فهرست مطالب

مواد پیشرفته و پوشش های نوین - پیاپی 36 (بهار 1400)

فصلنامه مواد پیشرفته و پوشش های نوین
پیاپی 36 (بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/03/31
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حسین شهریای فر، مهدی حسن زاده* صفحات 2622-2630

    در این پژوهش غشای نانولیفی هیبریدی ضدآب با قابلیت تنفس پذیری و مقاومت بالا در برابر نفوذ آب تهیه شد. برای این منظور نانوالیاف هیبریدی پلی یورتان- پلی(وینیلیدین فلوراید) با نسبت های مختلف و در حضور نانوذرات سیلیکا به کمک روش الکتروریسی تولید شدند. تاثیر نسبت های مختلف پلیمرهای مورد مطالعه بر مورفولوژی و خواص عملکردی غشای نانولیفی نظیر تنفس پذیری و خواص ضدآب مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. برای این منظور از میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون های نفوذپذیری هوا، فشار هیدرواستاتیکی و تراوایی بخار آب استفاده شد. مطالعه مورفولوژی غشای نانولیفی هیبریدی نشان دهنده تولید نانوالیاف یکنواخت و عاری از دانه تسبیحی با متوسط اندازه قطر 60 تا 80 نانومتر می باشد. همچنین افزایش نسبت پلیمر PVDF در غشای نانولیفی به میزان 70% سبب افزایش میزان نفوذپذیری هوا و فشار هیدرواستاتیکی گردید. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که غشای نانولیفی تولید شده با نسبت PVDF به PU برابر 70 به 30، خواص تنفس پذیری و ضدآب بهتری را نشان می دهد، بطوریکه مقدار نفوذپذیری هوا به اندازه mL/cm2.s 6/68 و مقدار تراوایی بخار آب حدود g/m2/day 2853 بدست آمد.

    کلیدواژگان: نانوالیاف، نفوذپذیری هوا، عبور بخار آب، ضد آب، تنفس پذیر
  • آرام بابامیری، منوچهر خراسانی*، سعیده گرجی کندی صفحات 2632-2643
    مسایل زیست محیطی امروزه صنایع مختلف پوششی، از جمله صنایع خودرویی را به سمت استفاده از پوشش های پایه آبی سوق داده اند. رزین های پلی استر به عنوان یکی از اجزای پرکاربرد در بن پوشه های این صنعت به شمار می روند. با ایجاد پیوند دوگانه در زنجیر اصلی آن ها قادر خواهند شد با مونومرهای اکریلیکی وارد واکنش شده و به عاملیت های هدف داری برسند. در این پژوهش، ابتدا یک رزین پلی استر با استفاده از مونومرهای اسید آدیپیک، کاردورا، تری متیلول پروپان و اسید فیوماریک تولید شد. سپس به منظور افزایش آب دوستی و ایجاد قابلیت پخش در آب، با ترکیبی از مونومرهای اسید اکریلیک و بوتیل اکریلات پیوند زده شد. این رزین پس از خنثی سازی توسط تری اتیل آمین قابلیت پخش در آب و ایجاد پراکنه ی پایه آبی پلی استر اکریلات را به دست آورد. متوسط عددی و وزنی جرم مولکولی این رزین به کمک آزمون کروماتوگرافی ژل تراوایی مقادیر 980 و 2069 و اندیس بسپاشیدگی آن 2/1 گزارش شدند. اعداد اسیدی و هیدروکسیلی محصول به ترتیب برابر 105 و 205 بوده اند. اندازه ی ذرات پراکنه ی نهایی به کمک آزمون پراکندگی نور دینامیکی 168/1 نانومتر اندازه گیری شدند. پایداری پراکنه به کمک آزمون پتانسیل زتا اندازه گیری و مقدار میانگین آن 88/9- میلی ولت گزارش شد. فرآیند پخت رزین به دست آمده به همراه یک رزین ملامین انجام و چسبندگی کاتوپلاسم آن برابر 3B تعیین گردید.
    کلیدواژگان: پلی استر اکریلات، پوشش خودرویی، رزین پایه آبی، کوپلیمر پیوندی، رزین تقلیل پذیر با آب
  • سید علی حسن زاده تبریزی* صفحات 2644-2654

