فهرست مطالب

نشریه پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
سال پنجم شماره 3 (پیاپی 17، پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/09/29
  • تعداد عناوین: 8
|
  • امین الله پیوند، محمد فضائلی زاده* صفحات 3-12

    پیش بینی دمای چاه هنگام عملیات درون چاهی و تاثیراتی که بر روی لوله ها و وضعیت تنش وارد بر آن ها دارد یکی از موارد مهم در طراحی عملیات تکمیل، تولید و تحریک چاه های نفت و گاز می باشد. تغییرات دمایی در طول عمر چاه می تواند باعث تغییر در وضعیت تنشی لوله های درون چاهی مانند لوله تولیدی و لوله جداری شده و مشکلاتی از قبیل جابجایی تاج چاه و یا کمانش (Buckling) لوله را ایجاد کند که هم از لحاظ ایمنی چاه و کارکنان و هم از لحاظ اقتصادی می تواند زیان بار باشد. در این مطالعه عملیات مختلف تکمیل، تولید و تحریک در طول عمر یک چاه مانند راندن رشته تکمیل چاه، شروع تولید، بستن چاه، تزریق اسید و دیگر عملیات رایج در چاه های نفت با ترتیبی کاربردی شبیه سازی شدند. تغییرات دمایی ایجاد شده در طی این عملیات و تاثیر آن ها بر روی وضعیت تنش لوله جداری و لوله تولیدی پیش بینی و مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که تولید درازمدت از چاه بیشترین تغییرات دمایی را در چاه ایجاد می کند. این افزایش دما در عمق 430 فوتی از چاه که همان عمق mud line می باشد به حداکثر مقدار خود رسیده و به دلیل ثابت بودن لوله باعث کمانش آن و ایجاد گشتاور در عمق های پایین شده است. هم چنین به دلیل تغییرات طول لوله با دما و با گذشت زمان، زمان لازم برای رسیدن دمای لوله تولیدی به حالت پایدار جهت انجام آزمون های فشار بر روی لوله تولیدی حدود چند ماه می باشد و این نکته باید در آنالیز آزمون فشار لوله تولیدی لحاظ شود.

    کلیدواژگان: تغییرات دمایی، تنش، لوله جداری، لوله تولیدی، تکمیل، تولید
  • سید مهدی میرابوالقاسمی، محسن نجفی*، علیرضا عزیزی، مهدی حاجی باقریان صفحات 13-25
    موضوع تحقیق

    امروزه یکی از موضوعات مورد علاقه پژوهشگران استفاده از ترکیبات زیست تخریب پذیر با خواص مکانیکی و حرارتی بالاست. پلی لاکتیک اسید، پلی استری آلیفاتیک، زیست تخریب پذیر و انعطاف پذیربوده که دارای ضعف هایی همچون عبورپذیری زیاد در برابر بخار آب و گازها، دمای انتقال شیشه ای کم، پایداری گرمایی ضعیف، ترد و شکننده بودن می باشد. یکی از روش هایی که برای بهبود خواص این زیست پلیمر در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است، استفاده از پرکننده ها در مقیاس نانومتری و تولید بیونانوکامپوزیت ها می باشد. این تحقیق با هدف بررسی تاثیر حضور همزمان نانوکریستال سلولز و نانونقره بر رفتار مکانیکی، حرارتی و عبورپذیری نسبت به بخار آب فیلم های بر پایه پلی لاکتیک اسید انجام گردید.

    روش تحقیق

    فیلم های پلی لاکتیک اسید و بیونانوکامپوزیت های آن حاوی مقادیر مختلف نانوکریستال سلولز (01/0، 03/0 و 05/0 گرم) و نانونقره (01/0 گرم) با استفاده از روش قالب گیری حلال تهیه شدند. برای بهبود سازگاری و قابلیت اختلاط پذیری بیشتر نانوکریستال سلولز با پلی لاکتیک اسید، از واکنش آن با استیک انیدرید استفاده گردید. طیف سنجی FTIR، آزمون کشش، خواص حرارتی (DSC)، آزمون مهاجرت و بررسی خاصیت ضدباکتریایی برای مطالعه ویژگی های نمونه ها مورد استفاده قرار گرفت. برای ارزیابی عبورپذیری فیلم ها، میزان نفوذ پذیری نسبت به بخار آب نمونه ها نیز اندازه گیری شد.

