فهرست مطالب

شیمی و مهندسی شیمی ایران - سال چهل و دوم شماره 2 (پیاپی 108، تابستان 1402)

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران
سال چهل و دوم شماره 2 (پیاپی 108، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/05
  • تعداد عناوین: 29
|
  • راضیه طالائی، بهزاد خلیلی*، مسعود مختاری صفحات 1-20

    در این مقاله مروری، مطالعه سیستماتیک بر جذب فیزیکی انواع مایع های یونی با کاتیون های گوناگون، بررسی برهمکنش های مولکولی بین کاتیون ها و آنیون های مایع های یونی تنظیم پذیر، بررسی نانوساختارهای گوناگون  بر پایه گرافن، سیلسیم، ژرمانیوم و بور- نیترید بدون نقص و مقایسه پایداری بین انواع نانوساختارها و ایجاد نقص بر روی آن ها (نقص روزنه ای و استون والز) و مطالعه تاثیر تغییرهای جذب انواع مایع های یونی بر نانوساختارهای گوناگون بدون نقص و نقص دار بر ویژگی های فیزیکی از جمله: انرژی اتصال، انرژی برهمکنش، شکاف انرژی، سختی شیمیایی، پتانسیل شیمیایی و طیف جذبی انجام شده است.

  • مرضیه شهبازی، الهام رستمی*، مریم کلاهی، علیرضا کیاست صفحات 21-32
    کورکومین، پلی فنولی است که ویژگی های دارویی بسیاری دارد. با وجود اثرهای برجسته دارویی و اثرهای زیستی، حلالیت کم در آب و از بین رفتن سریع، کاربردهای درمانی آن را محدود می کند، بنابراین استفاده از نانوذره های لیپیدی جامد (SLNs) یا نانوحامل های لیپیدی جامد به عنوان یک سامانه دارورسان با ویژگی های عالی مانند اندازه ذره های کوچک، زیست سازگاری، پایداری شیمیایی و فیزیکی و قابلیت کاربرد آسان، برای این پژوهش مناسب در نظر گرفته شد. هدف ازتهیه نانوذره های لیپیدی جامد دارای کورکومین، تهیه یک سامانه نانوحامل نوین و کارآمد برای اثربخشی بیش تر کورکومین استخراج و تخلیص شده از گیاه ریوند بود. در این پژوهش از ماسراسیون به کمک دو حلال (هگزان نرمال و اتانول) برای عصاره گیری از گیاه ریوند و به منظور خالص سازی کورکومین موجود در این عصاره از روش استخراج مایع - مایع، استفاده شد و از روش میکروتعلیق برای تهیه نانوذره های لیپیدی جامد دارای کورکومین استفاده شد. مقدار کورکومین موجود در عصاره ریوند و کورکومین خالص سازی شده به ترتیب 8/39% و 7/81% در مقایسه با کورکومین استاندارد به دست آمد و نانوذره های تولید شده دارای کورکومین اندازه، شاخص بس پاشیدگی و پتانسیل زتای دلخواه و اشکال کروی را نشان داد. همچنین پایداری نانوذره های لیپیدی جامد در محیط اسیدی بررسی شد که نتیجه ها به نسبت مناسبی به دست آمد. همچنین پایداری نانوذره های لیپیدی جامد در طول مدت 9 ماه بررسی شد، که پس از گذشت 9 ماه، افزایش اندازه ذره حدودا 23 نانومتر می باشد که نسبت به کارهای همانند مقدار مناسبی می باشد. سپس رهش کورکومین از نانوذره های لیپیدی جامد، بررسی شد. یافته های پژوهش نشان داد سامانه نانوحامل لیپیدی یک فرمولاسیون مناسب و سازوکار محرک درونی برای ترشح کنترل شده دارو دارد. بنابراین می توان گفت یک نانوحامل لیپیدی بهینه و قابل کنترل برای اثرهای درمانی کورکومین استخراجی تولید شد.
    کلیدواژگان: ریوند، کورکومین، عصاره، خالص سازی، نانوذره های لیپیدی جامد
  • فاطمه قربانی، مصطفی رحیم نژاد*، عباس رامیار، مهدی ازوجی صفحات 33-43

    در این کار پژوهشی، یک روش تشخیص رنگ سنجی ساده و ارزان برای دوپامین با استفاده از فناوری برش لیزر بر روی دستگاه های تحلیلی مبتنی بر کاغذ میکروسیالی، گزارش شد. همچنین تاثیر عامل های گوناگون از جمله زمان واکنش بین دوپامین و فریک کلرید، حجم نمونه مصرفی، زمان خشک شدن، pH محلول فنانترولین و نسبت حجمی فریک کلرید / دوپامین مورد بررسی قرار گرفت و بهینه سازی شد که مقدار بهینه برای هرکدام از پارامتر ها به ترتیب، 4 دقیقه، 4/1، 8/2 و μl 2/4، 12 دقیقه، 4/7 و 2:1 به دست آمد. از تجزیه و تحلیل های بعدی با استفاده از نرم افزار فتوشاپ، حد تشخیص و حد کمی برای دوپامین 0171/0 و 0517/0 میکرومول و انحراف استاندارد نسبی از 12/0% تا 17/0% برای 5= n  به دست آمد که دقت خوب این روش را نشان می دهد. همچنین در این مطالعه، پتانسیل روش پیشنهادی به عنوان یک روش ارزان قیمت و سریع رنگ سنجی برای تعیین دوپامین در نمونه های حقیقی از جمله سرم خون انسان نشان داده شد.

    کلیدواژگان: رنگ سنجی، دوپامین، برش لیزر، مبتنی بر کاغذ، میکروسیالی، تلفن هوشمند
  • احمد ذاتی رستمی*، حکمت مومن اف، علی محمد خال اف صفحات 45-53
    امروزه توجه ویژه ای به سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ (DSSCs) معطوف شده است. از مهم ترین قسمت های DSSCs الکترود مقابل است که معمولا از عنصر پلاتین در ساخت آن استفاده می شود. از آن جایی که پلاتین جزو مواد گران قیمت محسوب می شود، در این مطالعه پیشنهاد می شود که از الکترود مقابل SnSe به جای پلاتین استفاده شود. به این ترتیب با سلنایز کردن یک لایه قلع لایه نشانی شده روی شیشه به روش کندوپاش، لایه نازک SnSe ساخته شده و از این لایه به عنوان الکترود مقابل در سلول خورشیدی حساس شده با رنگ استفاده خواهد شد. همچنین فوتوآند مورد استفاده در این سلول از جنس اکسید قلع خواهد بود تا سلول به طور کامل مبتنی بر قلع ساخته شود. با تغییر دمای سلنایز کردن، ویژگی های ترابردی و الکتروکاتالیتی لایه، بهینه سازی شده و سلول خورشیدی بهینه تولید می شود. در این پژوهش، ویژگی های ریخت شناسی لایه ها با تصویرهای FESEM بررسی شده و از آنالیزهای CV و EIS برای محک ویژگی های ترابردی و الکتروکاتالیتی استفاده می شود. همچنین منحنی جریان-ولتاژ سلول های ساخته شده عیان ساخت که سلول ساخته شده از لایه سنتز شده در دمای 450 درجه سلسیوس با داشتن بازده 9/4 % بهترین عملکرد را به دست می دهد.
    کلیدواژگان: ساخت، سلول خورشیدی، نانوساختار، کندوپاش، فوتوآند، اکسید قلع
  • مریم یلداگرد* صفحات 55-79
    در این مطالعه نانوکامپوزیت Pt-Co/PAA/GNP به دلیل رفع مشکل بازده و پایداری پایین الکترود کاتد پیل های سوختی پلیمری به واسطه استفاده از الکتروکاتالیست تجاری Pt/C در ترکیب لایه کاتالیست مجموعه الکترود و غشای پیل های سوختی توسعه یافت. برای این منظور  نخست گرافن اکسید به عنوان ماده نگهدارنده به روش اصلاح شده هامر و آفنمن سنتز شد. سپس گرافن اکسید با پلی آلیل آمین به روش پلمیریزاسیون به روش اتصال عرضی عامل دار شد. پس از آن الکتروکاتالیست آلیاژ پلاتین-کبالت توسط روش نوین سنتز پلی ال به کمک امواج مایکروویو بر روی ماده نگهدارنده پخش شد. اندازه گیری های طیف رامان ساختار گرافیتی صفحه های گرافن احیا شده را تایید نمود. نتیجه های طیف فروسرخ حضور پلی آلیل آمین را در ترکیب ماده نگهدارنده نشان داد. پس از بررسی ساختار و ترکیب الکتروکاتالیست های Pt-Co/PAA/GNP، Pt/PAA/GNP وPt/C توسط تفرق اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی سرانجام کارایی الکترودها با روش های الکتروشیمیایی گوناگون از جمله منحنی های ولتامتری چرخه ای، ولتامتری روبش خطی در واکنش کاهش اکسیژن ارزیابی شدند. نتیجه های تفرق اشعه ایکس، اندازه میانگین ذره های آلیاژ پلاتین-کبالت پخش شده بر روی نگهدارنده را به تقریب 11 نانومتر نشان داد. تصویرهای میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که کاتالیست دو فلزی پلاتین-کبالت در اندازه نانو به طور موفقیت آمیزی روی نانوصفحه های گرافن اکسید عامل دار شده با پلی آلیل آمین پخش شده و این ذره ها در فیلم به صورت کروی هستند و به خوبی در سطح نگه دارنده توزیع شده اند. طبق اندازه گیری های الکتروشیمیایی مساحت سطح فعال الکتروشیمیایی 42/15 مترمربع بر میلی گرم پلاتین با بهره وری 62 درصد کاتالیست و جریان پیک فعالیت ویژه و جرمی به بزرگی 3345/26 و 7078/1 میلی آمپر بر میلی گرم پلاتین برای Pt-Co/PAA/GNP به دست آمد که قابل مقایسه با مقدارهای به دست آمده برای الکترود Pt/PAA/GNP و نمونه تجاری می باشد.
    کلیدواژگان: نانوصفحه های گرافن، پلی آلیل آمین، نانوذره های پلاتین-کبالت، امواج مایکروویو، واکنش احیای اکسیژن، پیل سوختی پلیمری
  • فاطمه جویباری، سید رضا حسینی زوارمحله*، شهرام قاسمی میر صفحات 81-96

    در کار پژوهشی حاضر، نانوهیبریدهای نانولوله های کربنی چند دیواره-نانوذره های فلزی (M-MWCNT; M = Cu, Mn) به روش کاهش شیمیایی تهیه شدند و نانوهیبریدهای به دست آمده برای اصلاح الکترود خمیر کربن (CPE) واجد 1-بوتیل 3- متیل ایمیدازولیوم هگزا فلیوروفسفات به عنوان مایع یونی (IL) مورد استفاده قرار گرفتند. بدین منظور، MWCNT عامل دار شده و پیش ماده های فلزی با استفاده از هیدرازین مونوهیدرات به طور شیمیایی کاهش یافتند. ریخت شناسی و اندازه ذره ها با استفاده از FE-SEM مورد بررسی قرار گرفتند. مطالعه های FE-SEM، تشکیل نانوذره های Cu و Mn را با اندازه های میانگین به ترتیب حدود 65 و nm 90 بر سطح MWCNT نشان داد. نقشه برداری عنصری از نانوهیبریدهای تهیه شده، پراکندگی به نسبت یکنواخت نانوذره های Cu و Mn را بر سطح MWCNT به نمایش گذاشت. با استفاده از XRD، ساختار بلوری نانوذره های مس و منگنز در نانوهیبریدها شناسایی شد. قابلیت CPEهای واجد IL و نانوهیبریدهای به دست آمده برای اکسایش الکتروکاتالیزی استامینوفن در محلول بافر فسفات M 1/0 (0/7(pH= مورد مطالعه قرار گرفت. نتیجه های به دست آمده نشان دهنده فعالیت الکتروکاتالیزی خوب الکترودهای اصلاح شده نسبت به اکسایش استامینوفن است. همچنین، M-MWCNT/IL/CPE علاوه بر داشتن مساحت سطح بالا، به دلیل اثر هم افزایی، فعالیت الکتروکاتالیزی بالاتری را در برای اکسایش استامینوفن نسبت به سایر الکترودهای به کار گرفته شده در این پژوهش نشان دادند. حدود تشخیص برای Cu-MWCNT/IL/CPE به روش های ولتامتری چرخه ای (CV) و ولتامتری پالس تفاضلی (DPV) به ترتیب 7/6 و µM 35/0 به دست آمدند. همچنین، برای Mn-MWCNT/IL/CPE حدود تشخیص به روش های CV و DPV به ترتیب 6/4 و µM 2/0 محاسبه شدند.