    برخی آلاینده های آلی می توانند بدون آنکه توسط روش های معمول تصفیه حذف شوند وارد آب آشامیدنی شوند. یک گروه از این آلاینده ها آنتی بیوتیک ها هستند که در صورت حضور در آب و ورود به بدن انسان، به مرورزمان سبب مقاومت باکتری ها می شوند. در تحقیق حاضر نانو لایه های کربن نیترید که یک نیمه هادی در محدوده نور مریی است به روش تجزیه حرارتی دی سیانامید تهیه شد و بر روی آن، نانو ذرات نقره برای افزایش کارایی فوتوکاتالیستی رسوب گذاری شد. خواص فوتوکاتالیستی ماده حاصل برای حذف آنتی بیوتیک تتراسایکلین در آب های آلوده مورد بررسی قرار گرفت. پودر بدست آمده توسط میکروسکپ الکترونی عبوری، پراش اشعه ایکس، آزمون تعیین سطح ویژه و طیف سنجی فرابنفش-مریی مشخصه یابی شد. نتایج نشان داد که کربن نیترید با موفقیت سنتز شده و نانو ذرات نقره با ابعاد 30 نانومتر بر روی سطح کربن نیترید قرارگرفته اند. مقدار شکاف انرژی نمونه کربن نیترید برابر 7/2 الکترون ولت به دست آمد که بعد از کامپوزیت کردن نمونه ها با نقره منطقه جذب نور مریی در محدوده 450 تا 570 نانومتر افزایش می یابد و شکاف انرژی به حدود 67/2 الکترون ولت تغییر می کند. افزودن نانو ذرات نقره با جلوگیری از بازترکیب الکترون-حفره باعث بهبود خواص فوتوکاتالیستی کربن نیترید شده اند. نمونه حاوی دو درصد وزنی نقره دارای بالاترین خواص فوتوکاتالیستی بود. نمونه کامپوزیت تولیدی، آنتی بیوتیک تتراسایکلین را در محلول آبی تا 89 درصد پس از زمان 60 دقیقه تخریب کرد همچنین ثابت سرعت واکنش تخریب از min-1 0087/0 در نمونه کربن نیترید خالص به min-1 036/0 پس از رسوب گذاری نانو ذرات نقره افزایش یافت.

    کلیدواژگان: کربن نیترید، نقره، فتوکاتالیست، آنتی بیوتیک، تخریب
  • ناهید قاسمی*، سهراب روحانی، رضا آقا یاری صفحات 2656-2666

    سیانید به عنوان محصول جانبی درپساب صنایع مختلفی وجود دارد که تصفیه آن قبل از ورود به محیط زیست الزامی است. سیانید را می توان با روش های مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی از آب و پساب های صنعتی حذف کرد، اما اغلب این روش ها هزینه بر هستند. هدف از این مطالعه، بررسی کارایی شبکه عصبی مصنوعی ((ANN برای پیش بینی حذف یون سیانید موجود در محلول های آبی توسط نانو جاذبZnO@MOF-199 است. از نتایج آزمایشگاهی بدست آمده از پارامترهای مهم و تاثیر گذار بر فرایند حذف سیانید، شامل pH در محدوده (5 تا 9)، زمان تماس در محدوده (30-90 دقیقه) و دما در محدوده (25تا 45) درجه سانتی گراد برای مدل سازی شبکه های عصبی مصنوعی پسا انتشار خطا - لونبرگ مارکوارت (BP-LM) استفاده شد. در شبکه مذکور، پارامترهای ورودی از قبیل pH ، دما، زمان تماس، وزن جاذب و حجم نمونه به عنوان داده های ورودی و راندمان حذف سیانید به عنوان داده خروجی در نظر گرفته شد . برای مقایسه مدل های مختلف تدوین شده توسط شبکه عصبی مصنوعی از معیارهای آماری ضریب همبستگی و مجموع میانگین مربعات خطا استفاده شد. نتایج حاصل برای ضریب همبستگی و مجموع مربعات خطا با داشتن مقادیر 985/0 و65/0، بیانگر پیش بینی موفق شبکه در مدل سازی و کارایی شبکه عصبی مصنوعی در پیش بینی حذف یون سیانید از محلول می باشد.