    نتایج اصلی

    با افزودن نانوکریستال سلولز، دمای انتقال شیشه ای (Tg) و دمای مذاب (Tm) افزایش نشان دادند. وجود نانوکریستال سلولز موجب افزایش استحکام کششی و مدول الاستیسیته بیونانوکامپوزیت ها نسبت به پلی لاکتیک اسید خالص گردید. با افزودن نانوکریستال سلولز، عبورپذیری تا حدود 25 درصد کاهش یافت. با افزایش میزان نانوکریستال سلولز، میزان تورم و جذب آب نمونه ها به طور قابل توجهی افزایش پیدا کرد. میزان مهاجرت نمونه ها نیز پس از افزودن نانوسلولز کاهش یافت.

    کلیدواژگان: بیونانوکامپوزیت، نانوکریستال سلولز، نانونقره، پلی لاکتیک اسید، خاصیت ضدباکتریایی
  • حمید کرمی، محمد کاظمینی، سعید سلطانعلی*، مهدی رشیدزاده صفحات 27-37
    موضوع تحقیق

    گوگرد زدایی هیدروژنی یکی از روش های موثر برای حذف ترکیبات گوگردی از برش های نفتی و ارتقاء کیفیت سوخت می باشد. یکی از چالش های عمده در این فرآیند دستیابی به پایه کاتالیست مناسب می باشد که بهترین عملکرد را داشته باشد. در این میان پایه های اصلاح شده با زیولیت به دلیل قوی بودن سایت های اسیدی، مساحت سطح ویژه و ثبات هیدروترمال و شیمیایی بالا توجه زیادی را به خود اختصاص داده اند؛ اما اسیدیته و حجم مزوحفرات زیولیت ها نیازمند اصلاح است.

    روش تحقیق

    در این پژوهش ابتدا زیولیت سلسله مراتبی Y با به کارگیری روش پسا-سنتز (آلومینیوم زدایی) و با استفاده از فرم آمونیومی زیولیت و محلول NH4F (75/0 مولار) در دمای ºC90 به مدت 3 ساعت تحت شرایط رفلاکس تهیه شد. خصوصیات فیزیکی- شیمیایی زیولیت با آنالیزهای BET, FESEM, FTIR AAS, XRD بررسی شد. زیولیت های اصلاح شده در سنتز پایه کاتالیست فرآیند HDS بکار گرفته شد. سولفیداسیون و ارزیابی عملکرد کاتالیست های تهیه شده در سیستم میکرو-راکتوری با خوراک گازوییل حاصل از واحد آیزوماکس پالایشگاه هدف انجام گرفت.

    نتایج اصلی

    نتایج نشان می دهد که حجم مزوپورها، مساحت سطح ویژه و نسبت SiO2 / Al2O3 در زیولیت سلسله مراتبی به ترتیب به cm3 g-1 073/0،  m2 g-136/783 و 2/5 (مقادیر اولیه به ترتیب cm3 g-1  032/0، m2 g-1 18/567 و 5/4) افزایش یافته است. همچنین نتایج حاصل از آنالیز زیولیت، حفظ ساختار و میزان بلورینگی طی فرآیند اصلاح زیولیت را اثبات می کند. اثر اصلاح زیولیت به ویژه تغییرات اسیدیته، مساحت سطح ویژه و حجم مزوحفرات بر فعالیت کاتالیست های NiMo/Zeolite+Al2O3  مورد ارزیابی قرار گرفت. افزایش اسیدیته و بهبود ویژگی های فیزیکی- شیمیایی زیولیت اصلاح شده، موجب افزایش عملکرد کاتالیست در فرآیند گوگردزدایی هیدروژنی گازوییل(Conversion =90%)  شده است.. بهبود فعالیت کاتالیست ها را می توان به اثر مثبت زیولیت ها بر توزیع سایت های فلزی، مساحت سطح ویژه، اسیدیته و اندازه ی مطلوب حفرات کاتالیست نسبت داد.

    کلیدواژگان: آمونیوم فلورید، پسا-سنتز، گوگردزدایی هیدروژنی، زئولیت سلسله مراتبی، آلومینیوم زدایی
  • محی الدین قلیزاده قلعه عزیز، رضا نجار*، میرقاسم حسینی صفحات 39-55