    کلیدواژگان: نانوهیبرید، نانولوله های کربنی چند دیواره، مایع یونی، نانوذره ها فلزی، استامینوفن
  • محمد حقیقی*، مریم شعبانی، داود کاه فروشان، امیر حقیقی صفحات 97-115
    در این مطالعه، نانوکاتالیست نوری مغناطیسی BixOyClz/rGO-NiFe2O4 با استفاده از روش هیبریدی فراصوت-حلال گرمایی سنتز شد. به منظور مقایسه، نمونه های BixOyClz/rGO و NiFe2O4 نیز سنتز شدند. ویژگی های این نانوکاتالیست های نوری با استفاده از آنالیزهای گوناگونی همانند XRD، FESEM، EDX، BET-BJH، DRS و VSM تعیین شد. نتیجه های به دست آمده، صحت سنتزها را تایید نمود. بر اساس آنالیز VSM، مغناطش اشباع نانوکاتالیست نوری BixOyClz/rGO-NiFe2O4 در حدود emu/g 8/3 به دست آمد. همچنین با توجه به نتیجه های BET-BJH، حجم کل روزنه ها و مساحت سطح ویژه برای این نمونه در حدود cm3/g 5/0 و m2/g 0/130 به دست آمد. در پایان، عملکرد کاتالیست نوری BixOyClz/rGO-NiFe2O4 در حذف افلوکساسین و سیپروفلوکساسین، به عنوان آلاینده های دارویی و رودامین B و اسیداورانژ 7، به عنوان آلاینده های رنگی، مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه ها گویای فعالیت بسیار بالای نانوکاتالیست نوری مزبور است. به طوری که پس از 180 دقیقه، راندمان حذف برای افلوکساسین، سیپروفلوکساسین، رودامین B و اسیداورانژ 7 به ترتیب در حدود 5/98، 100، 100 و %5/96 به دست آمد. این نتیجه ها را می توان به کاهش گاف انرژی و افزایش بازه جذب نور، بهبود جدایش و انتقال حامل های بار و کاهش سرعت بازترکیب شدن آن ها، افزایش جذب سطحی مولکول های آلاینده در نتیجه حضور rGO و پراکندگی مناسب BOC در نتیجه حضور امواج فراصوت و شکسته شدن کلوخه ها و افزایش دسترسی به سایت های فعال نسبت داد.
    کلیدواژگان: BixOyClz، rGO-NiFe2O4، نانوکاتالیست نوری مغناطیسی، فراصوت-حلال گرمایی، آلاینده های دارویی، آلاینده های رنگی، تصفیه محلول های آبی آلوده
  • حامد تقوایی*، محمد ارشدی، محمد رحیم پور، علی بختیاری، سعید سمیع پور صفحات 117-132
    در این پژوهش توسعه یک نانوجاذب نوین برای تصفیه پساب های رنگی، مورد توجه قرار گرفته است. نانوجاذب طراحی و ساخته شده شامل یک ساختار دندریمی با سایت های فعال آمینی اولیه متقارن و یک هسته مغناطیسی می باشد. با استفاده از فناوری های گوناگون شناسایی مانندNMR ، SEM، TEM، TGA، پتانسیل زتا و تجزیه و تحلیل عناصر CHN، قابلیت جذب این ماده برای حذف رنگ متیل-اورانژ بررسی شده است. نتیجه ها نشان می دهد که نانوجاذب پیشنهادی در فرایند جذب متیل-اورانژ، بازدهی در حدود 9/68 درصد با نرخ جذب 2/166 گرم در دقیقه ارایه می دهد. ثابت سرعت به دست آمده برای جذب متیل-اورانژ بر روی نانودندریمر بیش تر از جاذب ه ای مطرح شده پیشین است که نشان دهنده سرعت جذب بالاتر می باشد. نتیجه های این نانوجاذب نوین نشان دهنده پتانسیل بالای آن در کاربرد این جاذب برای حذف متیل-اورانژ است.
    کلیدواژگان: نانودندریمر، رنگ آلی، جذب سطحی، ذره های نانومغناطیسی، تعیین ویژگی های نانومواد
  • صدف جوادی پور افسری، مجید احمدلوی داراب*، علی قلی نیایی صفحات 133-143
    یکی از روش های از بین بردن آلودگی های مواد آلی فرار موجود بر روی سطح کاشی ها استفاده از نانوکاتالیست نوری تیتانیوم دی اکسید و پوشش آن بر روی سطح ها می باشد. این پوشش دهی ترجیحا در دمای بالاتر از هزار درجه سلسیوس انجام می پذیرد. تیتانیوم دی اکسید به علت تغییر فاز در دماهای بالاتر از هزار درجه سلسیوس نمی تواند خاصیت کاتالیست نوریی خود را حفظ کند. در این پژوهش تجربی، نانوساختار تیتانیوم دی اکسید بر پایه سیلیکا با یون های نیکل و نیتروژن دوپه شد که روشی خیلی ساده و اقتصادی می باشد. نانوساختار به دست آمده تا دمای C° 1250 کلسینه شد و از فناوری های SEM، XRD، FT-IR  و TGA برای آنالیز نانوساختار استفاده شد. نتیجه ها نشانگر پایداری گرمای نانوساختار در دمای C1250° می باشد. با استفاده از دوپانت و بر پایه سیلیکا، تغییر فاز آناتاز به روتایل تیتانیوم دی اکسید در دماهای بالا به تعویق می افتد. فاز آناتاز تیتانیوم دی اکسید دوپه شده دو جزیی (نیکل، نیتروژن) تا دمای C° 700 پایداری از خود نشان می دهد. برای پایدار بودن در دماهای بالاتر، از 2 فناوری گوناگون استفاده شده است. در دمای C° 700 مقدار فاز آناتاز تیتانیوم دی اکسید دوپه شده در عدم حضور سیلیکا، 83 % می باشد ولی در دمای C° 800 به فاز روتایل تبدیل شده است. اما با افزودن سیلیکا در دمای C° 1250 حدودا 86% فاز آناتاز مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: پایداری گرمای تیتانیوم دی اکسید، دماهای بالا، کلسیناسیون، پایه کاتالیستی سیلیکا، دوپه، نیکل، نیتروژن
  • ریحانه عضدی آبادشاپوری، حسین امانی، رضا حاج محمدی*، هادی سلطانی صفحات 145-153
    در این پژوهش، اثر نانوذره های تیتانیوم اکسید برعملکرد سورفکتانت های ساپونین و سدیم دودسیل سولفات در تمیز کردن مخزن ذخیره نفت خام سنگین بررسی شد. همچنین پس از فرایند پاکسازی، از سدیم دودسیل سولفات، ساپونین و نانوذره های تیتانیوم اکسید برای بازیابی نفت از لجن ته مانده مخازن ذخیره نفت خام در مقیاس آزمایشگاهی استفاده شد. نتیجه ها نشان داد، مقدار دلخواه HLBبرای فرایند استخراج در حدود 1/24 برای مخلوط، 40% سدیم دودسیل سولفات و 60% ساپونین بود. همچنین نتیجه ها نشان داد که استفاده هم زمان از سورفکتانت ها و نانوذره ها منجر به یک اثر هم افزایی می شود که به طور چشمگیری بازده فرایند استخراج را افزایش می دهد. بیش ترین مقدار باقی مانده نفت در لجن در شرایط دلخواه حدود 6/3٪ (مقدار1/24 HLB= برای مخلوط سورفکتانت ها و g/l 3 نانوذره های تیتانیوم اکسید) به دست آمد که این مقدار برای هر یک از سورفکتانت ها بدون حضور نانوذره های تیتانیوم اکسید، 5/92 و 7/93% برای ساپونین و سدیم دودسیل سولفات بود. نتیجه های مطالعه حاضر نشان داد که این روش پتانسیل کاربردهای صنعتی را دارد و می تواند در بازیافت نفت از لجن ته مانده نفتی مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: محلول تمیز کننده، سورفکتانت، لجن نفتی، نانوذره تیتانیوم اکسید، مخزن ذخیره سازی
  • سیدبهزاد شجاعی، روح الدین میری، امین بازیاری* صفحات 155-164
    آسفالتین موجود در نفت خام مشکل های زیادی برای تولید، فرآوری و انتقال آن ایجاد می کند که مهم ترین آن ها، گرفتگی دهانه چاه و خط لوله، غیرفعال کردن و مسمومیت کاتالیست ها می باشد. در این مطالعه جذب آسفالتین استخراج شده از یک نمونه نفت خام بر روی پنج نانوذره اکسید آهن سنتز شده به روش پچینی در حضور و عدم حضور پروپیلن اکسید و پلی اتیلن گلیکول، به عنوان عامل های مرسوم مورد استفاده در روش سل-ژل برای تشکیل ژل، بررسی شد. محلول هایی با ترکیب درصد متفاوت از آسفالتین و تولوین تهیه و مقدار مشخصی از نانوذره های آهن g/l 4 در درون محلول ها ریخته شد و برای مدت 15 ساعت بر روی شیکر با دور rpm 250 قرار گرفت. غلظت مجهول نمونه ها توسط آنالیز UV-visible مشخص شد. نتیجه ها نشان داد اکسید آهن سنتز شده بدون پروپیلن اکسید و پلی اتیلن گلیکول با میزان جذب 31/37 بهترین عملکرد را در جذب آسفالتین داشته و از منظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه تر است. نتیجه های جذب با استفاده از هم دما های لانگمویر و فرندلیچ توصیف شد و ویژگی های فیزیکی نانوذره ها توسط آنالیزهای XRD و BET تعیین شد.
    کلیدواژگان: نانوذره ها، اکسید آهن، رسوب آسفالتین، جذب سطحی، سل ژل، پچینی
  • زهرا تقی زاده فرح آبادی، مصطفی لشکربلوکی* صفحات 165-184
    امروزه از تزریق آب کربناته به عنوان یکی از روش ‏های پیشنهادی موثر در فرایند ازدیاد برداشت نفت از مخازن نفت خام نام برده می شود. در این روش، اثر 2CO، دما و فشار روی کشش بین سطحی دینامیک (DIFT) نفت خام/آب شور کربناته از اهمیت ویژه‏ای برخوردار می باشد. در این پژوهش ، با به کارگیری نمونه نفت خام اسیدی با عدد اسیدیته کلی g/mgKOH  5/1 و در حضور محلول سدیم کلرید کربناته و کلرید پتاسیم کربناته اثرهای هر یک از پارامترهای ذکر شده بر DIFT در بازه گسترده ای از دما (C°‏ 30-80) و فشار (psi‏ 500-4000) مورد بررسی قرار می‏ گیرد. علاوه بر آن زمان جذب سورفکتانت‏ های طبیعی در نفت خام یعنی آسفالتین و رزین بر روی فصل مشترک، مربوط به محلول آبی کربناته/ نفت خام با استفاده از یک مدل تجربی نزولی نمایی (Mono-Exponential Decay) محاسبه و نتیجه های به دست آمده شامل کشش بین سطحی و زمان جذب با نتیجه های به دست آمده در غیاب دی اکسید‏کربن یعنی محلول‏ های سدیم کلرید و کلرید پتاسیم و نفت خام مقایسه شده است. طبق نتیجه های به دست آمده، با افزایش فشار، با وجود کاهش اندک کشش بین سطحی تعادلی نفت خام/آب نمک کربناته، در روند DIFT تغییرهای چندانی مشاهده نشده است. در محلول‏ های کربناته با افزایش دما به دلیل افزایش جنبش مولکولی (افزایش آنتروپی)، کشش بین سطحی تعادلی (EIFT) کاهش داشته است. اما در حالت کلی، مشاهده شد که حضور 2CO در فاز آبی باعث افزایش EIFT  در مقایسه با آب نمک خالص شده است؛ که می‏ توان آن را به ساختار اسیدی نفت خام وکاهش pH  فاز آبی و همچنین کاهش یونیده سورفکتانت های طبیعی نسبت داد.
    کلیدواژگان: کشش بین سطحی دینامیک، 2CO، محلول سدیم کلرید کربناته، محلول کلرید پتاسیم کربناته، نفت خام اسیدی
  • صادق صحرایی*، عزت رفیعی، غلامرضا مرادی صفحات 185-194

    در این پژوهش گوگردزدایی از نمونه های بنزین و گازوییل به روش اکسایش با استفاده از هیدروژن پراکسید به عنوان اکسنده و کاتالیست های مولیبدن و تنگستن از نوع پلی اکسومتال مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر متغییرهای گوناگون عملیاتی از جمله 4 نوع کاتالیست، 4 سطح نسبت مولی هیدروژن پراکسید به گوگرد،4 سطح دمای واکنش بر روی 4 سوخت حقیقی با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتیجه ها نشان داد که کاتالیست های تنگستن و مولیبدن از نوع پلی اکسومتال بر روی پایه های مونت موریلونیت از جمله KSF و K10، عملکرد و پایداری مناسبی برای اکسایش سوخت های حقیقی دارد. پیش بینی حذف ترکیب های گوگردی در روش تاگوچی در شرایط بهینه (کاتالیست PW/K10، شرایط دمایی °C 75، نسبت مولی اکسنده به ترکیب گوگردی 14) برای مدل بنزین پس از فرایند HDS برابر با 04/69% است. در این شرایط بهینه آزمایش ها برای مدل بنزین 3 بار تکرار شد و مقدار میانگین حذف ترکیب های گوگردی برابر با 33/70% گزارش شد. نتیجه های تحلیل ANOVA، مقدار مجموع مربع های 2 Rبرای مدل برابر 987/0 تعیین شد.