    کلیدواژگان: جذب، سیانید، ZnO@MOF-199، شبکه عصبی مصنوعی
  • هومن پژند، علی اصغر صباغ الوانی*، حسن سامعی، رضا سلیمی صفحات 2668-2676

    امروزه با توجه به حجم بالای تولید پسآب های آلاینده، طرح راهحل هایی به منظور تصفیه ی آن ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از جمله روش های مطرح شده جهت تصفیه ی پسآب های صنعتی، استفاده از چارچوب های آلی-فلزی به دلیل ویژگی های منحصر به فرد نظیر شکاف انرژی پایین و مساحت سطح ویژه ی بالا به عنوان فتوکاتالیست جهت تخریب رنگزا در پسآب می باشد. در مطالعه ی حاضر سعی شد تا با ساخت چارچوب های آلی-فلزی بر پایه ی آهن، از آن ها جهت تخریب رنگزای متیلن بلو در پسآب های صنعتی استفاده شود. به این منظور، چارچوب آلی- فلزی MIL-53(Fe) با استفاده از نمک آهن نیترات(FeNO3.9H2O) و در سه دمای 120، 150 و 180 درجه سانتی گراد و با استفاده از روش سولوترمال (حلالی- دمایی) ساخته شد. سپس با استفاده از آزمون های XRD ، FTIR ، SEM و UV-vis DRS مشخصه یابی نمونه های ساخته شده انجام گردید. در نهایت با استفاده از رنگزای متیلن بلو و در مجاورت لامپ هالوژن 500 وات میزان تخریب رنگزا توسط سه فتوکاتالیست، مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد، نمونه ساخته شده در دمای 180 درجه ی سانتی گراد دارای بیشترین میزان درصد بلورینگی و جذب نور، بیشترین شکاف انرژی و همچنین مناسب ترین راندمان تخریب رنگزا (56 %) بود.

    کلیدواژگان: چارچوب های آلی- فلزی، MIL-53(Fe)، تخریب رنگزا، تصفیه ی پسآب، متیلن بلو
  • الهام محقق پور*، مجید مجتهدزاده لاریجانی، مرجان رجبی، رضا غلامی پور، مجید ملک صفحات 2669-2676

    سینتیک رشد لایه نازک کربن آمورف طی فرآیند انباشت در رابطه با مورفولوژی سطح و تحولات ساختاری لایه‏ها بررسی شد. لایه نازک کربن آمورف با استفاده از روش کندوپاش پرتو یونی بر سطح شیشه انباشت شد. بر اساس مدل آورامی، رشد لایه نازک کربن آمورف در ضخامتهای بالاتر از nm 56 (بعد از s 900 انباشت) به صورت 2 بعدی انجام می شود و معادله پیشنهادی جهت بررسی فرآیند رشد در تحقیق حاضر به صورت V=1-exp⁡(-2×〖10〗^(-7) t^2) می‏باشد. تغییرات نرخ ضخامت مانند مدل پیشنهادی آورامی از یک نمودار S شکل در بازه زمانی s300 تا s 4500 تبعیت می‏کند. به این صورت که سرعت افزایش ضخامت در مراحل اولیه و انتهای فرآیند لایه نشانی کم است، در حالی که در میانه مسیر زیاد می‏باشد. بررسی مورفولوژی سطح لایه‏ها نشاندهنده ارتباط زبری سطح با تحولات ساختاری لایه ها تحت تاثیر افزایش ضخامت می باشد. بر اساس نتایج طیف رامان، حداکثر جابجایی مکان پیک G در نمونه انباشت شده با ضخامت nm 360 همراه با کاهش نرخ رشد لایه ایجاد می شود. نسبت ID/IG، اندازه خوشه های گرافیتی با پیوند sp2 (La) و زبری لایه مذکور به ترتیب برابر با 2/1 و nm 48/1 و nm 80/4±39/20 می‏باشد.