    در این کار پژوهشی پلیمر با ساختار گروه های دهنده-گیرنده حاصل از پلی آنیلین متصل به نانوذرات روی اکسید (ZnO) در یک انتها و گروه نفتالن در انتهای دیگر زنجیر سنتز، و ساختار و ترکیب شیمیایی، ریختار محصول و نیز خصوصیات نوری و الکتروشیمیایی آن مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار شیمیایی ترکیبات سنتز شده به کمک روش های طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FT-IR)، رزونانس مغناطیسی هسته ای (Nuclear Magntic Resonounce, 1H NMR)، و ترکیب درصد اجزاء آلی و معدنی آن توسط روش های تجزیه وزن سنجی گرمایی (Thermal Gravimetric Analysis, TGA) و طیف سنجی جذب اتمی (AAS)، بصورت 10 درصد بخش معدنی و 90 درصد بخش آلی تعیین شده است. ثبت تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (Scanning Electron Microscopy, SEM) نشان داده که نمونه دارای ذرات با ریختار کروی و اندازه حدود 70 نانومتر می باشد. طیف سنجی فرا بنفش-مریی بازتابش نفوذی و بررسی رفتار الکتروشیمیایی نمونه ها با استفاده از روش ولتامتری چرخه ای (CV) نشان داده که با اتصال گروه های نفتالن و نانوذرات ZnO به دو انتهای زنجیرهای پلی آنیلین کاف نوار انرژی نوری و الکتریکی نمونه ها بترتیب به 19/1 و 95/0 الکترون ولت کاهش پیدا کرده است که به اثر این گروه ها در افزایش طول سامانه مزدوج، کاهش سطح انرژی پایین ترین اربیتال مولکولی اشغال نشده (LUMO) و افزایش سطح انرژی بالاترین اربیتال مولکولی اشغال شده (HOMO) نسبت داده می شود. بررسی نمودارهای CV نشان داده که اثر این گروه ها در کاهش سطح انرژی اربیتال LUMO کمی بیشتر از اثر آنها در افزایش سطح انرژی اربیتال HOMO می باشد.

    کلیدواژگان: نانوذرات ZnO، پلی آنیلین، نفتالن، دهنده-گیرنده، انرژی کاف نوار
  • مهدی سادات شجاعی*، سعید قدیری قلعه ناظری صفحات 57-69
    موضوع تحقیق

    استفاده از نانوذرات هیدروکسی آپاتیت (HAp) در پلیمرهای سنتی به عنوان فاز تقویت کننده گزارش شده است. در حالیکه تعداد گزارشات در رابطه با تاثیر مورفولوژی HAp بر روی خواص مکانیکی ماتریس پلیمری محدود است، تاکنون تحقیقی در رابطه با این اثر بر روی پلیمرهای ابرمولکولی ارایه نشده است. این مطالعه این فرضیه را بررسی می کند که واردسازی نانوذرات HAp رشد یافته از یک جهت (نانوذرات میله ای، rHAp) به درون پلی کاپرولاکتون ابرمولکولی (SPCL) منجر به سنتز یک ساختمان جدید زیست فعال می شود.

    روش تحقیق

    برای این منظور، ابتدا نانوذرات rHAp با روش میکروامولسیون سنتز شدند و سپس با گروه های 2-یوریدو-4-]1-هیدروژن[پیریمیدینون (UPy) عامل دار شدند. همچنین عامل دار کردن PCL و تبدیل آن به ساختارهای ابرمولکولی با واکنش دادن گروه های انتهایی هیدروکسیل با گروه های UPy انجام گرفت. در نهایت با روش ریخته گری محلول نانوکامپوزیت های SPCL/rHAp سنتز شدند و ساختار و خواص آنها با طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه بازتاب کلی تضعیف شده (ATR-FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، دستگاه آزمون عمومی و مایع شبیه سازی شده بدن (SBF) مورد بررسی قرار گرفت.

    نتایج اصلی

    بر اساس نتایج به دست آمده میکروامولسیون یک روش کارآمد برای سنتز نانوذرات میله ای با خلوص فازی زیاد است. از طرف دیگر بر اساس نتایج عامل دار کردن این نانوذرات با UPy امکان پذیر است. تست کشش نشان داد که با واردسازی این نانوذرات اصلاح شده به SPCL یک افزایش معنی دار هم در مدول الاستیک و هم در استحکام کششی مشاهده می شود. در واقع در حالی که PCL اولیه یک جامد مومی شکل بود، اصلاح با UPy و سپس واردسازی نانوذرات اصلاح شده، آن را به یک ماده الاستیک تبدیل می کند. در نهایت، نتایج به دست آمده فعالیت زیاد زیستی نانوکامپوزیت های ابرمولکولی را در مقایسه با نمونه فاقد پرکننده نشان داد. بنابراین نانوکامپوزیت های ابرمولکولی SPCL/rHAp با خواص زیست فعالی و ماهیت پویا می توانند به عنوان جایگزینی مناسب برای ضایعه های بافت استخوانی مورد استفاده قرار گیرند.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، نانوذرات میله ای، هیدروکسی آپاتیت، پلی کاپرولاکتون، زیست فعالی
  • سارا قانع، رامین کریم زاده*، الهام موسوی صفحات 71-81
    موضوع تحقیق

