فهرست مطالب

دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 125 (بهمن و اسفند 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/11/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • صفحه 6
  • مهدی ملکی کاکلر*، سینا حسینی، علی محمدی صفحات 7-21

    از سال 1990 تا 2020، میزان تولید گاز کربن دی اکسید به طور چشم گیری (50%) افزایش یافته است. تخمین زده می شود که تا سال 2050 علاوه بر این میزان افزایش، تولید این گاز گلخانه ای 30-50% بیشتر شود. این امر موجب گرم شدن کره زمین و تاثیر منفی بر روی محیط زیست و سلامتی انسان ها شده است. افزون بر این، میزان کربن دی اکسید در هواکره طی دو هزار سال گذشته 2 برابر شده و باعث افزایش دمای جهان به مقدار C°1 در 50 سال گذشته شده است. اگرچه امروزه به کارگیری فناوری های نوین برای استفاده و ذخیره سازی کربن دی اکسید پیشنهاد شده؛ اما با این حال چالش هایی از جمله هزینه ها، موانع اقتصادی و عدم قطعیت های مربوط به تاثیرات زیست محیطی وجود دارد. یک روش نویدبخش برای رفع این مسیله، استفاده از آنزیم کربنیک انیدراز است که روشی زیست محیطی و فاقد هرگونه آلایندگی ثانویه است. برای استفاده از آنزیم کربنیک انیدراز در حذف کربن دی اکسید، به کارگیری آنزیم های پایدار در شرایط محیطی سخت، لازم و ضروری است. در این مقاله مروری تلاش شده است تا پیشرفت های به دست آمده در زمینه کاربرد این آنزیم ها، استراتژی های کارامد مهندسی در بهبود پایداری آن ها و روش های تثبیت این مواد بر روی سامانه های صنعتی مختلف، بررسی شود. افزون بر این، چالش های اخیر در استفاده صنعتی و نیز چشم انداز مربوط به این آنزیم در حفظ محیط زیست بحث و بررسی شده است.

    کلیدواژگان: کربنیک انیدراز، انتشار کربن دی اکسید، جذب کربن، تثبیت آنزیم
  • مریم یلداگرد* صفحات 22-56

    مجموعه الکترود غشا (MEA) واحد کلیدی از سلول های سوختی غشای تبادل پروتون است. مواد، ساختارها، اجزا و فناوری های ساخت MEA تاثیرهایی قوی بر عمل کرد پیل سوختی مربوطه دارند. به طور خاص، لایه های کاتالیست، جایی که واکنش های الکتروشیمیایی انجام می شود، مهم ترین اجزای MEA هستند. در چند دهه گذشته، برای توسعه پیل های سوختی پلیمری با کارایی بالا بسیار تلاش شده است. عمل کرد MEA با لایه های کاتالیست پیشرفته، به طور چشم گیری با استفاده از روش های گوناگون ساخت، تغییر ساختار لایه کاتالیست و استفاده از اجزای مختلف، بهبود یافته است. در طول بهینه سازی عمل کرد پیل سوختی پلیمری، نحوه ارزیابی لایه های کاتالیزور و MEA مربوط به آن ها حیاتی می شود. هدف اصلی چنین ارزیابی ای، درک رابطه بین عمل کرد پیل سوختی و ساختارها/ترکیبات اجزای مجموعه الکترود غشاست. بر اساس این درک، بهینه سازی لایه کاتالیزور/MEA با توجه به عمل کرد می تواند از نظر مواد به کار رفته، ترکیبات اجزا و شاخص های ساخت انجام شود. با بهینه سازی لایه های کاتالیست و MEAها، می توان استفاده از کاتالیزور را بهبود بخشید؛ پتانسیل مازاد نفوذ گاز را کاهش داد و تلفات اهمی غشا را کم کرد، در حالی که مدیریت آب درون لایه های کاتالیست/MEAs نیز می تواند بهبود یابد. بنابراین، ارزیابی لایه کاتالیست/MEA یک گام ضروری در توسعه پیل سوختی است. بر این اساس، بسیاری از روش های الکتروشیمیایی برای ارزیابی عمل کرد لایه کاتالیست/MEA توسعه یافته اند. در این مقاله مروری، اصول و روش های ارزیابی لایه کاتالیست/MEA با جزییات تحلیل ها معرفی شده اند.