    کلیدواژگان: گوگرد زدایی، اکسایش، پلی اکسومتال، هیدروژن پراکسید، تاگوچی
  • امید امن زاده، جواد احمدپور*، سید رضا شعبانیان، مریم نیکزاد صفحات 195-213

    ظرفیت جذب و گزینش پذیری جاذب دو چالش اساسی هستند که گوگردزدایی جذبی با آن رو به رو است. یکی از راه های غلبه بر این چالش استفاده از زیولیت های مزوروزنه است. در این پژوهش، اثرهای مزوروزنه شدن بر عملکرد گوگردزدایی جذبی با جاذب های زیولیت HZSM-5 مزوروزنه که به روش عملیات سیلیس زدایی در محیط قلیایی با استفاده از محلول NaOH در غلظت های 2/0 و M 5/0 و همچنین مخلوطی از محلول بازی NaOH/TPAOH (غلظت M 5/0) با نسبت های مولی 6/0، 4/0، 2/0، 0 = R=TPAOH/ (NaOH+TPAOH)، در دمای oC 75 به مدت h 5/2 آماده سازی شده اند، مورد بررسی قرار گرفت و نتیجه ها با زیولیت میکروروزنه مادر مقایسه شد. مشخصه های جاذب های آماده سازی شده با آنالیزهای XRD، BET، FE-SEM و FT-IR تعیین شدند. نتیجه ها نشان داد نسبت های گوناگون محلول NaOH/TPAOH در عملیات سیلیس زدایی نقش مهمی در جذب ترکیب های گوگردی بازی می کنند. در مقایسه با زیولیت میکروروزنه مادر، جاذب HZSM-5 مزوروزنه شده با غلظت M 5/0 و نسبت مولی 4/0= (NaOH+TPAOH) /TPAOH، تشکیل مزوروزنه های درون بلوری باریک و یک دست بدون تخریب شدید در ساختار بلور را تضمین می کند، که منجر به ارایه بهترین عملکرد گوگردزدایی جذبی، شامل بالاترین میزان ظرفیت جذب تیوفن و دی بنزوتیوفن به ترتیب با مقدارهای 6/16 و mg/g 7/6 شد. در همین راستا، تاثیر دما بر روی این جاذب در جذب ترکیب گوگردی تیوفن مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه ها نشان داد با افزایش دما میزان جذب ترکیب گوگردی تیوفن افزایش می یابد و در دمای  65 به بیش ترین میزان mg/g 4/18 می رسد. مطالعه های ترمودینامیکی نشان داد فرایند جذب گرماگیر است. مدل های سینیتیک جذب ترکیب های گوگردی از معادله شبه مرتبه اول پیروی کرد (99/0= R2).

    کلیدواژگان: زئولیت HZSM-5، سیلیس زدایی، گوگردزدایی جذبی، ترکیب های گوگردی، مدل های سینیتیکی
  • محمد رضازاده، گلشن مظلوم*، فرهاد بنی شریف صفحات 215-233

    هدف از این پژوهش ، بررسی کارایی کاتالیست شکل دهی شده وانادیم بر پایه زیولیت Y در گوگرد زدایی تلفیقی اکسایشی-جذبی سوخت مدل دارای ppm 1000 از دی بنزوتیوفن (DBT) در یک فرایند پیوسته بستر ثابت است. فرایند شکل دهی با روش اکستروژن و به کمک 50 درصد وزنی پیوند دهنده بوهمیت صورت گرفت. وانادیم به دو صورت: پیش (کاتالیست VZB (50)) و پس از شکل دهی (کاتالیست V/ZB (50)) بر روی پایه تلقیح شد.کاتالیست های سنتز شده با استفاده از آنالیزهای گوناگون مورد ارزیابی قرار گرفت. نتیجه های به دست آمده نشان داد که سطح ویژه و حجم تخلخل های زیولیت پس از شکل دهی کاهش یافت. ولی استفاده از بوهمیت به عنوان پیوند دهنده باعث افزایش چشم گیر حجم تخلخل های مزو شد. فعالیت اولیه کاتالیست VZB (50) در حذف DBT از سوخت مدل به دلیل سطح ویژه، حجم مزوروزنه و خاصیت اسیدی بالاتر، بیش تر از کاتالیست V/ZB (50) بود. اما به دلیل پراکندگی یکنواخت تر وانادیم در نمونه V/ZB (50)، فعالیت آن در طول 5 ساعت واکنش به تقریب پایدار بود. در حالی که فعالیت کاتالیست VZB (50) به دلیل لیچینگ فاز فعال وانادیم افت پیدا کرد. مقایسه کارایی کاتالیست ها با شکل های هندسی گوناگون نیز نشان داد که استفاده از اکسترودهایی با سطح مقطع غیردایره ای به دلیل فراهم کردن سطح بیش تر در واحد حجم یکسان پیشنهاد مناسبی است. در آزمایش های صورت گرفته میزان حذف %82 از DBT در شرایط ملایم مورد استفاده در فرایند تلفیقی اکسایشی-جذبی به دست آمد.

    کلیدواژگان: جریان پیوسته، بستر ثابت، کاتالیست شکل دهی شده، گوگرد زدایی اکسایشی، گوگرد زدایی جذبی، زئولیت Y
  • بهزاد حقیقی*، محسن نجفی صفحات 235-245
    جداسازی بر اساس جذب مولکول های هیدروژن و دوتریم در مخلوط دوتایی آ ن ها، توسط پانزده زیولیت گوناگون در دمای K77 و فشار محیط با استفاده از روش شبیه سازی کلاسیکی مونت-کارلو بندادی بزرگ شبیه سازی شد. برای شبیه سازی گازهای هیدروژن و دوتریم از مدل سه جایگاهی آن ها استفاده شد تا اثر دمای K77 در نظر گرفته شود. فاکتور جداسازی بر اساس مقدار جذب سطحی گازها هیدروژن و دوتریم، احتمال توزیع انرژی در روزنه ها زیولیت ها و انرژی های بین مولکولی، الکترواستاتیکی، واندروالسی و میانگین انرژی کل سامانه ها محاسبه شدند. از نتیجه های این پژوهش ، می توان نتیجه گرفت که برخی از زیولیت ها مانند زیولیت های VSV، ZON، ACO و EUO توانایی بهتری در جداسازی مولکول های هیدروژن و دوتریم با مقدارهای ضریب جداسازی بین 28/1 تا 46/1 دارند. همچنین دما به عنوان عامل ترمودینامیکی و نیز شیمی روزنه های نانومتری زیولیت ها و تنوع شکل روزنه ها در یک نوع زیولیت می تواند بر جذب سطحی گازها و در نتیجه در جداسازی آن ها موثر واقع شود.
    کلیدواژگان: هیدروژن، دوتریم، جداسازی، هنگرد بندادی بزرگ، زئولیت
  • مهسان مکاری نژاد، سید سعید حسینی*، سید علی قدیمی، عرفان اسدی صفحات 247-260
    آب زدایی از ترکیب های آلی به منظور دستیابی به فراورده باارزش و دارای خلوص بالا، یکی از مهم ترین بخش های صنایع شیمیایی محسوب می شود. در این پژوهش غشاهای ماتریس آمیخته متشکل از پلی وینیل الکل و فاز معدنی ZIF-8  اصلاح شده با سورفکتانت کاتیونی CTAB با هدف بهبود عملکرد آب زدایی از ایزوپروپانول در فرایند تراوش تبخیری مورد ارزیابی قرار گرفت. نانوذره ها و غشاها با استفاده از روش های طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه، جذب-واجذب گاز، وزن سنجی گرمایی، پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی مشخصه یابی شدند. تصویرهای میکروسکوپی نشان داد که حضور CTAB ریخت شناسی نانوذره های ZIF-8 را از RD به TRD تغییر داد. اثر بارگذاری ذره های ZIF-8 اصلاح نشده از 1 تا 10 درصد وزنی در غشاها بر عملکرد جداسازی خوراک ایزوپروپانول دارای wt% 10 آب در دمای C30 بررسی شد. سپس بر اساس ترکیب درصد بهینه یافت شده، عملکرد جداسازی غشای ماتریس آمیخته دارای wt% 5 نانوذره های اصلاح شده با سورفکتانت ارزیابی شدکه با ارایه شار تراوش یافته kg/m2h 942/0 و ضریب جداسازی 174، نشان از موفقیت در دستیابی به عملکرد بهتر در مقایسه با غشاهای پلیمری خالص و ماتریس آمیخته بدون اصلاح داشت.
    کلیدواژگان: ایزوپروپانول، تراوش تبخیری، پلی(وینیل الکل)، غشاهای ماتریس آمیخته، چارچوب ایمیدازولات زئولیتی، ستیل تری متیل آمونیوم بروماید
  • مهناز یاسمی*، زهرا معافی صفحات 261-277

    هدف از این پژوهش ، مدل سازی راندمان حذف سفیکسیم به روش فنتون و با استفاده از شبکه عصبی است. شبکهعصبی مصنوعی توانایی بالایی در پیشبینی نتیجه های تجربی دارد. در این مدل سازی مقدار هیدروژن پراکسید، کاتالیست  آهن، مدت زمان حذف سفیکسیم، غلظت اولیه سفیکسیم وpH  پارامترهای ورودیهای سیستم و درصد حذف سفیکسیم به عنوان خروجی در نظر گرفته شده است. شاخصهای عملکرد شامل: مجموع مربع های خطا (SSE)، جذر متوسط مربع های خطا (RMSE)، ضریب تعیین تعدیل شده و ضریب تعیین   در تعیین تعداد نرون های بهینه میانی به کار رفته است. با توجه به نتیجه های به دست آمده، مدل شبکه عصبی توانست بازده جذب را با تابع انتقال تانژانت سیگموییدی در لایه پنهان و تابع انتقال محرک خطی در لایه خروجی پیش بینی کند.  همچنین نتیجه های مدل سازی شبکه عصبی با  الگوریتم لونبرگ-مارکوآرت نشان داد که شبکه با چیدمان  1-13-5 (5 نرون در لایه ورودی،13 نرون در لایه پنهان و 1 نرون در لایه خروجی) بهترین نتیجه را در پیش بینی خروجی و حداقل خطا دارا می باشد. ضریب همبستگی مدل مربوط به قسمتهای آموزش، اعتبارسنجی و تست به ترتیب 99436/0، 99993/0 و 96901/0 به دست آمد که این نتیجه ها حاکی از دقت زیاد روش شبکه عصبی مصنوعی در پیشبینی داده های آزمایشگاهی حذف سفیکسیم از محلول آبی است. برای پیش بینی روند تغییرها از ابزار شبکه عصبی در نرم افزار MATLAB استفاده شده است.