    کربن فعال یک جاذب متخلخل با سطح ویژه، حجم حفرات و توزیع اندازه حفرات قابل قبول برای بسیاری از کاربردها ازجمله جذب سطحی هست. این ماده از منابع متعدد طبیعی حاوی کربن به دست می آید. به دلیل افزایش تقاضا برای کربن فعال، پیش ماده های ارزان قیمت بسیار مورد توجه هستند. در این میان مایع سیاه که پسماند صنعتی حاصل از فرآیند لیگنین کرافت در کارخانجات کاغذسازی و حاوی مقادیر بالایی از کربن است، می تواند به عنوان پیش ماده مناسب و ارزان قیمت برای تولید کربن فعال استفاده شده و ارزش افزوده بالایی ایجاد کند.

    روش تحقیق

    در این تحقیق، در ابتدا لیگنین از پسماند صنعتی مایع سیاه که تهیه شده از کارخانه صنایع چوب و کاغذ ایران است، تحت شرایط مشخص و با بررسی تاثیر pH استخراج شد و سپس کربن پودری با استفاده از روش فعال سازی شیمیایی توسط عامل فعال سازی شیمیایی فسفریک اسید از لیگنین استخراج شده سنتز شد. به منظور بررسی اثر پارامتر دمای فعال سازی بر روی ساختار کربن فعال، شامل مساحت سطح ویژه، حجم حفرات و توزیع اندازه حفرات، سه دمای فعال سازی 400 و 500 و 600 درجه سانتی گراد در نسبت عامل فعال سازی 2 موردبررسی قرار گرفت. جاذب های سنتز شده به منظور بررسی خواص فیزیکی و مورفولوژی سطح تحت آنالیزهای FTIR، BET و SEM قرار گرفتند.

    نتایج اصلی

    نتایج حاکی از آن بود که بالاترین میزان لیگنین با ساختاری مشابه به لیگنین تخریب شده، در 2=pH  بازیابی شد. بررسی اثر پارامتر درجه حرارت فعال سازی نشان داد که دمای 500 درجه سانتی گراد می تواند دمای مناسبی برای سنتز کربن فعال با مساحت سطح ویژه بالا باشد و افزایش دمای بالاتر از 500 درجه سانتی گراد موثر نیست. از میان جاذب های سنتز شده، نمونه کربن فعال سنتز شده در دمای فعال سازی 500 درجه سانتی گراد، دارای بالاترین مساحت سطح ویژه و حجم حفرات کل به ترتیب  m2/g 31/1573 و  cm3/g 89/0 بود که پتانسیل بالای این پیش ماده را به عنوان جاذب کربن فعال نشان می دهد.

    کلیدواژگان: کربن فعال، مایع سیاه، لیگنین، جاذب، سطح ویژه
  • حامد بهرام نیا، حمیدرضا محمدیان سمنانی*، علی حبیب الله زاده، حسن عبدوس صفحات 83-94
    هدف تحقیق

    در این پژوهش، اصلاح اپوکسی توسط پلی یورتان بصورت موفقیت آمیز انجام شد و تاثیر آن بر خواص سایشی و چسبندگی مورد واکاوی قرار گرفت. مهمترین نگرانی در ترکیب این دو پلیمر، تشکیل ژل بهنگام مواجهه رزین اپوکسی و ایزوسیانات موجود در پلی یورتان بود.

    روش تحقیق

    یک راه حل برای غلبه بر این مشکل، کنترل فعالیت شیمیایی ایزوسیانات است. بنابراین به منظور کاهش فعالیت شیمیایی ایزوسیانات و جلوگیری از تشکیل ژل در اثر ترکیب اپوکسی و پلی یورتان، ابتدا پیش پلیمر پلی یورتان حاوی 58/3 درصد وزنی ایزوسیانات، با ترکیب پلی تترا متیلن گلایکول 2000 (PTMG 2000) و تولوین دی ایزوسیانات (2,4-TDI)، تهیه و با اضافه کردن 20 درصد وزنی از آن به رزین اپوکسی، فرآیند پخت با استفاده از دی متیل تیوتولوین دی آمین (DMTDA)، بعنوان عامل پخت مشترک و‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍ همچنین عملیات حرارتی خاص، کامل شد.