    کلیدواژگان: روش های ارزیابی الکتروشیمیایی، لایه کاتالیست، مجموعه الکترود و غشا، پیل های سوختی پلیمری
  • محمدمهدی کیب اللهی، پیمان کشاورز* صفحات 57-68

    با توجه به اهمیت حذف بخار آب موجود در گازهای طبیعی، دست یابی به یک جاذب پرقدرت در فراوری گازهای طبیعی بسیار ضروری به نظر می رسد. در این تحقیق، برای نخستین بار از جاذب تترا اتیلن گلایکول (TREG) و ترکیب آن با تری اتیلن گلایکول (TEG) برای حذف بخار آب از جریان هوای مرطوب استفاده شد. در ادامه، برای دست یابی به بینشی صحیح از عمل کرد TREG، نتایج به دست آمده با جاذب خالص TEG مقایسه و تاثیر دبی جریان هوا نیز در نظر گرفته شد. با توجه به نتایج، تمامی جاذب های به کار گرفته شده در این تحقیق، عمل کردی بهتر در دبی های پایین تر داشت. هم چنین،در حالی که TEG جاذبی بهتر در دبی های پایین تر بوده است، TREG عمل کردی بسیار بهتر در میزان حذف بخار آب در دبی های بالاتر داشته است. در نهایت، در بهترین شرایط عملیاتی لحاظ شده در این تحقیق، استفاده از TEG در دبی 60 میلی لیتر بر دقیقه منجربه کاهش رطوبت ورودی هوا از 90% به حدود 10% شد. حال آن که، استفاده از TREGدر دبی 120 میلی لیتر بر دقیقه نتایج بهتری را به همراه داشت و میزان حذف را به مقداری در حدود 5% کاهش داد. میزان بالای جذب بخار آب در دبی های بالا، نشان دهنده قابلیت بالای TREG در به کارگیری در فرایندهای شیرین سازی در مقیاس صنعتی دارد.

    کلیدواژگان: برج حبابی، تترا اتیلن گلایکول، تری اتیلن گلایکول، نم زدایی
  • نفیسه نیکجو، رحمت ستوده*، نوید مستوفی، رضا ضرغامی صفحات 69-78
    بسترهای سیال شده در فرایندهای مختلفی نظیر خشک کردن، مخلوط کردن، انجام واکنش های کاتالیستی و غیر کاتالیستی استفاده می شوند. در این مقاله، ویژگی های هیدرودینامیکی یک بستر سیال نیم استوانه ای گاز- جامد که متاثر از ویژگی های حباب شامل  اندازه، شکل و سرعت بالارفتن حباب است، به صورت تجربی در سرعت های ظاهری مختلف گاز برای ذرات 420 میکرومتر به وسیله تصویربرداری دیجیتال مطالعه شده است. آزمایش ها در یک بستر سیال نیم استوانه ای به قطر 14 سانتی متر در فشار و دمای محیط انجام شدند. ارتفاع بستر پرشده در حالت ایستا 21 سانتی متر (5/1L/D=) و سرعت ظاهری گاز در محدوده 2/0 تا 8/0 متر بر ثانیه متغیر بود. نتایج آزمایش ها نشان داد که با افزایش سرعت ظاهری گاز و ارتفاع، متوسط اندازه و سرعت بالارفتن حباب ها در بستر افزایش می یابد. مقادیر به دست آمده به روش تجربی با مقادیر حساب شده از معادلات تجربی، انطباق قابل قبولی داشتند و میانگین درصد خطای حساب شده اندازه حباب و سرعت بالارفتن آن به وسیله آزمایش ها و روابط موجود به ترتیب برابر 5/3 و 7 درصد به دست آمد. برتری بستر نیم استوانه ای نسبت به استوانه ای این است که از راه وجه مسطح آن می توان به صورت غیرتداخلی، پدیده های درون بستر را مشاهده کرد. نتایج این آزمایش ها می تواند به درک رفتار پیچیده هیدوردینامیکی بسترهای سیال کمک کند.
    کلیدواژگان: بستر سیال، حباب، نیم استوانه ای، تصاویر دیجیتال
  • سروش سماک، حسین زهدی فسائی*، مژگان ذاکری، فرشته پردلی، ملیحه غفران پاکدل صفحات 79-88
    ساختار گرانول ها تحت تاثیر روش تهیه و متغیرهای شکل دهی قرار دارد. در این مقاله، گرانول های کروی گاما آلومینا از روش قطره ریزی در روغن ساخته شد. به منظور بررسی اثر دمای آهکینگی، درصد افزودن پلی ونیل الکل و ارتفاع ستون روغن بر مشخصات ساختاری گرانول ها (مساحت سطح ویژه، قطر و حجم حفره)، از ماتریس اورتوگونال در طراحی آزمایش تاگوچی استفاده شد. آنالیز XRD نشان داد که فاز گاما آلومینا در گرانول ها تشکیل شد. نمودار هم دمای جذب و واجذب نیتروژن، ایزوترم نوع چهار را در طبقه بندی آیوپاک و تشکیل ساختارهای مزوحفره های استوانه ای نشان داد. بر اساس تحلیل واریانس، ارتفاع ستون روغن بیشترین اثر معنادار را بر مساحت سطح ویژه (معادل 7/61%) و بر حجم حفره های گرانول ها (معادل 4/82%)، و درصد ماده افزودنی بیشترین اثر معنادار را بر قطر حفره های گرانول ها (معادل 8/92%) داشته است. در گرانول های فاقد پلی ونیل الکل تهیه شده در ستون روغن با ارتفاع cm 45 و دمای آهکینگی °C500، پاسخ ها بیشینه شد.
    کلیدواژگان: ساختار گرانول، پلیونیل الکل، قطره ریزی در روغن، آلومینای کروی، روش تاگوچی، بهینه سازی
  • زهرا سیار* صفحات 89-99
    اسید فرمیک با توجه به ویژگی های منحصر به فردش، کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارد؛ بنابراین تولید این اسید با روش های ساده و سبز- مانند استفاده از گیاهان به عنوان عامل کاهنده به جای مواد شیمیایی و با کمک امواج- از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش، نانوذرات ZnO با استفاده از گیاه تاج خروس و با کمک امواج، سنتز شد. هم چنین نانوذرات نقره نیز بر روی نانوذرات اکسید روی دوپ شد (ZnO-Ag) و از این نانوذرات به عنوان نانوکاتالیست برای تبدیل گلوکز به اسید فرمیک در دماهای مختلف بررسی شد. در پایان ویژگی های فیزیکی و ساختاری نانوذرات سنتزشده با تجزیه های XRD، DLS، و SEM تحلیل شد. نتایج این تحلیل نشان داد که با افزایش دما تا °C 200 درصد تبدیل گلوکز به اسید فرمیک افزایش یافت که بیشترین درصد تولید اسید فرمیک در حضور نانوذرات ZnO-Ag و در دمای °C 200 حدود 75٪ حاصل شد؛ اما با گذشت زمان این مقدار در حضور نانوذرات ZnO-Ag و دمای °C 200، کاهش یافت و حدود 68٪ شد. بررسی نتایج نهایی حاصل از این تولید اسید فرمیک با گذشت زمان، نشان داد که اسید فرمیک پس از مدتی در حضور نانوذرات ZnO-Ag به عنوان کاتالیست تخریب می شود و از بین خواهد رفت.
    کلیدواژگان: نانوذرات اکسید روی، نانوذرات نقره، روش سبز، ماکروویو، گلوکز، اسید فرمیک
  • صفحات 102-105
|
  • Page 6
  • M. Maleki Kakelar *, S. Hosseini, A. Mohammadi Pages 7-21