    کلیدواژگان: فنتون، جذب سطحی، نانولوله کربنی، شبکه عصبی، بهینه سازی
  • مرضیه محمدلو، مرتضی قلی زاده* صفحات 279-293
    از آن جایی که ذخایر نفتی در حال اتمام بوده و یا دارای مقدارهای محدودی می باشند، بنابراین منابع نوین انرژی از جمله زیست توده، بایستی مورد بررسی قرار گیرند. سلولز یکی از اجزای اصلی زیست توده است، بنابراین لازم است که پیرولیز آن به صورت جداگانه مورد بررسی قرار بگیرد، تا میزان تاثیر آن، در شرایط گوناگون بر فراورده ها مشخص شود. شرایط عملیاتی مانند دما، سرعت گرمایش، فشار، زمان ماند، کاتالیست و... بر فراورده های به دست آمده از پیرولیز سلولز تاثیر شایان توجهی دارند. در اینجا تاثیر کاتالیست زیولیت A4 به عنوان یکی از کاتالیست های رایج در پیرولیز سلولز مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، در یک  راکتور با اندازه های آزمایشگاهی، 15 گرم از سلولز بارگذاری شد و پیرولیز نمونه ها در دمای 500 درجه سلسیوس و فشار اتمسفریک انجام پذیرفت. نتیجه ها نشان داد که کاتالیست زیولیت A4، باعث افزایش میزان چار از %83/9 به %25/12 و کاهش میزان گاز از %05/37 به %83/33 شد. این در حالی است که میزان تار تغییر چندانی نداشت (53% ~). کاهش فراورده های گازی و همچنین افزایش چار، نشان دهنده پلیمریزاسیون مولکول های فرار تولیدی در فرایند پیرولیز کاتالیستی بود. نتیجه های به دست آمده از آنالیز گاز تولیدی در پیرولیز نشان داد که، گاز به دست آمده شامل CO و CO2 بود که از ترکیب های اکسیژن دار موجود در سلولز تولید شدند. بر اساس نتیجه ها، فراورده تار به دست آمده از پیرولیز سلولز، شامل دو گروه آروماتیکی و آلیفاتیکی بود که در صورت عدم استفاده از کاتالیست زیولیت A4، میزان آلکان ها کاهش یافت. بر اساس نتیجه های آنالیز نمونه های چار، اکسیژن زدایی و پلیمریزاسیون در حضور کاتالیست بیش تر رخ داد. بر اساس نتیجه های آنالیز کاتالیست نیز مقداری کک بر روی کاتالیست تشکیل شد.
    کلیدواژگان: پیرولیز، زیست توده، سلولز، زئولیت، فراورده
  • میلاد حسینی، مرتضی قلی زاده* صفحات 295-313
    در این پژوهش ، تاثیر کاتالیست زیولیت بر فرایند مخلوط چوب صنوبر و تایر زاید خرد شده بررسی شد. بدین منظور، در یک  راکتور با اندازه های آزمایشگاهی، 15 گرم از نمونه بارگذاری شد و پیرولیز نمونه ها در دمای  500 و در فشار اتمسفریک انجام پذیرفت. نتیجه ها نشان داد که کاتالیست زیولیت می‏ تواند مشخصه های فراورده های تولیدی را تغییر دهد. در مورد فراورده های گازی، کاتالیست باعث کاهش میزان مونوکسید کربن و دی اکسید کربن شد. نتیجه های آنالیز فراورده مایع نشان داد که آروماتیک های سبک مانند اتیل بنزن و ترکیب های خطی سبک مانند آلکان ‏ها شامل اکتان، هگزا‏‏ن و... در مایع موجود بود. با افزودن کاتالیست زیولیت به محیط واکنش، مقدارهای ترکیب های ذکر شده به طور قابل ملاحظه ای تغییر کرد. به عنوان نمونه مقدار آلکان ها کاهش پیدا کرد. نتیجه های آنالیزها نشان دهنده این بود که به تقریب کاتالیست تاثیری بر روی تشکیل موم نداشت. آنالیز چوب صنوبر، تایر زاید و نمونه های چار تولید شده در پیرولیز گرمایی و کاتالیستی نشان داد که دو نمونه چار ویژگی هایی همانندی دارند، اما تفاوت شدت در مشخصه های باندهای گوناگون، نشان از متفاوت بودن تعداد گروه های عامل شیمیایی در نمونه های چار را دارد. آنالیز کاتالیست ها نشان داد که به دلیل افزایش کم مقدار کربن، می توان نتیجه گیری کرد که میزان خیلی کمی کک بر روی کاتالیست نشسته است.
    کلیدواژگان: پیرولیز، تایر زائد، چوب صنوبر، زئولیت، کک
  • فرزین اوشال، سید محسن پیغمبرزاده، شیما عزیزی*، ضحی عزیزی صفحات 315-328
    جداسازی اتان از اتیلن به عنوان یک فراورده مهم صنعتی برای دستیابی به اتیلن خالص، در صنعت از اهمیت بالایی برخوردار است.  در این مطالعه، محاسبه و بررسی آزمایشگاهی ضریب نفوذ مولکولی گاز اتان در حلال نرمال متیل پیرولیدون با استفاده از داده های افت فشار در مدت زمان مشخص 12 ساعت و روش گرافیکی شیخا انجام شده است. با استفاده از ضریب های نفوذ مولکولی به دست آمده به بررسی تاثیر دما و فشار بر سامانه پرداخته شد. همچنین برای تایید یافته ها از معادله های وایلک- چانگ ، دیاز و روش تحلیل آماری استفاده شده است. با توجه به مشاهده ها و نمودارهای به دست آمده می توان نتیجه گرفت که با افزایش دما و فشار، ضریب نفوذ مولکولی گاز اتان در حلال  افزایش می یابد. همچنین مشاهده شد که ضریب نفوذ مولکولی گاز اتان در فشارهای پایین با افزایش دما تغییر زیادی نداشته ولی با افزایش فشار، افزایش دما به خوبی اثر خود را بر ضریب نفوذ مولکولی نشان می دهد. ضریب های نفوذ مولکولی محاسبه شده توسط معادله وایلک-چانگ همپوشانی قابل قبولی با معادله شیخا نداشته است در حالی که، در معادله تجربی دیاز ضریب های نفوذ مولکولی مطابقت بسیار خوبی با معادله شیخا نشان می دهند. نتیجه های به دست آمده از تحلیل آماری نشان داد که اگر چه با افزایش دما و فشار ضریب نفوذ مولکولی گاز اتان در حلال افزایش می یابد ولی تاثیر افزایش فشار بر نفوذ گاز در حلال از تاثیر دما بیش تر است. همچنین تاثیر اثر متقابل دما و فشار بر ضریب نفوذ مولکولی گاز اتان اگر چه کم است ولی وجود داشته و بر نفوذ گاز در حلال تاثیر می گذارد.
    کلیدواژگان: ضریب نفوذ مولکولی، افت فشار، تحلیل آماری، اتان
  • حمید اسدی ساغندی، جواد کریمی ثابت*، سهراب علی قربانیان، سید محمدعلی موسویان صفحات 329-348

    در این پژوهش الگوهای جریان در شش سامانه جریان مایع-مایع شامل کلروفرم/بوتیل استات/اتیل استات/کروسن/بوتانول/اکتانول-آب در یک سامانه افزایش مقیاس یافته میکروفلوییدیک مورد مطالعه قرار گرفت. سه الگوی جریان اصلی شامل اسلاگ، قطره ای و موازی در میکروکانال های موازی مشاهده شد. الگوی جریان یکنواخت با درصد غیر یکنواختی کم تر از 10 درصد در میکروکانال های موازی نشان دهنده کیفیت بالای میکروکانال ها و افزایش مقیاس موفق در سامانه یاد شده دارد. با تحلیل الگوهای جریان گوناگون، الگوی جریان موازی با جداسازی کامل فازی به عنوان الگوی جریان ایده آل برای انجام آزمایش های جداسازی انتخاب شد. با استفاده از سامانه آب-کلروفرم و اترتاجی  بالاترین درصد استخراج در میان حلال های آلی و اترهای تاجی گوناگون به دست آمد. اثر غلظت کلسیم، غلظت اترتاجی و pH با استفاده از سامانه یاد شده بر روی جداسازی کلسیم بررسی و شرایط بهینه جداسازی با استفاده از روش سطح پاسخ محاسبه شد. محاسبه بازده استخراج در شرایط بهینه با استفاده از زنجیره سه تایی میکروفلوییدیک نشان می دهد درصد جداسازی در مدت زمان حدود 5/3 ثانیه به بیش از 60 درصد از غلظت تعادلی می رسد. اضافه کردن مایع یونی  به حلال های آلی نشان می دهد که بهبودی شگرفی در میزان استخراج کلسیم در مورد ترکیب بوتیل استات و  ایجاد می شود. بنابراین جداسازی کلسیم به کمک ترکیب یاد شده با استفاده از زنجیره سه تایی میکروفلوییدیک انجام شد. محاسبه زمان اقامت در زنجیره سه تایی میکروفلوییدیک در این حالت نشان می دهد که در مدت زمان اقامت حدود 6/1 ثانیه می توان به بیش از 95 درصد از غلظت تعادلی رسید.

    کلیدواژگان: میکروکانال، میکروفلوئیدیک، افزایش مقیاس، استخراج با حلال، اتر تاجی، مایع یونی، زنجیره میکروفلوئیدیک
  • زهره رییسی*، احمد محب، مرتضی صادقی، محدثه نجفی صفحات 349-363
    در این مطالعه غشاهای شبکه مرکب حمایت شده با پلی اترسولفون و پلی اتر سولفون سولفونه شده برای جداسازی آب از مخلوط آبی ایزوپروپانول تهیه شده اند. غشاهای ساخته شده شامل یک زیرلایه متخلخل از جنس پلی اتر سولفون و یک لایه نازک کامپوزیتی از پلی وینیل الکل و نانولوله های تیتانیومی می باشند. در واقع، به منظور ساخت لایه بالایی انتخاب گر این غشاها، نانولوله های تیتانیومی سنتز شده به روش هیدروترمال در پلی وینیل الکل توزیع شده اند. همچنین برای بررسی تاثیر زیرلایه بر عملکرد جداسازی غشاها و مقاومت های انتقال جرم، سولفوناسیون پلی اترسولفون انجام گرفته است. سپس عملکرد جداسازی غشاهای تهیه شده در تراوش تبخیری خوراک آبی شامل 90 درصد وزنی ایزوپروپانول در دمای °C 50  ارزیابی شده است. نتیجه ها دلالت داشته اند که ضخامت زیرلایه و ویژگی های شیمیایی آن تاثیر به سزایی بر نتیجه های جداسازی داشته است. در واقع کاهش اختلاف آب دوستی بین زیرلایه و لایه بالایی غشاها، موجب تشکیل لایه مرزی مشترک بدون نقص و ایده آل بین دو قسمت تشکیل دهنده غشاها شده است. همچنین وجود گروه های سولفونه در لایه مرزی مشترک، تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین گروه های هیدروکسیل لایه بالایی و گروه های سولفونه لایه حمایت کننده و  بهبود سازگاری بین لایه های غشاها باعث چسبندگی بیش تر این لایه ها شده است. در نتیجه،  انتقال جرم گزینشی آب در عرض غشاهای پلی وینی الکل شده است. همچنین نتیجه های به دست آمده نشان داده است که زیرلایه حمایت کننده علاوه بر تامین استحکام فیزیکی غشاها، به عنوان یک مقاومت انتقال جرم نیز بر جداسازی آب و الکل اعمال نموده است. نتیجه های مشاهده شده نشان داده است که غشاها شامل 4 درصد وزنی نانولوله که توسط زیرلایه پلی اترسولفون سولفونه شده تهیه شده اند مشخصه جداسازی 4828 و شار kg/m2h  29/0 را در جداسازی آب از مخلوط 90 درصد وزنی ایزوپروپانول نشان داده اند.
    کلیدواژگان: تراوش تبخیری، غشاهای شبکه مرکب، لایه حمایت کننده، پلی اترسولفون، سولفوناسیون، نانولوله های تیتانیوم
  • آرمین اوکاتی، محمدرضا خانی*، بابک شکری صفحات 365-372

    فناوری پلاسما یکی از نوی نترین روش های استفاده شده برای تولید انرژی و امحاء پسماند است. اضافه شدن فناوری پلاسما به گازی سازی روش نوینی برای مدیریت پسماندها به وجود آورده است. اما فرایند گازی سازی پلاسمایی یکی از فرایندهای ترموشیمیایی پیچیده ای است که واکنش های زیادی به طور هم زمان در آن اتفاق می افتند به همین سبب مطالعه نظریه این فرایند بسیار دشوار است اما داشتن نتیجه های تقریبی و شبیه سازی شده پیش از راه اندازی و اجرای سامانه مناسب این فرایند برای پسماند زیست توده بسیار ضروری است؛ تا از هزینه های اجرا و زمان بکاهد. برای مطالعه این فرایند پیچیده مدلی بر اساس کمینه سازی انرژی آزاد گیبس در محیط نرم افزار اسپن پلاس توسعه داده شده است. مدل ایجاد شده با نتیجه های گزارش شده در منابع علمی مورد ارزیابی قرار گرفت که اعتبار لازم را برای بررسی پارامترهای اجرایی مهم مانند دما، نسبت هم ارزی و نسبت بخار بر اجزای سین گاز کسب کرد. بیش ترین مقدار تولید هیدروژن برای بخار به عنوان عامل گازی ساز و در دمای 900 درجه سلسیوس به دست آمد و همچنین نسبت هم ارزی بیش ترین اثر را در مقدار ارزش گرمای گاز از خود نشان داد.

    کلیدواژگان: پلاسما، گازی سازی، امحاء پسماند، اسپن پلاس، شبیه سازی
  • بهنام نیلفروشان دردشتی، محمدمحسن شاه مردان*، محسن نظری صفحات 373-386

    هدف از مطالعه حاضر بررسی تجربی انتقال گرما در فروسیال Fe3O4/آب در یک کانال با سطح مقطع مربعی با اندازه های 8/0 متر× 01/0 متر ×01/0 متر  تحت تاثیر انرژی گرمایی کل یکنواخت در جریان آرام در حضور میدان مغناطیسی بیرونی محلی می باشد. بررسی عدد ناسلت محلی فروسیال با کسرهای گوناگون حجمی (5/0% و 1%) و در حضور میدان مغناطیسی و تحت تاثیر شارهای گوناگون گرمایی متفاوت (30، 7/86، 95/229، 65/433، 51/573 وات) انجام می شود. گرما به طور کاملا یکنواخت و بر همه سطوح کانال اعمال می شود. انرژی گرمایی کل، میدان مغناطیسی محلی و درصد حجمی فروذره ها بر عدد ناسلت به طور هم زمان و جداگانه بررسی می شود. در اعمال میدان مغناطیسی محلی بیرونی بر جریان فروسیال تا 33/1 برابر افزایش در عدد ناسلت و در استفاده از فروسیال تحت تاثیر میدان مغناطیسی محلی بیرونی نسبت به آب خالص تا 36/1 برابر افزایش مشاهده می شود. این مقدارهای بیشینه در فروسیال با درصد حجمی 1% و در کم ترین انرژی گرمایی کل اعمالی یعنی 30 وات اتفاق می افتد. این نتیجه ها نشان می دهد که استفاده از فرو ذره های Fe3O4 و میدان مغناطیسی اعمالی بیرونی به طور هم زمان تاثیر هم افزایی بر افزایش عدد ناسلت دارند.