    اهم نتایج

    نتایج طیف بینی تبدیل فوریه زیر قرمز نشان داد، فرآیند اصلاح با حذف پیک های مربوط به اپوکساید و ایزوسیانات در طیف مخصوص به نمونه تهیه شده، و همچنین ایجاد یک پیک پهن مربوط به گروه های هیدروکسیل ثانویه (C-O) در اثر باز شدن حلقه های اپوکساید، موفقیت آمیز بوده است. آزمون چسبندگی نیز، افزایش چسبندگی به زیرآیند فولاد کربنی، در نتیجه تولید هیدروکسیل ثانویه حین این آمیخته سازی را تایید کرد. اگرچه سختی پرسوز در اپوکسی اصلاح شده به میزان 5% کاهش یافت اما با کاهش 17 برابری مدول الاستیک (طبق نتیجه آزمون کشش)، مقاومت سایشی بر اساس آزمون سایش، 6 برابر بهبود یافت. سرانجام با در نظر گرفتن تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی- نشر میدان مغناطیسی، بهم پیوستن حفرات، بعنوان سازوکار سایش معرفی شد.

    کلیدواژگان: آمیخته سازی، اپوکسی، پلی یورتان، سایش، چسبندگی
  • افسانه سادات لاریمی، محسن اسماعیل پور*، مجید قهرمان افشار، مرتضی فقیهی، علی اکبر اصغری نژاد صفحات 95-106
    موضوع تحقیق

    در این پژوهش، نانوکامپوزیت های مغناطیسی Fe3O4@SiO2 عامل دار شده با اتیلن دی آمین تترااستیک اسید با ساختار هسته-پوسته به منظور حذف یون های کادمیوم دوظرفیتی از محلول های آبی سنتز شده و مورد بررسی قرار گرفتند.

    روش تحقیق

      در مرحله اول، نانوذرات کروی هسته-پوسته Fe3O4@SiO2 با به کارگیری نانوذرات Fe3O4 به عنوان هسته، تترااتیل اورتوسیلیکات (TEOS) به عنوان منبع سیلیکا و پلی وینیل الکل (PVA) به عنوان فعال کننده سطحی سنتز شدند. سپس در مرحله بعدی، خصوصیات گروه های عاملی سطحی، ساختار کریستالی، خواص مغناطیسی، اندازه و مورفولوژی سطحی این نانوذرات با به کارگیری طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR)، پراش اشعه ایکس (XRD)، میکرسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، میکرسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM)، توزیع اندازه ذرات (DLS(، مغناطیس سنج نمونه مرتعش (VSM) و اندازه گیری سطح ویژه و تخلخل (BET) مورد بررسی، شناسایی و تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. به خاطر خصوصیات مغناطیسی جاذب، این نانوذرات قابلیت جداسازی ساده از مخلوط واکنش با به کارگیری یک مگنت مغناطیسی و استفاده مجدد در پنج چرخه متوالی بدون کاهش جدی در فعالیت  را دارا می باشد.

    نتایج اصلی

    به منظور بررسی طبیعت جاذب، آزمایش های گوناگون همچون مقدار جاذب و زمان تماس بررسی و بهینه شدند.  تاثیر مقادیر مختلف و زمان تماس جاذب به منظور حذف یون های کادمیوم دوظرفیتی از محلول های آبی، مقدار جذب ماکزیمم 94% را در دمای محیط نشان می دهد. تمامی نتایج مطالعات نشان می دهند که نانو کامپوزیت سنتزی Fe3O4@SiO2-EDTA یک جاذب موثر، قابل بازیافت با عملکرد عالی برای حذف کادمیوم دوظرفیتی می باشد. همچنین قابلیت بازیافت Fe3O4@SiO2-EDTA به منظور حذف کاتیون دوظرفیتی برای چرخه های متوالی جذب-واجذب مورد بررسی قرار گرفت.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت Fe3O4@SiO2، کادمیوم دو ظرفیتی، حذف موثر، سینتیک جذب، اتیلن دی آمین تترااستیک اسید (EDTA)
|
  • Aminollah Peyvand, Mohammad Fazaelizadeh* Pages 3-12

    Research subject: Prediction of the wellbore temperature during the downhole operations and its effects on the stress condition of the tubulars is one of the important factors in design of the completion, production and stimulation operations in oil and gas wells. Temperature changes during the life of the well can change the stress condition of the pipes inside the well, such as the tubing and the casing, and cause problems such as wellhead displacement or buckling of the tubulars, which is dangerous in both terms of safety of the well and personnel and it can also be economically inefficient. Research approach: In this study, various operations during the life of a well such as running the completion string, production start-up, the well shut in, acid injection and other common operations in oil wells were simulated in a practical order. Temperature changes during these operations and their effect on the stress condition of the wellbore casing and tubing were investigated. Main results The results showed that long-term production of the well causes the most temperature changes in the well. This increase in the temperature reached a maximum value at a depth of 430 ft, which is the mud line depth.  Further, because the pipe is fixed, it buckles and creates torque at deeper well depths. The results also showed that the time required for the temperature to be completely stable is about a few months, and this should be taken into account in the tubing pressure test analysis.