    کلیدواژگان: لایه نازک، کربن آمورف، سینتیک رشد، مدل رشد آورامی، کندوپاش پرتو یونی
  • بهاره بابایی، محسن نجفی *، مریم عطایی فرد صفحات 2678-2688

    ذرات کامپوزیتی رنگ‌دانه کربن سیاه و کوپلیمر استایرن- بوتیل‌اکریلات طی فرآیند پلیمریزاسیون درجای امولسیونی تولید شدند. خواص ذرات تونر تولید شده به کمک آزمون‌های تفرق نور دینامیکی برای بررسی اندازه ذرات و توزیع اندازه ذرات، گرماسنجی پویشی تفاضلی و تجزیه گرما وزن سنجی با هدف بررسی رفتار حرارتی، آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی به هدف بررسی ریز ساختار، آزمون وزن سنجی برای بررسی درصد تبدیل واکنش و آزمون‌های رنگ سنجی و میکروسکوپ نوری برای بررسی خواص رنگی و یکنواختی نمونه، مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج حاکی از آن است که تونر تولید شده دارای میانگین اندازه ذرات 0.07 میکرومتر با توزیع اندازه ذرات 332/1 است، دمای انتقال شیشه‌ای در حدود 70 درجه سانتی‌گراد است و درصد تبدیل واکنش برابر با 97% است. با توجه به رفتار حرارتی نمونه می‌توان گفت که واکنش کوپلیمریزاسیون انجام شده است. از طرف دیگر با مقایسه نتایج حاصل از آزمون اسپکتروفتومتری نمونه تولید شده با نمونه‌های تونر موجود در بازار، مشاهده شد که نمونه تولید شده خواص رنگی مشابهی با نمونه های موجود در بازار دارد. اغلب ویژگی‌های ذرات کامپوزیتی تولید شده برای کاربرد به‌عنوان تونر چاپگرهای الکتروفتوگرافی مناسب و کارآمد هستند.

    کلیدواژگان: تونر الکتروفتوگرافی، پلیمریزاسیون امولسیونی درجا، استایرن، بوتیل اکریلات
|
  • Hossein Shahriyarifar, Mahdi Hasanzadeh * Pages 2622-2630

    In this study, a waterproof hybrid nanofibrous membrane with breathability and high resistance to water penetration was prepared. For this purpose, polyurethane-poly(vinylidene fluoride) hybrid nanofibers with different ratios and with addition of silica nanoparticles were produced by electrospinning method. The effect of different ratios of the studied polymers on the morphology and performance of nanofibrous membranes such as breathability and waterproof properties were studied. Scanning electron microscopy and analysis of air permeability, hydrostatic pressure and water vapor permeability were used for this purpose. Morphological study of hybrid nanofibrous membrane shows the fabrication of uniform and bead-free fibers with average diameter of 60 to 80 nm. Moreover, increasing the ratio of PVDF polymer in nanofibrous membrane by 70% increased their air permeability and hydrostatic pressure. The results also show that the nanofibrous membrane containing 70:30 PVDF/PU, exhibits better breathability and waterproof properties, as its air permeability and water vapor permeability were obtained 68.6 mL/cm2.s and 2853 g/m2/day, respectively.