    کلیدواژگان: میدان مغناطیسی، جریان آرام، انتقال گرما، عدد ناسلت، فروسیال
  • سینا مقصودی، محمد رحیمی، اصغر مولایی دهکردی* صفحات 387-404
    در عصر حاضر، ضرورت ذخیره سازی انرژی با توجه به کاربردهای گسترده آن، امری مهم و حیاتی محسوب می شود. باتری های جریانی اکسایشی کاهشی وانادیومی باقابلیت ذخیره سازی انرژی در اندازه های کلان، یکی از مهم ترین فناوری های الکتروشیمیایی به روز در جهان به شمار می آیند. طراحی خاص این باتری ها امکان افزایش ظرفیت ذخیره سازی تا مقدارهای بسیار بالا را فراهم نموده است. ازاین رو از این فناوری به عنوان تامین کننده برق شهرها در آینده ای نه چندان دور یاد می شود. در این پژوهش، ساخت، توسعه و شبیه سازی باتری جریانی وانادیومی به منظور طی کردن گامی مهم در برای دست یابی به دانش فنی این فناوری امیدبخش ذخیره سازی، موردنظر بوده است. در این خصوص نخست ساختار سل طراحی شده، معرفی شده است و روش انتخاب مواد و آماده سازی اولیه باتری برای راه اندازی شرح داده شده است. از سوی دیگر مدل ریاضی حاکم بر این سامانه ارایه شده است. پس ازآن و در گام پسین، بررسی تجربی و عددی عملکرد سامانه با اعتبارسنجی شبیه سازی انجام شده، دنبال شده است. بررسی و تحلیل عملکرد سیکلی، راندمان سامانه، اثر دانسیته جریان، اثر غلظت الکترولیت، روش توزیع فشار و توزیع سرعت الکترولیت ازجمله دیگر موارد موردتوجه در این پژوهش بوده است. مدل ریاضی ارایه شده و شبیه سازی انجام شده در این پژوهش با مقدار متوسط خطای 92/4% بر داده های تجربی چرخه های شارژ و تخلیه در دانسیته های جریان mA/cm2 40 و mA/cm2 60 منطبق شده است. نتیجه های به دست آمده از عملکرد سیکلی باتری نشان داد که متوسط راندمان کولنی سامانه در دانسیته های جریان mA/cm2 40، mA/cm2 50 و mA/cm2 60 به ترتیب برابر 25/90%، 45/92%، و 35/94% بوده است. در غلظت mol/L 1 و شدت جریان mL/min 40، ظرفیت ذخیره سازی mA.h  133 با افت فشار Pa 2400 به دست آمده که نشان دهنده عملکرد مناسب هیدرودینامیکی و سینتیکی سامانه طراحی شده است.
    کلیدواژگان: ذخیره سازی انرژی، باتری جریانی وانادیومی، سل الکتروشیمیایی، مدل سازی و شبیه سازی
  • حانیه پورعلی، پیمان تقوی ایشکوه، رضا خوش بین*، عرفان آقایی صفحات 405-417
    در این مقاله، آنالیز تعادل ترمودینامیکی فرایند ریفورمینگ خشک متان، به منظور افزایش میزان انتخاب‎پذیری هیدروژن، حذف کربن و تنظیم نسبت H2/CO، توسط نرم افزار اسپن پلاس انجام شد. محاسبه های تعادلی با به کارگیری روش حداقل سازی انرژی آزاد گیبس صورت گرفت. تاثیر نسبت مولی CO2/CH4 (0-6)، فشار (bar20- 5/0) و دمای واکنش (K300-1100) بر روی میزان تبدیل تعادلی، انتخاب پذیری فراورده ها و تشکیل کربن ارزیابی شد. نتیجه های به دست آمده نشان داد که افزایش دما و کاهش نسبت مولی CO2/CH4  تاثیر مثبتی برروی میزان انتخاب پذیری هیدروژن دارد، به طوری که  در نسبت مولی کم تر از یک CO2 /CH4  و بازه دمایی بالای K 1000، میزان انتخاب پذیری هیدروژن به مرز 100 درصد می رسد. در مقابل، با افزایش فشار در دمای ثابت، از میزان انتخاب پذیری هیدروژن کاسته می شود و این امر بیانگر تاثیر منفی فشار بر میزان انتخاب پذیری هیدروژن است. کربن اصلی ترین فراورده جانبی ناخواسته فرایند ریفورمینگ خشک متان است که به منظور بهینه سازی شرایط عملیاتی، حذف آن ضروری است. در نسبت 6-1 = CO2/CH4، با افزایش دما و به ویژه در بازه دمایی K300-1000، میزان تشکیل کربن با سیر نزولی رو به کاهش است، اما با  افزایش فشار، میزان تولید کربن روند صعودی دارد. علاوه بر این، تنظیم نسبت H2/CO  گاز سنتز  به منظور استفاده در فرایندهای گوناگون مورد بررسی قرار گرفت که می توان با تغییر نسبت CO2/CH4   و تغییرهای فشار و دما به مقدار دلخواه رسید. نتیجه ها حاکی از آن است که بازه دمایی K1000 - 1100، نسبت مولی 5/1-1 = CO2/CH4  و بازه فشار bar 1 - 5/0، شرایط عملیاتی بهینه برای تولید هیدروژن به روش فرایند ریفورمینگ خشک متان است.
    کلیدواژگان: متان، ریفورمینگ خشک، هیدروژن، ترمودینامیک، انرژی آزاد گیبس
  • رضا شاکرمی، علی اکبر جمالی* صفحات 419-438
    درک کافی از سوزش پایدار و کنترل عملکرد در موتورهای پیشرانه مایع، مستلزم شناخت کافی از شرایط محفظه احتراق، سلسله واکنش های شیمیایی (سینتیک احتراق پیشرانه) و متغیرهای ترموفیزیکی متکی بر آن است. بدین منظور پس از بررسی معادله های حاکم و شبیه سازی محفظه احتراق بر پایه دینامیک سیالات، محاسبه هایی در نسبت های هم ارزی گوناگون، چگونگی توزیع دما، سرعت واکنش شیمیایی و کسر جرمی گونه های شیمایی، به عنوان شالوده کار و نمایان گر چالش های طراحی محفظه احتراق و سامانه های مرتبط با آن مطرح می شود. نتیجه های شبیه سازی به خوبی بسیاری از ویژگی های پیشرانه مایع هیدروژن- اکسیژن و متان- اکسیژن را پیش بینی و توجیه می نماید. برای پیشرانه متان- اکسیژن به دلیل تولید کربن مونوکسید در نسبت های بالای سوخت به اکسیدکننده و بالا بودن آنتالپی تشکیل آن، افت تکانه ویژه، دما و سرعت واکنش شیمیایی پیشرانه در محفظه احتراق مشاهده می شود. دما در محفظه احتراق و ناحیه های نزدیک پاشنده ها برای این پیشرانه در نسبت هم ارزی یک، بسیار بیش تر از پیشرانه هیدروژن- اکسیژن است که دمای زیادتر منجر به آسیب جدی به دیواره محفظه احتراق، سامانه انتقال پیشرانه و پاشنده ها می شود. همچنین با بهبود طراحی نازل می توان انرژی گرمایی گازهای محفظه احتراق را به انرژی جنبشی و سرعت تبدیل نمود و تکانه ویژه تولیدی را افزایش داد.
    کلیدواژگان: محفظه احتراق، سینتیک احتراق متان و هیدروژن، پیشرانه مایع، نسبت هم ارزی، دینامیک سیالات محاسبه ای
  • علیرضا رضائی* صفحات 439-446
    هدف از این مقاله طراحی یک  راکتور زیستی یا فرمانتور مجهز به تکنولوژی پردازش تصویر به صورت بلادرنگ با امکان بررسی حجم و تعداد حباب های موجود در ظرف  راکتور زیستی می باشد تا  امکان کنترل لحظه ای و دقیق به منظور رشد میکروارگانیسم ها را فراهم می نماید. در  راکتور زیستی یاد شده شرایط بهینه ای برای رشد میکروارگانیسم ها مانند قارچ و باکتری و مخمر فراهم شده و کشت سلول های جانوری و گیاهی در آن به راحتی انجام می شود. استفاده از این  راکتور زیستی به میکروارگانیسم ها این امکان را می دهد که پیش از انتقال به مرحله تولید بیش از ده نسل رشد کنند. علاوه بر کنترل حجم حباب های هوا، پارامترهای دما، CO2، دور موتور، مقدار اکسیژن و pH و پارامترهای دیگر نیز مدام در حال کنترل شدن است. در  راکتورهای زیستی اندازه گیری حباب های ایجاد شده در ظرف دارای اهمیت فراوانی است این اهمیت از این جهت دیده می شود که سبب ایجاد نسل های گوناگونی از سلول ها در  راکتور زیستی می شود، زیرا حباب های ایجاد شده وظیفه رساندن اکسیژن به میکروارگانیسم های موجود و نیز هم زدن محیط و همگن سازی آن را برعهده دارند که این امر موجبات رشد و تکثیر مناسب میکروارگانیسم ها را فراهم می کند. در مدل های همانند پیشین امکان اندازه گیری مقدار هوای موجود در ظرف و کنترل همگن بودن محیط در لحظه وجود نداشته که این ضعف به کمک این شیوه بر طرف می شود. در این مقاله درگام اول به کمک دوربین تصویرهای لحظه به لحظه به عنوان داده ورودی ضبط شده در گام پسین تصویرها پردازش شده و درگام آخر تصویرهای پردازش شده به کمک شبکه های عصبی به عنوان خروجی ایجاد می شود. حجم و مقدار و نسبت پراکندگی حباب ها در ظرف و نتیجه های شبیه سازی کارایی روش پیشنهادی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: راکتور زیستی، شبکه عصبی، دوربین، اسپاژر، حباب، اکسیژن
|
  • Razieh Talaei, Behzad Khalili *, Masoud Mokhtary Pages 1-20

    In this review paper, a systematic study on the physical adsorption of ionic liquids with different cations, investigation of molecular interactions between cations and anions of tunable ionic liquids, study of different nanostructures based on graphene, silicon, germanium and boron-nitride without defects and comparison of stability between types of nanostructures and creating defects on them (pore defects and Stone Walls) and studying the effect of changes in the absorption of ionic liquids on different nanostructures without defects and defects on physical properties such as: bond energy, interaction energy, energy gap, chemical hardness, chemical potential and absorption spectra have been performed.

    Keywords: Ionic liquids, Nano structures, defect, physical properties, Physical adsorption
  • Marzihe Shahbazi, Elham Rostami *, Maryam Kolahi, Alireza Kiasat Pages 21-32
    Curcumin is a polyphenol that has many medicinal properties. Despite its prominent pharmacological and biological effects, its low water solubility and rapid degradation limit its therapeutic applications, Therefore, the use of solid lipid nanoparticles (SLNs) or solid lipid nanocarriers as a drug delivery system, despite some excellent properties such as small particle size, biocompatibility, chemical and physical stability and easy operation, It was considered suitable for this research. The purpose of synthesizing curcumin containing solid lipid nanoparticles was to develop a new nanocarrier system for more efficient curcumin extraction and purification from Rivand plant for the first time. In the present study, maceration was performed using two solvents (normal hexane and ethanol) to extract Rivand plant and to purify the curcumin in this extract by liquid-liquid extraction method, and microemulsion method was used to prepare solid lipid nanoparticles containing curcumin. Was obtained The Curcumin in Rivand extract and Purified curcumin respectively 39/8% and 81/7% in compared with standard curcumin, The nanoparticles produced containing curcumin showed the desired size polydispersity index and zeta potential and spherical shapes as well as optimal stability in the environment. Also, the stability of the solid lipid nanoparticles in an acidic medium was evaluated with suitable results. In addition, stability of the solid lipid nanoparticles was investigated within 9 months that after the time, the increased size of particles was about 23 nm which in comparison to previous studies is the preferable result. Then, curcumin is release from the solid lipid nanoparticles was studied. The findings show that the lipid nanocarrier system has a suitable formulation and internal stimulus mechanism for controlled drug secretion. Therefore, it can be said that an optimal and controllable lipid nanocarrier was produced for the therapeutic effects of extracted curcumin.
    Keywords: Plant, Rivand, curcumin, extracted, Solid lipid nanoparticles
  • Fateme Ghorbani, Mostafa Rahimneghad *, Abbas Ramyar, Mehdi Ezoji Pages 33-43

    In this research, a simple and inexpensive colorimetric detection method for dopamine was reported using laser cutting technique on microfluidic paper-based analytical devices. The effect of various factors such as reaction time between dopamine and ferric chloride, sample volume, drying time, pH of phenanthroline solution and volume ratio of ferric chloride / dopamine were investigated and optimized. The optimal values for each of the parameters were 4 min, 1.4, 2.8 and 4.2 μl, 12 min, 7.4 and 2: 1, respectively. From subsequent analyzes using Photoshop software, LOD and LOQ were calculated 0.0171 Mµ and 0.0517 Mµ, and RSD was obtained in the range of 0.12 ٪ to 17 0.17 for n = 5, which shows the good accuracy of this method. Also in this study, the potential of the proposed method as a low cost and fast colorimetric method for dopamine determination in real samples including human blood serum was shown.