    Keywords: Temperature Changes, Stress, Casing, Tubing, Completion, Production
  • Seyed Mehdi Mirabolghasemi, Mohsen Najafi*, Alireza Azizi, Mehdi Haji Bagherian Pages 13-25
    Research subject

    Biodegradable compounds with high mechanical and thermal properties are one of the intersting research topics. Polylactic acid is an aliphatic polyester with high biodegradability and flexibility. It, however, suffers from several weaknesses such as high permeability to water vapor and gases, low glass transition temperature, poor thermal stability and brittleness which can be improved by the incorporation of nano-scale fillers giving rise to bionanocomposites. The aim of this study was to investigate the effect of the simultaneous incorporation of cellulose nanocrystals and nanosilver on the mechanical, thermal and water vapor permeability behavior of polylactic acid-based films.

    Research approach

    Polylactic acid films and their bionanocomposites containing different levels of cellulose nanocrystals (0.01, 0.03 and 0.05 g) and nanosilver (0.01 g) were prepared by solution casting method. To improve compatibility and miscibility of the polymer, cellulose nanocrystals were reacted with acetic anhydride and modified. FTIR spectroscopy, tensile test, thermal properties (DSC), migration test and antibacterial properties were used to study the properties of the samples. The water vapor permeability of the samples were also measured.

    Main results

    The addition of cellulose nanocrystals, increased the glass transition temperature (Tg) and melting point (Tm) of the samples. The presence of cellulose nanocrystals increased the tensile strength and modulus of elasticity of the bionanocomposite relative to pure polylactic acid. With the addition of cellulose nanocrystals, permeability was reduced by about 25%. As the amount of cellulose nanocrystals increased, the swelling and water absorption of the samples increased significantly. The migration rate of the samples also decreased after the addition of nanocellulose.

    Keywords: Bionanocomposites, Cellulose nanocrystals, Nanosilver, Polylactic acid, Antibacterial properties
  • Hamid Karami, Mohammad Kazemeini, Saeed Soltanali*, Mehdi Rashidzadeh Pages 27-37
    Research subject

    Hydrodesulfurization is one of the effective methods to remove sulfur compounds from oil fractions and improve fuel quality. One of the major challenges in this process is to find the proper catalyst support that performs best. In the meantime, modified supports with zeolite have allocated a lot of attention due to their strong acidic sites, specific surface area and high hydrothermal and chemical stability; But the acidity and volume of zeolite mesopores need to be corrected.

    Research approach

    In this study, first, hierarchical Y zeolite was prepared using post-synthesis (Dealumination) and using ammonium form of zeolite and NH4F solution (0.75 M) at 90˚C for 3h under reflux conditions. Physicochemical properties of zeolite were investigated by BET, FESEM, FTIR, AAS and XRD analyzes. Modified zeolites were used in the support synthesis of the HDS process catalyst. The sulfidation and performance evaluation of the prepared catalysts were carried out in the fixed-bed microreactor were performed with diesel cutting feed from the Isomax unit of the target refinery.

    Main results 

    The results show that the volume of mesopores, specific surface area and SiO2/Al2O3 ratio in hierarchical zeolites has increased 0.073 cm3 g-1, 783.36 m2 g-1 and 5.2, respectively (initial values are 0.032 cm3 g-1, 567.18 m2 g-1 and 4.5). The results of zeolite analysis show the preservation of the structure and crystallinity during the zeolite modification process. The effect of zeolite modification, especially the Si/Al ratio variations, mesopores and specific surface area, was investigated on the activity of NiMo/Zeolite+Al2O3 catalysts. Increasing the acidity and improving the physicochemical properties of the modified zeolites has increased the catalyst performance in the process of diesel hydrodesulfurization (Conversion= 90%). Improving the activity of catalysts can be attributed to the positive effect of zeolites on the dispersion of the metallic site, surface area, acidity, optimal size of pores and volume of catalyst mesopores.

    Keywords: Ammonium Fluoride, Post-Synthesis, Hydrodesulfurization, Hierarchical Zeolite, Dealumination
  • Moheyddin Gholizadeh-Ghale-Aziz, Reza Najjar*, Mir Ghasem Hosseini Pages 39-55
    Research subject

    Solar cells has gained a great attention as a green, renewable and cheap energy resources. To overcome the challenging technical problems and improve their competitiveness with silicone solar cells, the design, synthesis and development of new materials with engineered band gap energies has found an undeniable importance.