    From 1990 to 2020, carbon dioxide emissions have dramatically increased (50%). It has already caused global warming and affected the environment and human health care. Moreover, carbon dioxide has dramatically increased up to 2 times in atmosphere since BCE, and the temperature of earth surface also raised 1°C from the past fifty years. Although novel technologies integrated carbon capture utilization and storage (CCUS) has been already proposed, there are still significant challenges such as cost, economic barriers, and uncertainties on environmental impacts. One promising way to mediate these issues is to utilization of carbonic anhydrase (CA) as enzyme in a eco-friendly manner without any secondary pollutants. In order to utilize CAs in carbon sequestration, high stable CAs on the extreme and harsh environment is essential. This review aims to present advanced developments in CA, efficient engineering strategies to improve the productivity and stability, immobilization techniques towards an industrial operating system. Recent challenges in industrial CAs application as well as its usage perspective in environmental protection have been also discussed.

    Keywords: Carbonic anhydrase, Carbon Dioxide Emission, Carbon sequestration, Enzyme Immobilization
  • Maryam Yaldagard * Pages 22-56

    The membrane electrode assembly (MEA) is a key unit of proton exchange membrane (PEM) fuel cells. The MEA materials, structures, components and fabrication technologies have strong effects on the corresponding fuel cell performance. In particular, the catalyst layers, where the electrochemical reactions take place, are the most important components. Over the past several decades, many efforts have been made to develop high performance PEM fuel cells. MEA performance with advanced catalyst layers has been significantly improved by employing different fabrication methods, changing the catalyst layer structures, and using different components. During PEM fuel cell performance optimization, how to evaluate catalyst layers and their corresponding MEAs becomes critical. The major purpose of such an evaluation is to understand the relationship between fuel cell performance and MEA component structures/compositions. Based on this understanding, catalyst layer/MEA optimization with respect to performance can be carried out in terms of materials used, component compositions, and fabrication parameters. Through optimizing the catalyst layers and MEAs, catalyst utilization can be improved, gas diffusion overpotential reduced, and membrane ohmic losses decreased, while water management inside the catalyst layers/MEAs can also be improved. Therefore, catalyst layer/MEA evaluation is a necessary step in fuel cell development. Accordingly, many electrochemical methods have been developed to evaluate the performance of the catalyst layer/MEA. In this review paper, the principles and methods of catalyst layer/MEA evaluation have been introduced, with some detailed analysis.