    Keywords: Colorimetric detection, Dopamine, laser cut, paper-based, Microfluidic
  • Ahmad Zatirostami *, Khikmat Muminov, Alimakhmad Kholov Pages 45-53
    Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have received a lot of attention nowadays. One of the most essential components of DSSC is the counter electrode, which is usually made of platinum. Since platinum is an expensive material, we suggest using the SnSe electrode. By selenizing a layer of coated tin on glass thru sputtering, we obtained SnSe and used this layer as the counter electrode in a DSSC. We also used tin oxide as photoanode in the structure of the solar cell. By changing the selenization temperature, we improved the charge transport and electrocatalytic properties of the layer and optimized the solar cell performance. We also investigated the morphological properties of the layers with FESEM images. We used CV and EIS analyzes to test the electrocatalytic and charge transport properties. Also, the current-voltage curve of the fabricated cells reveals that the cell, which is made of the synthesized layer at 450 °C with an efficiency of 4.9%, gives us the best performance.
    Keywords: Fabrication, Solar Cell, nanostructure, Sputtering, Photo anode, Tin Oxide
  • Maryam Yaldagard * Pages 55-79
    In this research nanocomposites of Pt-Co–Polyallylamine-Graphene Nanoplates (Pt-Co/PAA/GNPs) was developed to improve the oxygen reduction reaction activity and stability of commercial Pt/C electrocatalyst. For this purpose, first graphene oxide (GO) as a support material was synthesized according to hamer and affenman method. Then graphene oxide was functionalized with Polyallylamine through cross linking. After that Pt-Co as a catalyst was dispersed on the as prepared support by a novel process polyol synthesis method assisted by microwave. Raman spectroscopy measurements confirmed the graphitic structure of the produced reduced graphene oxide nanoplates. Fourier transform infrared spectroscopy results illustrate the presence of Polyallylamine in the composite. After investigation of the structure, morphology and composition of the prepared electrodes were characterized by X-ray diffraction, Field emission scanning electron microscopy (FESEM) and energy dispersive spectroscopy. the catalytic activities of prepared electrodes for the oxygen reduction reaction were evaluated through cyclic voltammetry and linear sweep voltammetry measurements in the oxygen reduction reaction. X-ray diffraction results showed that Pt-Co particles were dispersed on the support with mean particle size of about 11. FESEM images showed that the nanosized Pt- Co were successfully dispersed on functionalized graphene oxide nanoplates. The nanoparticles in the film were observed to be uniform spherical objects and well distributed. According to the electrochemical measurements, active electrochemical surface area of 15.42 m2Pt/mgPt with 62% catalyst utilization and the specific and mass activity peak currents as high as of 26.3345 and 1.7078 mA/mgPt was found for Pt-Co/PAA/GNP which is comparable with respect to the Pt/PAA/GNP electrode and commercial one.
    Keywords: graphene nanoplates, Polyallylamine, Pt-Co nanoparticles, Microwave, Oxygen reduction reaction, Proton exchange membrane fuel cell
  • Fatemeh Juybari, Sayed Reza Hosseini-Zavvarmahalleh, Shahram Ghasemi-mir Pages 81-96

    In the present research work, multi-walled carbon nanotubes-metal nanoparticles (M-MWCNT; M = Cu, Mn) nanohybrids were prepared by chemical reduction method and the resulting nanohybrids were used for modification of carbon paste electrode (CPE) including 1-butyl 3-methyl-imidazolium hexafluorophosphate as an ionic liquid (IL). For this purpose, functionalized MWCNT and metallic precursors were chemically reduced by hydrazine monohydrate. Morphology and size of the particles were investigated by FE-SEM. FE-SEM studies showed the formation of Cu and Mn nanoparticles with average sizes of approximately 65 and 90 nm onto MWCNT surface, respectively. Elemental mapping of the prepared nanohybrids demonstrated relatively uniform dispersion of Cu and Mn nanoparticles onto the MWCNT surface. By XRD, the crystalline structure of copper and manganase nanoparticles in nanohybrides was identified. The capability of the CPEs including IL and resulting nanohybrides for electrocatalytic oxidation of acetaminophen was studied in 0.1 M phosphate buffer solution (pH=7.0). The obtained results showed the good electrocatalytic activity of modified electrodes towards acetaminophen oxidation. Also, M-MWCNT/IL/CPE nanohybrid in addition of high surface area, due to the synergistic effect, showed higher electrocatalytic activity towards acetaminophen oxidation that those other electrodes used in this research. Detection limits for Cu-MWCNT/IL/CPE were obtained 6.7 and 0.35 μM by cyclic voltammetry (CV) and differential pulse voltammetry (DPV) methods. Also, for Mn-MWCNT/IL/CPE, detection limits were calculated 4.6 and 0.2 μM by CV and DPVmethods, respectively.

    Keywords: Nanohybrid, Multi-walled carbon nanotubes, Ionic liquid, Metal nanoparticles, Acetaminophen
  • Mohammad Haghighi *, Maryam Shabani, Davood Kahfrooshan, Amir Haghighi Pages 97-115
    In this study, BixOyClz/rGO-NiFe2O4 magnetic nanophotocatalyst was synthesized using the hybrid ultrasound-solvothermal method. To compare the BixOyClz/rGO and NiFe2O4 samples were also fabricated. The properties of these nanophotocatalysts were determined using various analyses such as XRD, FESEM, EDX, BET-BJH, DRS and VSM. The results obtained confirmed the correctness of the syntheses. According to the VSM analysis, the saturation magnetization of BixOyClz/rGO-NiFe2O4 nanophotocatalyst was obtained about 3.8 emu/g. Moreover, regarding the BET-BJH results, the total open pore volume and specific surface area of this sample was obtained 0.5 cm3/g and 130 m2/g. Finally, its photocatalytic performance was evaluated in the elimination of the ofloxacin and ciprofloxacin, as antibiotic contaminants, and rhodamine B and acid orange 7, as color pollutants. Results indicated the excellent activity of this nanophotocatalyst. So that, after 180 min, the elimination efficiency was gained at about 98.5, 100, 100 and 96.5% for ofloxacin, ciprofloxacin, rhodamine B and acid orange 7, respectively. These consequences were devoted the decrease of band gap and increasing the light absorption range, improving the separation and transmission of charge carriers and reducing recombination rate of them increasing the surface absorption of contaminant molecules as a result of the presence of rGO and the proper dispersion of BOC due to using of ultrasound waves and the breaking of clusters and the increment of accessible active sites.
    Keywords: BixOyClz, rGO-NiFe2O4, Magnetic Nanophotocatalyst, Ultrasound-Solvothermal, Pharmaceutical Pollutants, Color Contaminants, Treatment of Polluted Aqueous Solution
  • Hamed Taghvaei *, Mohammad Arshadi, Mohammad Rahimpour, Ali Bakhtyari, Saeid Samipour Pages 117-132
    This study includes the development of a new nanosorbent for the treatment of dye effluents. The designed and fabricated nanosorbent is comprised of a dendritic structure with symmetric primary amine active sites and a magnetic core. Employing various characterization techniques such as NMR, SEM, TEM, TGA, zeta potential, and CHN elemental analysis, the adsorption capacity of this material to remove methyl-orange dye has been investigated. The results reveal that the proposed nanosorbent offers an efficiency of approximately 68.9% with an adsorption rate of 166.2 g/min in the methyl-orange removal process. The rate constant obtained for methyl-orange adsorption on the nanodendrimer is higher than the previously reported ones, indicating a higher adsorption rate. The results of this new nanosorbent prove its high potential in adsorptive methyl-orange removal.
    Keywords: Nanodendimer, Organic dye, Adsorption, Nanomagnetic particles, Nanomaterial characterization
  • Sadaf Javadi Pourafsari, Majid Ahmadlouydarab *, Aligholi Niaei Pages 133-143
    One method to prevent contamination of glazed building tiles by volatile organic materials is coating their surfaces with nanophotocatalyst titanium dioxide, preferably at temperatures above 1000 °C. However, at such high temperatures titanium is subjected to phase change and cannot maintain its photocatalytic properties. In other words, the conventional coating methods encounter phase change problem. The main purpose of this experimental research is to resolve the aforementioned problem to maintain the thermal stability of titanium dioxide at temperatures more than 1000C. In order to achieve this purpose, silica and duPont two-component were used. Silica-based titanium dioxide nanostructure was doped with N and Ni ions. Then the coating materials were calcined at 1250 °C. FTIR, SEM, XRD, EDX and TGA technics were used for nanostructure analysis which indicated thermal stability of the nanostructure up to 1250 °C. The main advantage of the utilized coating method is its simplicity and economically reasonability.  Titanium has a catalytic effect only in the UV region. In order to enjoy the benefits of the visible light, the nanostructure was modified with different ions. Note that, the titanium dioxide has three phases, namely anatase, rutile and brookite, among which photocatalytic properties of anatase have received more attentions. DuPont and silica together cause a delayed phase change from anatase to rutile at high temperatures. The delay is very essential for some industrial applications such as preserving self-cleaning properties of surfaces after they have been coated. The resulting environmental impact is less consumption of chemical detergents. Results indicate that for titanium dioxide the presence of the anatase phase at 700 °C is 83%, but at 800 °C anatase completely converts to rutile phase. Furthermore, catalyst modifications by duPont two-component using silica along with calcination at higher temperatures makes anatase phase to grow. So that at 1250 °C it comprises 86% of the nanostructure.
    Keywords: TiO2 thermal stability, High temperature, Calcination, Silica-based catalysis, DuPont, Nickel, Nitrogen
  • Reyhaneh Azodi Abadshapouri, Hossein Amani, Reza Hajimohammadi *, Hadi Soltani Pages 145-153
    In this research, the effect of titanium oxide nanoparticles on the performance of saponin and sodium dodecyl sulfate biosurfactants in cleaning heavy crude oil storage tank was investigated. Also, after the clean up process, sodium dodecyl sulfate, saponin and titanium oxide nanoparticles were used to recover the oil from the residual sludge of crude oil storage tanks on a laboratory scale. The results showed that the optimal amount of HLB for the extraction process was about 24.1 for a mixture of 40% sodium dodecyl sulfate and 60% saponin. The results also showed that the simultaneous use of surfactants and nanoparticles leads to a synergistic effect that significantly increases the efficiency of the extraction process. The maximum residual amount of oil in the sludge under optimal conditions was about 3.6 (HLB value = 24.1 for a mixture of surfactants and 3 g / l titanium oxide nanoparticles). This value was 92.5% and 93.7% for each of the surfactants without the presence of titanium oxide nanoparticles for saponin and sodium dodecyl sulfate. The results of the present study showed that this method has the potential for industrial applications and can be used in oil recycling from petroleum sludge.
    Keywords: Cleaning solution, surfactant, Petroleum sludge, Titanium Oxide nanoparticles, Storage tank
  • Seyed Behzad Shojaei, Rohaldin Miri, Amin Bazyari * Pages 155-164
    The asphaltene present in crude oil creates various challenges for its production, processing, and transportation, with the most important ones being wellbore and pipeline fouling, deactivation, and poisoning of catalysts. In this study, the adsorption of asphaltene extracted from a crude oil sample on five iron oxide nanoparticles synthesized by the Pechini method, in the presence and absence of propylene oxide and polyethylene glycol as common agents used in the sol-gel method for gel formation, was investigated. Solutions with different percentages of asphaltene and toluene were prepared, and a specific amount of iron nanoparticles (4 g/l) was added to the solutions. The mixtures were shaken for 15 hours at 250 rpm. The unknown concentration of the samples was determined by UV-visible analysis. The results indicated that the iron oxide synthesized without propylene oxide and polyethylene glycol, with an adsorption capacity of 37.31%, exhibited the best performance in asphaltene adsorption and was economically more viable. The adsorption results were described using Langmuir and Freundlich isotherms, and the physical properties of the nanoparticles were determined by XRD and BET analyses.
    Keywords: nanoparticles, Iron oxide, Asphaltene deposition, Adsorption, Sol-gel, Pechini
  • Zahra Taghizadeh Farahabadi, Mostafa Lashkarbolooki * Pages 165-184
    Nowadays, carbonated water injection is one of the effective methods of increasing oil extraction from crude oil reservoirs. In this method, the effect of CO2, temperature, and pressure on dynamic interfacial tension (DIFT) of crude oil/carbonated brine is significant. In this study, using a sample of acidic crude oil with a total acidity of 1.5 g/mgKOH and in the presence of sodium carbonated chloride solution and potassium carbonated chloride solution, the effects of each of the above parameters on DIFT over a wide range of temperatures (30 °C -80 °C) and pressure (500 psi-4000 psi) are examined. Besides, the adsorption time of natural surfactants in crude oil, namely asphaltene and resin on the interface, related to the carbonated aqueous solution/crude oil, was calculated using an experimental descending model (Mono-Exponential Decay). The results included The interfacial tension and adsorption time are compared with the results obtained in the absence of carbon dioxide, i.e., solutions of sodium chloride, potassium chloride, and crude oil. According to the results, with increasing pressure, despite a slight decrease in the equilibrium interfacial tension of crude oil/carbonated brine, little change was observed in the DIFT process. In carbonated solutions, the equilibrium interfacial tension (EIFT) decreases with increasing temperature due to increased molecular motion (increasing entropy). However, in general, it was observed that the presence of CO2 in the aqueous phase increased the EIFT compared to pure brine, which can be attributed to the acidic structure of crude oil and lowering the pH of the aqueous phase as well as reducing the ionization of natural surfactants.
    Keywords: Dynamic Interfacial Tension, CO2, Sodium carbonated chloride solution, Potassium carbonated chloride solution, Acidic Crude Oil
  • Sadegh Sahraei *, Ezzat Rafiee, GholamReza Moradi Pages 185-194