    Research approach

    Herein, the synthesis of a polymer with donor-acceptor structure based on polyaniline grafted to ZnO nanoparticles at one end and naphthalene moiety at the other end of chains, and investigation of their chemical structure, composition, morphology, optical and electrochemical properties is reported. The chemical structure of the materials were analyzed by FT-IR and 1H NMR spectroscopy. The organic and inorganic contents of materials were determined by thermal gravimetric analysis (TGA) and atomic absorption spectroscopy (AAS) techniques. The morphology and size of nanoparticles were observed by scanning electron microscopy (SEM). The optical and electrical band gap energy of the samples were measured by ultraviolet visible-diffuse reflectance (UV-Vis-DRS) spectroscopy and cyclic voltammetry (CV) diagrams.

    Main results

    The chemical structure of designed materials has been successfully confirmed by the results of FT-IR and 1H NMR spectra. TGA and AAS analysis have indicated that the synthesized final material has contained about 10% of ZnO and 90% of organic parts including toluene-2,4-diisocyanate, 2,4-diaminotoluene, polyaniline and naphthalene groups. An almost highly uniform spherical nanoparticles with sizes about 70 nm has been observed by SEM images. UV-Vis-DRS spectroscopy and CV diagrams have revealed that by grafting ZnO nanoparticles and naphthalene moiety to the polyaniline chain ends, the optical and electrical band gap energy of the sample were lowered to 1.19 and 0.95 eV, respectively. It was concluded that the grafted groups to chain ends has increased the length of conjugated system, lowering the energy level of lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) and increasing the energy level of highest occupied molecular orbital (HOMO). Detailed analysis of CV diagrams has indicated that the effect in lowering of LUMO has been a bit more pronounced than the increasing of HOMO energy level.

    Keywords: ZnO ‎nanoparticles, polyaniline, naphthalene, band gap energy., donor-acceptor
  • Mehdi Sadat-Shojai*, Saeed Ghadiri-Ghalenazeri Pages 57-69
    Research subject

    The use of hydroxyapatite nanoparticles (HAp) in traditional polymers as reinforcing agent has been reported. While there are a limited number of reports regarding the effect of HAp morphology on the mechanical properties of the polymeric matrix, no research on this effect on supermolecular polymers has been reported so far. This study investigates the hypothesis that incorporation of unidirectionally grown HAp nanoparticles (rod-like nanoparticles, rHAp) into supramolecular polycaprolactone (SPCL) leads to the synthesis of a new bioactive construct.

    Research approach

    For this, rHAp nanoparticles were first synthesized by microemulsion method and then functionalized with 2-ureido-4[1H]-pyrimidinone (UPy) groups. Moreover, PCL was functionalized and converted to supramolecular structures by reacting the hydroxyl terminal groups with UPy groups. Finally, SPCL/rHAp nanocomposites were synthesized by solution casting method and their structure and properties were examined using attenuated total reflection-Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), universal testing machine and simulated body fluid (SBF).

    Main results

    According to the results, microemulsion is an efficient procedure for the synthesis of rod-like nanoparticles with high phase purity. On the other hand, based on the results, it is possible to functionalize these nanoparticles with UPy. Tensile test showed that by incorporation of these modified nanoparticles into SPCL, a significant increase in both elastic modulus and tensile strength can be observed. In fact, while the initial PCL was a waxy solid, modification with UPy and then incorporation of modified nanoparticles made it an elastic material. Finally, the obtained results indicated high bioactivity of supramolecular nanocomposites compared to the sample without filler. Therefore, supramolecular SPCL/rHAp nanocomposites with bioactive properties and dynamic character can be used as a suitable replacement for bone tissue defects.

    Keywords: nanocomposite, rod-like nanoparticles, hydroxyapatite, polycaprolactone, bioactivity
  • Sara Ghane, Ramin Karimzadeh*, Elham Moosavi Pages 71-81
    Research subject

    Activated carbon is a porous absorbent with reasonable specific surface area, pore volume, and pore size distribution for many applications such as adsorption. This material is obtained from various natural sources of carbon. Due to increasing demand for activated carbon, the economical precursors have been highly noticed. In the meanwhile, black liquor, industrial residue from Lignin Kraft process in paper factories, has high amount of carbon which can be used as an appropriate and cheap precursor for activated carbon production, and make high value added.

    Research approach

    In this study, at first, lignin was extracted from black liquor, prepared from Iran wood & paper industries-Chouka factory, under defined conditions and investigation of pH effect, and then, powdered carbon was synthesized from extracted lignin using chemical activation method by phosphoric acid chemical agent. To consider the effects of activation temperature parameter on activated carbon structure, including specific surface area, pore volume, and pore size distribution, three activation temperature of 400, 500 and 600 ⁰C in impregnation ratio of 2 were investigated. To study the physical and morphological properties of sensitized absorbents, they were analyzed by BET, SEM, and FTIR methods.