    Keywords: Nanofibers, air permeability, water vapor permeation, waterproof, breathable
  • Aram Babamiri, Manouchehr Khorasani *, Saeedeh Gorji Kandi Pages 2632-2643
    Nowadays environmental concerns, have shifted various coating industries, including automotive industry, to the use of water-based coatings. Polyesters by creating a double bond in the resin backbone they will be able to obtain the potential of reaction with acrylic monomers to achieve purposeful functionality. They considered as one of the most widely used components in automotive basecoat industry. In this study a polyester resin was produced using adipic acid, cardura E10, trimethylol propane and fumaric acid. It was then grafted with acrylic acid and butyl acrylate monomers to enhance hydrophilicity and water dispersibility. Synthesized resin, after neutralization by triethylamine, can be dispersed in water and form a water-reducible polyester acrylate dispersion. Numerical and weight average molecular weight of this resin were reported by GPC test at 980 and 2069 respectively with a PDI of 2.1. The acid and hydroxyl values of the product were 105 and 205, respectively. The final product’s particle size were measured at 168.1 nm using the DLS method. The stability of the dispersion was confirmed by the zeta potential test with an average value of -88.9 mV. The curing process in accompany with a melamine resin was verified by the cross cut adhesion test which was reported 3B.
    Keywords: Polyester acrylate, Automotive coatings, water borne resin, grafted copolymer, water-reducible resin
  • S.A. Hassanzadeh Tabrizi * Pages 2644-2654

    Some organic contaminants can enter drinking water without being removed by conventional treatment methods. One group of these contaminants are antibiotics that, if present in water and entering the human body, can cause bacterial resistance over time. Therefore, finding new methods and materials that can remove this group of pollutants from the environment is significant. In the present study, carbon nitride nanolayers were prepared by heat decomposition of dicyanamide and then silver nanoparticles were deposited on the surface of carbon nitride. The photocatalytic properties of the synthesized composites for the degradation of the tetracycline in water were then investigated. The obtained powder was characterized by transmission electron microscopy, X-ray diffraction, surface area test and ultraviolet-visible spectroscopy. The results showed that carbon nitride was successfully synthesized and silver nanoparticles with average size of 30 nm were deposited on the carbon nitride surface. The produced samples showed absorption in the range of visible light (400 to 700 nm). Addition of silver nanoparticles improved the photocatalytic properties of carbon nitride by preventing electron-hole recombination. The sample containing 2 weight percent of silver had the highest photocatalytic properties. The produced composite samples degraded the tetracycline antibiotic in the water up to 89% after 30 min. The reaction rate constant increased from 0.0087 min-1 in the pure carbon nitride sample to 0.036 min-1 after deposition of silver nanoparticles.

    Keywords: Carbon nitride, Silver, Photocatalyst, Antibiotic, Degradation
  • Nahid Ghasemi *, Sohrab Rohani, Reza Aghayari Pages 2656-2666

    Cyanide is a by-product of various industrial chemical processes found in industrial effluents which must be treated before it is discharged into the environment. Industrial effluents containing cyanide is treated through different methods including physical, chemical and biological processes which are often too expensive.The aim of this study is to evaluate the application of Artificial Neural Network (ANN) in predicting the removal efficiency of cyanide ions from aqueous solutions by Zno@MOF-199 nano-adsorbent. The research data was collected based on laboratorial study of important parameters involved in the Levenberg-Marquardt Back-propagation Artificial Neural Network Model (BP-LM) for prediction of cyanide removal efficiency including pH range from 5 to 9, contact time of 30 to 90 minutes and temperature range from 25 to 45 ºC. Parameters such as pH, temperature, contact time, adsorbent weight and sample volume were considered as input and cyanide removal efficiency as output data. In the comparison of different models, statistical criteria of correlation coefficient and sum of squared errors (SSE) were applied. The obtained results, 0.985 for the correlation coefficient and 0.65 for the sum of squared errors, indicate a successful prediction of the network in modeling as well as the efficiency of neural network in predicting the removal efficiency of cyanide ions from the solution.