    In this paper, desulfurization of gasoline and gasoil samples by oxidation method using hydrogen peroxide as the oxidant and molybdenum and tungsten catalysts of polyoxometalate type were investigated. The effects of various operational variables such as 4 types of catalysts, 4 levels of hydrogen peroxide to sulfur mole ratio, and 4 reaction temperature levels on 4 real fuels were analyzed using the Taguchi design of experiment. The results showed that tungsten and molybdenum catalysts of polyoxometalate type on supports like KSF and K10 montmorillonite exhibited suitable performance and stability for the oxidation of real fuels. The predicted removal of sulfur compounds in the optimal conditions of the Taguchi method (PW/K10 catalyst, temperature of 75°C, oxidant to sulfur compound mole ratio of 14) for the gasoline model after the HDS process was reported to be 69.04%. Under these optimal conditions, the experiments were repeated three times for the gasoline model oil, and the average sulfur compound removal of 70.33% was reported. The ANOVA analysis indicated a coefficient of determination R2 value of 0.987 for the model.

    Keywords: Desulfurization, Oxidation, Polyoxometalate, Hydrogen peroxide, Taguchi
  • Omid Amanzadeh, Javad Ahmadpour *, Seyed Reza Shabanian, Maryam Nikzad Pages 195-213

    Adsorption capacity and selectivity are two fundamental challenges in which adsorption desulphurization faces. One way to overcome this challenge is to use mesoporous zeolites. In this study, the effects of mesoporosity on the adsorption desulphurization performance with mesoporous HZSM-5 zeolite adsorbents, which have been synthesized by desilication operation in an alkaline environment using a NaOH solution at concentrations of 0.2 and 0.5 M, as well as a mixture of base solution NaOH/TPAOH (0.5 M) with molar ratios of R=TPAOH/(NaOH+TPAOH) =0, 0.2, 0.4, 0.6 at 75  for 2.5 hours were investigated and the results were compared with the parent microporous zeolite. The characteristics of synthesized adsorbents were determined by XRD, BET, FE-SEM and FT-IR analyses. The results showed that different ratios of NaOH/TPAOH solution in desilication operations play an important role in adsorbing sulfur compounds. Compared with the parent microporous zeolite, the mesoporous HZSM-5 adsorbent with concentration of 0.5 M and molar ratio of TPAOH/(NaOH+TPAOH) =0.4 ensures the formation of narrow and uniform intracrystalline mesoporosity without severely damaging the crystal structure, which resulted in the best adsorption desulphurization performance, including the highest adsorption capacity of thiophene and dibenzothiophene with values ​​of 16.6 and 6.7 mg/g, respectively. In this regard, the effect of temperature on this adsorbent on the adsorption of thiophene sulfur compound was investigated. The results showed that the adsorption of thiophene sulfur compound increases with increasing temperature and reaches a maximum of 18.4 mg/g at 65 . Thermodynamic studies showed that the adsorption process is endothermic. Kinetic models of adsorption of sulfur compounds followed the pseudo-first-order equation (R2 = 0.99).

    Keywords: HZSM-5 Zeolite, Desilication, adsorption desulphurization, Sulfur compounds, kinetic models
  • Mohammad Rezazadeh, Golshan Mazloom *, Farhad Banisharif Pages 215-233

    The aim of this study was investigation the efficiency of the vanadium/Y zeolite shaped catalysts in the combined oxidative-adsorptive desulfurization of model fuel containing 1000 ppm dibenzothiophene (DBT) in a continuous fixed bed reactor. The shaping process was performed by extrusion method using 50 wt.% of boehmite as a binder. Vanadium was impregnated before shaping (VZB(50)) and after shaping (V/ZB(50)). The synthesized catalysts were characterized using different analysis. The obtained results indicated that specific surface area and pore volume of the zeolite decreased after shaping. However the use of boehmite as a binder significantly increased the meso-pore volume. The initial activity of VZB(50) catalyst in the DBT removal was higher than that of V/ZB(50) due to its higher surface area, meso-pore volume and higher acidity. But V/ZB(50) was almost stable during 5 h of reaction, because of more uniform dispersion of vanadium over the support. While vanadium of VZB(50) was leached leading to deactivation. Comparison of the efficiency of catalysts with different geometric shapes also showed the use of extrudes with non-cylindrical cross-section is a good suggestion providing more surface area per unit volume. 82% DBT removal was obtained under mild reaction conditions employed in the combined oxidative-adsorptive desulfurization.

    Keywords: Continuous flow, Fixed bed, Shaped catalyst, Oxidative desulfurization, Adsorptive desulfurization, Y zeolite
  • Behzad Haghighi *, Mohsen Najafi Pages 235-245
    Separation based on the adsorption of hydrogen and deuterium molecules in the binary mixtures were carried out by fifteen different zeolites at 77K and the ambient pressure using the classical Grand-Canonical Mont-Carlo simulation method. To simulate hydrogen and deuterium gases, their three-sites models were used to consider the effect of 77K as cryo-temperature. The separation factor was calculated based on the amount of adsorption of hydrogen and deuterium gases, the probability of energy distribution in the nano-cavities of zeolites and intermolecular, electrostatic, and van der Waals energies and the total energy of all systems were calculated. The results have shown that some zeolites, such as VSV, ZON, ACO and EUO, have a better ability to separate hydrogen and deuterium molecules with separation values between 1.28 and 1.46. Also, the temperature factor as a thermodynamic parameter as well as the chemistry of the nanometer cavities of zeolites and the shape variety of cavities in a zeolite can be effective on the adsorption of gases and therefore in their separation.
    Keywords: Hydrogen, Deuterium, Separation, Grand Canonical Ensemble, Zeolite
  • Mahsan Mokarinezhad, Seyed Saeid Hosseini *, Seyed Ali Ghadimi, Erfan Asadi Pages 247-260
    Dehydration of organic compounds to achieve highly pure and valuable products constitutes one of the most important chapters in the chemical industry. In the present study, mixed matrix membranes (MMMs) including poly(vinyl alcohol) and modified ZIF-8 mineral phase by cationic surfactant of CTAB, were evaluated in terms of their performance in dehydration of isopropanol in the pervaporation process. The prepared nanocrystals and membranes were characterized by Fourier-transform infrared spectroscopy, gas adsorption-desorption, Thermal gravimetric analysis, X-ray crystallography, and Field emission scanning electron microscopy. Microscopic images showed that the presence of CTAB changed the morphology of ZIF-8 nanoparticles from rhombic dodecahedral to truncated rhombic dodecahedral. The effect of unmodified ZIF-8 loading from 1 to 10 wt.% in membranes on the separation performance of isopropanol feed containing 10 wt.% water at 30 °C was investigated. Then, based on the optimal loading, the separation performance of MMM containing 5 wt.% of surfactant-modified nanoparticles was evaluated which proved success in achieving better performance in comparison with pure polymer membranes and MMM containing unmodified nanoparticles by presenting the permeation flux of 0.942 kg/m2h and separation factor of 174.
    Keywords: Isopropanol, Pervaporation, Poly (vinyl alcohol), Mixed matrix membranes, Zeolitic imidazolate framework-8, Cetyltrimethylammonium bromide
  • Mahnaz Yasemi *, Zahra Moafi Pages 261-277

    The aim of this study was to model the removal efficiency of cefixime by the Fenton method using a neural network. This model predicts experimental results well. In this model, the amount of hydrogen peroxide, iron catalyst, cefixime removal time, initial concentration of cefixime, and pH are the input parameters. The output variable is the removal percentage of cefixime. Total error squares (SSE), mean the square root of error (RMSE), adjusted coefficient of determination (), and coefficient of determination   in determining the number of optimal neurons in the middle of the performance index. According to the obtained results, the neural network model was able to predict the absorption efficiency with the sigmoid tangent transfer function in the hidden layer and the linear stimulus transfer function in the output layer. Also, the results of modeling the neural network with org-art showed that the grid with a 1-13-5 arrangement (5 neurons in the input layer, 13 neurons in the hidden layer, and 1 neuron in the output layer) had the best result in predicting the output. The correlation coefficients of all the levels of training, validation, and test 0.3 were 0.99436, 0.9993, and 0.96901, respectively. To predict the trend of changes, neural network tools have been used in MATLAB software.

    Keywords: Fenton, Adsorption, Carbon nanotubes, Neural network, Optimization
  • Marzieh Mohammadlou, Mortaza Gholizadeh * Pages 279-293
    Since the oil reserves are expiring or have limited amounts, new sources of energy, including biomass, need to be investigated. Cellulose is one of the main components of biomass. It is therefore necessary to examine the effects separately in order to determine its effect under different conditions on the products. Operating conditions such as temperature, heating rate, pressure, time, catalyst and etc. on the products derived from pyrolysis of cellulose. Here, the effect of A4 zeolite catalyst was investigated as one of the most common catalysts in pyrolysis of cellulose. For this purpose, in a reactor with experimental dimensions, 15 g of cellulose was loaded and the pyrolysis of samples was carried out at 500 ℃ and under atmospheric pressure. The results showed that in the presence of A4 zeolite catalyst, increased the amount of char from 9.83% to 12.25% and decreased the amount of gas from 37.05% to 33.83%. However, the amount of tar was not much changed (∼ 53%). The reduction of gas products, as well as the increase of char, indicated the polymerization of the volatile molecules produced in the catalytic pyrolysis process. The results of the analysis of the gas produced in pyrolysis showed that the resulting gas contains CO and CO2, which are made of from oxygenated compounds in cellulose. According to the results, the tar product from cellulose pyrolysis included two aromatic and aliphatic groups, which reduced the amount of alkanes if the A4 zeolite catalyst was not used. Based on the analysis results of char samples, deoxygenation and polymerization occurred more in the presence of catalyst. Based on the results of the catalyst analysis, some coke was formed on the catalyst.
    Keywords: Pyrolysis, Biomass, Cellulose, Zeolite, the product
  • Milad Hosseini, Mortaza Gholizadeh * Pages 295-313
    In this work, the effect of zeolite catalyst on the pyrolysis process of waste tyre and poplar wood was investigated. For this aim, 15 grams of sample was loaded in a laboratory-sized reactor and pyrolyzed at 500°C under atmospheric pressure. The results showed that zeolite catalyst could change the characteristics of manufactured products. In the case of gaseous products, the catalyst reduced the amount of carbon monoxide and carbon dioxide. The results of the liquid product analysis showed the presence of light aromatics such as ethyl benzene and light linear compounds such as alkanes including octane, hexane, etc in the liquid product. By adding the zeolite catalyst to the reaction environment, the amounts of the mentioned compounds changed significantly. For example, the amount of alkanes decreased. The results of the analysis showed that the catalyst had almost no effect on wax properties. Analysis of poplar wood, waste tyre and char samples produced in thermal and catalytic pyrolysis indicated that the two samples had similar properties, but the difference in intensity in the characteristics of different bands showed different numbers of chemical functional groups in the char samples. The small amount of carbon on the surface of catalyst showed that very small amount of coke was formed on the surface of the catalyst.
    Keywords: Pyrolysis, waste tyre, Poplar wood, Zeolite, Coke
  • Farzin Oushal, S.M. Peyghambarzadeh, Shima Azizi *, Zoha Azizi Pages 315-328
    Among the compounds widely used in the petrochemical industry, we can name olefins and paraffins, which are used according to their carbon content. Separation of ethane from ethylene as an important industrial product for obtaining pure ethylene is of great importance in industry. In this study, calculation and Experimental Research of molecular diffusion coefficient of ethane gas in normal methyl pyrrolidone (NMP) solvent was performed using pressure decay data in a specified time of 12 hours and Sheikhaʹs graphical method. Using the obtained molecular diffusion coefficients, the effect of temperature and pressure on the system was investigated. Also, to confirm the findings, Wilk-Chang relationship, Diaz and statistical analysis were used. According to the observations and diagrams, it can be concluded that with increasing temperature and pressure, the molecular diffusion coefficient of ethane gas in NMP solvent increases. It was also observed that the molecular diffusion coefficient of ethane gas at low pressures did not change much with increasing temperature, but with increasing pressure, increasing temperature shows its effect on the molecular diffusion coefficient. The molecular diffusion coefficients calculated by the Wilk-Chang equation do not have an acceptable overlap with the Sheikha equation, while in the Diaz experimental equation the molecular diffusion coefficients show a very good overlap with the Sheikha equation. The results of statistical analysis showed that although with increasing temperature and pressure, the molecular diffusion coefficient of ethane gas in the solvent increases, but the effect of increasing pressure on the gas diffusion in the solvent is greater than the effect of temperature. The effect of temperature and pressure interaction on the molecular diffusion coefficient of ethane gas, although small, is present and affects the gas diffusion in the solvent.
    Keywords: Molecular diffusion coefficient, Pressure decay, statistical analysis, Ethane
  • Hamdi Asadi Saghandi, Javad Karimi-Sabet *, Sohrab Ali Ghorbanian, Seyed MohammadAli Moosavian Pages 329-348