    Main results

    The results confirmed that the highest amount of lignin with a similar structure to the degraded lignin was recovered at pH = 2. Investigation of the effect of activation temperature parameter suggested that the activation temperature of 500 °C can be a reasonable temperature for the synthesis of high specific surface area activated carbon and increasing the temperature above 500 °C is not effective. Among these sensitized adsorbents, the activated carbon sensitized in activation temperature of 500 ⁰C showed the highest specific surface area and the pore volume of 1573.31 m2/g and 0.89 cm3/g respectively, which exhibits the high potential of this precursor as activated carbon adsorbent.

    Keywords: Activated Carbon, Black Liquor, Lignin, Adsorbent, Specific Surface Area
  • Hamed Bahramnia, Hamidreza Mohammadian Semnani*, Ali Habibolah Zadeh, Hassan Abdoos Pages 83-94
    Research subject

    In this research, epoxy modification was successfully performed by polyurethane and its effect on abrasion and adhesion properties have been investigated. The most important concern in the blending of these polymers was the formation of gels upon exposure of epoxy resin and isocyanate in polyurethane.

    Research approach

    One solution to overcome this problem is to control the chemical activity of Isocyanate. Therefore to reduce the chemical activity of isocyanate and prevent gel formation due to the combination of epoxy and polyurethane, first polyurethane prepolymer containing 3.58 wt.% NCO was prepared by mixing poly tetra methylene glycol 2000 (PTMG 2000) and toluene di isocyanate (2,4-TDI); and then by adding 20 wt.% of it to the epoxy resin, the curing process was completed by using dimethyl thio-toluene di amine (DMTDA) as a common curing agent and also specific heat treatment.

    Main results

    Fourier transformation infrared spectroscopy results showed that the modification process has been successful by elimination of the peaks related to epoxide and isocyanate groups in the prepared sample in addition to the formation of a broad peak related to secondary hydroxyl group (C-O) due to the opening of epoxide rings. Pull off tests also confirmed increasing adhesion to carbon steel substrate as a result of secondary hydroxyl generation through this blending. Although, the Persoz hardness of modified epoxy decreased by 5%, but with a 17-fold reduction of elastic modulus (as per tensile test result), abrasion resistance improved 6 times according to abrasion test. Finally, joining of the cavities to each other is introduced as the abrasion mechanism by considering the field emission- scanning electron microscope images.

    Keywords: Blending, Epoxy, Polyurethane, Abrasion, Adhesion
  • Afsanehsadat Larimi, Mohsen Esmaeilpour*, Majid Ghahramanafshar, Morteza Faghihi, Aliakbar Asgharinezhad Pages 95-106
    Research subject

    In this study, EDTA-functionalized Fe3O4@SiO2 magnetic nanocomposites with core-shell structure were synthesized to remove divalent cadmium ions from aqueous solutions.

    Research approach

    During the first step, Fe3O4@SiO2 nanosphere core-shell is synthesized using nano Fe3O4 as the core, TEOS as the silica source and PVA as the surfactant. This strategy relies on the covalently bonding of ethylendiaminetetraacetic acid to bis(3-aminopropyl)amine and cyanuric chloride functionalized magnetic nanoparticles. In the next step, characteristics of surface functional groups, crystal structure, magnetic properties, size and surface morphology of these nanoparticles were investigated, identified and analyzed using physico-chemical characterization techniques including fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), dynamic light scattering (DLS), vibration sample magnetometry (VSM) and Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analyzer.  The adsorbent, due to its magnetic property, could be simply separated from the reaction mixture by a permanent magnet and reused in five consecutive cycles without considerable loss in its activity.

    Main results

    To probe the nature of the adsorbent, various experiments were investigated like adsorbent dose and contact time were optimized. Kinetic studies and the effect of different amounts of adsorbent to remove divalent cadmium ions from aqueous solutions show a maximum adsorption of 94% at ambient temperature. Moreover, the recyclability of Fe3O4@SiO2-EDTA was investigated in order to remove the divalent cation for successive adsorption-desorption cycles. All the results of studies show that the synthetic nanocomposite Fe3O4@SiO2-EDTA is an effective, recyclable adsorbent with excellent performance for the removal of divalent cadmium.

    Keywords: Fe3O4@SiO2 nanocomposite, Ethylene diamine tetraacetic acid, Bivalent cadmium, Effective removal, Adsorption kinetics