    Keywords: Adsorption, Cyanide, ZnO@MOF-199, Artificial Neural Network
  • Hooman Pazhand, Ali Asghar Sabbagh Alvani *, Hassan Sameie, Reza Salimi Pages 2668-2676

    In recent years, volume of waste water produced by diverse field of industries is one the most vital challenges. To tackle this issue, numerous solutions have been submitted and among them, utilizing Metal- Organic Frameworks (MOFs) has been considerably paid attention as an appropriate option for water treatment due to their unique properties, such as low band gap and high specific surface area. In this study, MIL53 (Fe) was synthesized using nitrite salt source (FeNO3.9H2O) via solvo-thermal method at 120ºC, 150ºC and 180ºC. Subsequently, obtained powders was characterized using X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM) and UV-vis DRS. Eventually, photocatalytic efficiency of prepared samples was analyzed via Methylene Blue (MB) degradation under halogen lamp (500 W). Obtained results showed that the synthesized powder at 180ºC (sample C) had the most percentage of crystallinity and light absorption. Likewise sample (C) was the most efficient sample and possessed the highest band gap and the most rate of dye degradation.

    Keywords: Metal-Organic Frameworks (MOF), MIL-53 (Fe), dye degradation, Water Treatment, Methylene &ndash, Blue
  • Elham Mohagheghpour *, Majid Mojtahedzadeh Larijani, Marjan Rajabi, Reza Gholamipour, Majid Malek Pages 2669-2676

    The growth kinetic of amorphous carbon (a-C) thin films was investigated in the relation to the surface morphology and structural transformations. The a-C thin films were deposited by ion beam sputtering technique on the glass substrate. According to Avrami's model, the growth at the thickness above 56 nm (after 900 s deposition) is two-dimensional and the proposed equation for investigating about the growth process of amorphous carbon thin film in the present study is as follows: V=1-exp⁡(-2×〖10〗^(-7) t^2 ). Transformations of the thickness is similar to proposed Avrami's model follow a characteristic s-shaped, or sigmoidal, profile during deposition time from 300s to 4500s, where the transformation rates are low at the beginning and the end of the transformation but rapid in between. Surface roughness and structural transformation depend on the film thickness. Raman spectra showed the maximum displacement in G peak position created in the film thickness equal 360 nm with the reduction of the growth rate. The ID/IG ratio, the size of graphite crystallites with sp2 bonds (La) and the roughness of this layer is equal to 1.2, 1.48 nm and 20.39±4.8 nm, respectively.

    Keywords: Thin film, Amorphous carbon, Growth Kinetic, Avrami growth model, Ion beam sputtering deposition
  • Bahareh Babaei, mohsen najafi *, maryam ataeefard Pages 2678-2688

    Composite particles of carbon black pigment and styrene butyl acrylate copolymer were produced by emulsion polymerization process. The properties of produced toner particles were evaluated using Dynamic Light Scattering test to measure particle size and particle size distribution, Differential Calorimetry and thermal Gravimetry analyzes to investigate thermal behavior, Scanning electron microscopy test to detect microstructure, Gravimetric test to evaluate reaction conversion and Colorimetric test and Light microscope to check color properties and its uniformity. The results show that the produced toner has an average particle size of 0.07 micrometers with a particle size distribution of 1.332, the glass transition temperature is about 70 ° C and the reaction conversion is 97%. According to the thermal behavior of the sample, it can be said that the copolymerization reaction has been performed On the other hand, by comparing the results of spectrophotometric test of the sample produced with the toner samples available in the market, it was observed that the produced sample has similar color properties to the samples available in the market. Most of the properties of the composite particles produced are suitable and efficient for use as toner in electrographic printers.

    Keywords: Electrographic Toner . In situ Emulsion polymerization . Styrene. Butyl acrylate