    Keywords: electrochemical evaluation methods, catalyst layer, membrane electrode assembly, polymer fuel cells
  • Mohammad Mehdi Kaibollahi, P. Keshavarz * Pages 57-68

    According to the importance of water vapor available in the natural gas, achieving a powerful absorbent looks quite necessary. In this study, for the first time, tetraethylene glycol (TREG) and its mixture with triethylene glycol (TEG) were used to remove water vapor from a wet air stream. Following this, to achieve a good vision about the performance of TREG, the results were compared with the pure TEG and the impact of gas flow rate was considered. Based on the obtained results, all absorbents applied in this work resulted in a better performance in lower gas flow rates. Further, although TEG was the best absorbent at low gas flow rates, TREG had the best performance in water vapor removal at high gas flow rates. Finally, in the best operational condition in this work, the use of TEG led to the reduction of water vapor from 90% to about 10% at 60 ml.min-1. However, applying TERG had a better result at 120 ml.min-1 and caused the water vapor to reduce from 90% to approximately 5%. High water vapor absorption in high flow rates indicates the high capability of TREG to employ in gas dehydration processes in industrial scales.

    Keywords: Bubble column, Treg, TEG, Dehumidification
  • N. Nikjou, R. Sotudeh-Gharebagh *, N. Mostoufi, R. Zarghami Pages 69-78
    Fluidized beds are widely used in various processes such as mixing, catalytic and non-catalytic reactions, etc. In this article, the hydrodynamic characteristics of a gas-solid semi-cylindrical fluidized bed, which are affected by bubble properties including shape, size and rising velocity, are investigated for glass beads of 420 μm. For this purpose, a digital image analysis technique was employed to study the bubble behavior. The experiments were carried out in a semi-cylindrical fluidized bed with a diameter of 14 cm at ambient pressure and temperature. The static bed height was 21 cm (L/D=1.5) in all cases and the superficial gas velocity was varied in the range of 0.2 to 0.8 m/s. All properties of bubbles were investigated by increasing the superficial gas velocity and against the height of the bed. The results showed that aspect ratio, size and rising velocity of bubbles increase with increasing the superficial gas velocity. The size and rising velocity of bubbles, which were obtained experimentally, were found to be in good agreement with the values calculated by existing correlations with relative errors of 3.5% and 7 %, respectively. Moreover, all above mentioned properties of bubbles increase by increasing the height of the bed. The advantage of a semi-cylindrical bed over a cylindrical one is that through its flat surface, the phenomena inside the bed can be observed by a non-intrusive method. The results of these experiments can help to understand the complicated hydrodynamic behavior of fluidized beds.
    Keywords: fluidized bed, Bubble, Half-cylindrical, Digital Image
  • S. Samak, H. Zohdi-Fasaei *, M. Zakeri, F. Pordeli, M. Ghofran Pakdel Pages 79-88
    Synthesis method and forming parameters influence the structural properties of granules. In this paper, oil drop was used to synthesize spherical γ-alumina granules. Orthogonal matrix was applied in the Taguchi experimental design to investigate the effect of calcination temperature, additive percentage (PVA %), and column length of oil drop on the granule structures; including specific surface area, pore diameter, and pore volume. XRD analysis confirmed the formation of γ-alumina phase in the synthesized granules. According to the ANOVA, column length had the most significant effect on the specific surface area (61.7%), and on the pore volume of granules (82.4%). Additive percentage had the most significant effect on the pore diameter of γ-alumina granules (92.8%). Maximum responses were achieved by tuning the additive percentage, column length, and calcination temperature at 0%, 45 cm, and 500 °C, respectively.
    Keywords: Granule structures, PVA, oil drop, spherical Alumina, Taguchi method, optimization
  • Z. Sayyar * Pages 89-99
    Formic acid has different applications in various industries because of its unique properties, therefore, the production of this acid (using plants as a reducing agent instead of chemicals and waves) is important. In this study, ZnO nanoparticles were synthesized using green method by plant of Amaranthus Retroflexus and irradiation assisted. Silver nanoparticles were also doped on zinc oxide nanoparticles (ZnO-Ag). These synthesized nanoparticles were examined to convert glucose to formic acid at different temperatures. Physical properties and morphology of the synthesized nanoparticles were analyzed using XRD, DLS, and SEM techniques. Increasing the temperature to 200 ºC caused increase of the glucose conversion to formic acid, which in the presence of ZnO-Ag nanoparticles and at temperature of 200 ºC, conversion was about 75%. But during reaction time in the presence of ZnO-Ag nanoparticles, that amount of conversion dropped to about 68%. These results showed that formic acid can be decomposed and eliminated in the presence of ZnO-Ag nanoparticles as catalysts during reaction.
    Keywords: Zinc oxide nanoparticles, Silver nanoparticles, Green method, Microwave, Glucose, Formic acid