    Flow patterns of six liquid-liquid systems, including chloroform/butyl acetate/ethyl acetate/kerosene/butanol/octanol-water, in a numbered-up microfluidic set-up were studied in this work. Three distinct flow regimes were observed in the parallelized microfluidic device: slug flow, droplet flow and parallel flow. A uniform flow distribution with non-uniformity less than 10% indicates the high quality of microchannels and successful numbering-up procedure in the scaled-out microfluidic device. By flow pattern analysis, a parallel flow regime with complete phase separation was chosen as the desired flow regime for calcium ion separation. Chloroform-water system and DCH18C6 crown ether were identified to obtain the maximum extraction efficiency of calcium. In these conditions, the effects of crown ether concentration ([CE]), the concentration of calcium ion ([Ca2+]) and pH were studied in order to optimize the extraction efficiency using the Box-Behnken method. The extraction efficiency of more than 60% was achieved in three sequential microchips under optimized conditions within only 3.5 seconds. An excellent improvement was also observed in calcium separation efficiency using EMIM NTf2/n-butyl acetate mixture as the organic phase. Therefore, more than 95 % extraction efficiency was achieved within 1.6 seconds using ionic liquid–cosolvent mixtures utilizing a microfluidic cascade.

    Keywords: Microchannel, Microfluidic, Numbering-Up, Solvent extraction, Crown ether, Ionic liquid, Microfluidic cascade
  • Zohreh Raeisi *, Ahmad Moheb, Morteza Sadeghi, Mohaddeseh Najafi Pages 349-363
    In this report, mixed matrix membranes which are supported by polyethersulfone and sulfonated polyethersulfone prepared for dehydration of isopropanol. The prepared membranes are composed of a porous sublayer from polyethersulfone/sulfonated polyethersulfone and a composite top layer of poly(vinyl alcohol) and titanate nanotubes. In fact, hydrothermally-synthesized titanate nanotubes are dispersed in poly(vinyl alcohol). Moreover, the sulfonated polyethersulfone are used to investigate the effects of the porous sublayer on mass transport and the separation performance of the membranes. Next, the ability of the prepared membranes were studied for pervaporation separation of 90 wt% aqueous isopropanol mixture at 50 . The obtained results indicate that the thickness and chemical properties of the support have had a significant influence on pervaporation results. Totally, decreasing the difference between hydrophilicity of top layer and support has resulted in formation of an ideal interface between the layers. Furthermore, the presence of sulfone groups in interface, formation of hydrogen bounds among hydroxyl groups of poly(vinyl alcohol) and sulfone groups of the sublayer are responsible for enhanced compatibility between the layers. As a result, selective separation of water through the membranes was obtained. In addition, the results indicated that the support led to existence of an additional mass transport in isopropanol dehydration as well as requiring the physical support for the resultant membranes. The obtained results showed that when 4 wt% titanate nanotubes were dispersed in poly(vinyl alcohol) which was supported by sulfonated polyethersulfone the flux and separation factor were about  0.29 kg/m2 h and 4828, respectively.
    Keywords: Pervaporation, Supported Mixed Matrix Membranes, Polyethersulfone, Sulfonation, titanate nanotubes
  • Armin Okati, MohammadReza Khani *, Babak Shokri Pages 365-372

    Plasma technology is one of the newest methods used for energy production and waste treatment. The addition of plasma technology to gasification has created a new method for waste management. However, the plasma gasification process is one of the complex thermochemical processes in which many reactions occur simultaneously, therefore it is very difficult to study the theory of this process. Therefore, having approximate and simulated results before launching and implementing the proper system of this process for biomass waste is essential in order to reduce operational costs and time. In order to study this complex process, a model based on the minimization of Gibbs free energy in Aspen Plus software environment has been developed. The created model, that is based on thermodynamic equilibrium, was evaluated with the results reported in scientific sources, which gained the necessary credibility to study important operating parameters such as temperature, equilibrium ratio and vapor ratio on syngas components. The effect of equivalence ratio on the components of the gas product was investigated and it was concluded that the parameter is very effective in the plasma gasification process, the increase of which causes the process to proceed rapidly towards combustion. The highest amount of hydrogen production for steam as a gasifying agent was obtained at a temperature of 900°C which is much more than the amount of hydrogen produced for the air. Also, the equivalence ratio showed the greatest effect on the value of the lower heating value of syngas compared to the temperature parameter. The effect of temperature was significant up to about 800°C and after this temperature, the effect decreased.

    Keywords: Plasma, Gasification, waste treatment, Aspen Plus, Simulation
  • Behnam Nilforooshan Dardashti, MohammadMohsen Shahmardan *, Mohsen Nazari Pages 373-386

    The present study aimed to experimentally investigate the heat transfer in Fe3O4 / water ferrofluid in a channel with a square cross-section, ​​0.8 m × 0.01 m × 0.01 m in dimension under the influence of uniform heat flux in a laminar flow regime in the presence of a local external magnetic field. Local Nusselt number investigated with different volume fractions (0.5 and 1 vol.%) in the presence of magnetic field and under the influence of some heat fluxes (30, 86.7, 229.95, 433.65, 573.51 Watts). The heat flux is applied evenly to all surfaces of the duct. The effect of heat flux, local magnetic field, and volume fraction of Ferro-particles on Nusselt number are investigated simultaneously and separately. Under the external local magnetic field, the Nusselt number increased 1.33 times. Under the influence of an external local magnetic field compared to pure water, the Nusselt number increased 1.36 times. These maximum values ​​occurred in 1 vol.% and the lowest applied heat flux of 30 Watts. These results show that usage of Fe3O4 particles and externally applied magnetic fields have a synergistic effect on increasing the Nusselt number.

    Keywords: Magnetic field, laminar flow, Heat Transfer, Nusselt number, Ferrofluid
  • Sina Maghsoudy, Mohammad Rahimi, Asghar Molaei Dehkordi * Pages 387-404
    Vanadium redox flow batteries (VRFBs) with large energy storage capability are one of the most important electrochemical technologies in the world. The specific design of these batteries has made it possible to increase the storage capacity to very high values. Hence, this technology is referred to as the electricity supplier of cities in the not too distant future. In this article, fabrication, development, and the simulation of VRFBs in order to take an important step towards achieving technical knowledge of this promising storage technology, have been considered. In this regard, first, the designed cell structure was introduced and the method of material selection and initial preparation for the battery startup were described. In addition, the governing equations of the system were presented. Then, experimental and numerical investigation of the system performance was followed by simulation validation. Evaluation and analysis of cyclic performance, system efficiency, effect of current density, electrolyte concentration, pressure distribution and electrolyte velocity distribution were among other items of interest in the present work. The model predictions were validated with an average error of 4.92% against experimental data of charge and discharge cycles at current densities of 40 and 60 mA/cm2. The results obtained from cyclic performance of the battery clearly indicate that the average coulombic efficiencies of the system at current densities of 40, 50, and 60 mA/cm2 are 90.25%, 92.45%, and 94.35%, respectively. Moreover, the storage capacity of 133 mA. h with a pressure drop of 2400 Pa were obtained for the electrolyte concentration of 1 mol/L and the volumetric flow rate of 40 mL/min, which indicates the proper hydrodynamic and kinetic performance of the designed system.
    Keywords: Energy Storage, Vanadium redox flow battery, Electrochemical cell, modeling, simulation
  • Hanieh Pourali, Peyman Taghavi Eishkooh, Reza Khoshbin *, Erfan Aghaei Pages 405-417
    In this paper, the thermodynamic equilibrium analysis of dry reforming of methane was performed by Aspen Plus software in order to increase the selectivity of hydrogen, elimination of carbon and adjust the H2/CO ratio. Equilibrium calculations were performed using Gibbs free energy minimization method. The effect of CO2/CH4 molar ratio (0-6), pressure (0.5-20 bar) and reaction temperature (300-1100 K) on equilibrium conversion rate, products selectivity and carbon formation were evaluated. The results showed that increasing the temperature and decreasing the molar ratio of CO2 / CH4 has positive effect on the rate of hydrogen selectivity, so that at the molar ratio of less than one CO2 / CH4 and temperature range above 1000 K, the rate of hydrogen selectivity reaches 100%. In contrast, with increasing pressure at constant temperature, the rate of hydrogen selectivity decreases, indicating the negative effect of the pressure on the rate of hydrogen selectivity. Carbon is the main by-product of dry reforming of methane, which must be removed in order to optimize operating conditions. At the ratio of CO2 / CH4 =1-6, with increasing the temperature and especially in the temperature range of 300-1000K, the amount of carbon formation decreases, but with increasing pressure, the amount of carbon production has an upward trend. On the other hand, with increasing the temperature, the conversion rate of carbon dioxide first decreases and then, with further increase in temperature, increases. In addition, the adjustment of H2/CO ratio of the syngas was performed for using in various processes, which can be achieved to the desired value by changing the CO2/CH4 ratio and pressure.
    Keywords: Methane, Dry reforming, Hydrogen, thermodynamic, Gibbs free energy
  • Reza Shakarami, ALIAKBAR JAMALI * Pages 419-438
    The adequate understanding of sustained combustion and performance control in liquid propulsion engines requires sufficient knowledge about combustion chamber conditions, a series of chemical reactions that occur in the combustion chamber, and the thermo-physical variables based on the chemical reactions. For this purpose, after studying the governing equations and simulating the combustion chamber in different equivalence ratios, the distribution of temperature, chemical reaction rate, and mass fraction of chemical species are presented as the foundation for the challenges of the combustion chamber and related systems design. The simulation results desirably predict and justify many properties related to hydrogen-oxygen and methane-oxygen propellants. For methane-oxygen propellant due to the production of carbon monoxide at high ratios of fuel to oxidizer, a decrease in specific impulse, temperature, and chemical reaction rate of propellant is observed in the combustion chamber. The maximum temperature in the combustion chamber and the areas near the injectors for this propellant is much higher than the hydrogen-oxygen propellant at the equivalence ratio equal to one. Higher temperatures can cause serious harm to the combustion chamber wall, propellant transmission system, and injectors. Improving the nozzle design can also convert the thermal energy of the combustion gases into kinetic energy and velocity and can increase the specific impulse.
    Keywords: Combustion chamber, combustion kinetic of methane, hydrogen, Liquid propellant, Computational fluid dynamics
  • Alireza Rezaee * Pages 439-446
    The purpose of this article is to design a biological reactor or fermenter equipped with image processing technology in real time with the possibility investigating the volume and number of bubbles in the bioreactor container  that allows instant and precise control for the growth of microorganisms. In the aforementioned biological reactor, optimal conditions are provided for the growth of microorganisms such as fungi, bacteria, and yeast, and the cultivation of animal and plant cells is easily done in it. The use of this bioreactor allows microorganisms to grow for more than ten generations before being transferred to the production stage. In addition to controlling the volume of air bubbles, the parameters of temperature, CO2, engine speed, amount of oxygen and pH and other parameters are constantly being controlled. In biological reactors, measuring the bubbles created in the container is very important. This importance can be seen from the fact that it causes the creation of various generations of cells in the biological reactor, because the created bubbles are responsible for delivering oxygen to the existing microorganisms, as well as stirring the environment and homogenizing it. In the previous models, it was not possible to measure the amount of air in the container and control the homogeneity of the environment now, and this weakness is overcome with the help of this method. In this article, in the first step, with the help of the camera, moment-by-moment images are recorded as input data, in the second step, the images are processed, and in the last step, the processed images are created with the help of neural networks as output. The volume and amount and dispersion ratio of the bubbles in the container and the simulation results show the efficiency of the proposed method.
    Keywords: Bioreactor, Neural network, camera, bubble, Oxygen