polymeric solution and in the presence of dichloromethane (DCM) and Trifluoroacetic acid (TFA) as the solvents. The template was extracted through washing, results in the free specific memory sites within the films. Then, the synthesized electrospun imprinted membrane (MIM) was evaluated as a specific sorbent for herbicide mecoprop (MCPP). The results showed that the solution with 20% w/v of PET was the optimal solution for electrospinning process and at all different MCPP/MAA molar ratios (1:2, 1:4. 1:6 and 1:8), MIM had higher removal ability for template molecule (p<0.05) compared to NIM. The template/monomer ratio of 1:4 had the best binding amount. We also investigated the capability of MIM to be used as sorbent for pesticide 2,4-D, that is, the analogue of the main template molecule and diazinon, that is, the pesticide with different structure to the template. In addition, we used synthesized MIM and NIM films to extract MCPP analyte from environmental aqueous samples (bottled water and groundwater) and the results indicated successful performance of MIM compared to NIN.
    Keywords: molecular, imprintingelectrospun, filmmecoprop, water, pollutant