نوآوری محققان ایرانی برای جداسازی سریع آب و نفت
به گزارش آجاک، محققان دانشگاه زنجان و پژوهشکده علوم پایه (IASBS) موفق به ساخت نسل جدیدی از نانودی امولسیفایرهای سبز و مغناطیسی شده اند که امولسیون های سخت آب در نفت را در صنایع نفتی بشکند.
به گزارش آجاک به نقل از ستاد نانو، این ترکیب نو، بر پایه نانوذرات Fe₃O₄ پوشش داده شده با β-سیکلودکسترین و تزیین شده با مایعات یونی ایمیدازولی ساخته شده و علاوه بر کارآمدی چشم گیر، قابلیت بازیابی سریع با میدان مغناطیسی و استفادهٔ مجدد تا پنج بار را دارد. آزمایش های انجام شده نشان میدهد نمونه ای که دارای زنجیره آلکیلی بلندتر است، بیشترین عملکرد را در جداسازی فازهای آب و نفت ارائه می کند. کاهش کشش سطحی، پایداری حرارتی و کارآمدی ۹۲ درصدی در امولسیون ها، این فناوری را به گزینه ای قابل توجه برای صنایع نفت و پتروشیمی تبدیل میکند.
پژوهشگران دانشگاه زنجان و پژوهشکدهٔ علوم پایه (IASBS) در یک همکاری تحقیقاتی، موفق به توسعهٔ نسل جدیدی از دی امولسیفایرهای نانومغناطیسی سازگار با محیط زیست شده اند که می تواند مشکل دیرینهٔ شکستن امولسیون های پایدار «آب در نفت» را با راندمان بالا و مصرف کمتر مواد شیمیایی برطرف کند. امولسیون های W/O یکی از چالش های شناخته شده در صنایع نفت، انتقال و فرآورش محسوب می شوند؛ ساختارهایی پایدار که جداسازی آنها به طور معمول به مصرف فراوان مواد شیمیایی، انرژی و زمان نیاز دارد. در این طرح، محققان با تاکید بر نانومواد مغناطیسی و مایعات یونی بر پایهٔ ایمیدازول، نگاهی متفاوت و «سبز» برای حل این مشکل عرضه کرده اند.
در گام نخست، نانوذرات مغناطیسی Fe₃O₄ سنتز و با β-سیکلودکسترین پوشش داده شد تا ساختار پایهٔ Fe₃O₄@β-CD شکل گیرد. این ساختار، بستری مناسب برای تثبیت مایعات یونی مختلف فراهم می آورد و امکان ایجاد یک دی امولسیفایر قابل بازیافت را می دهد. سپس محققان، مایعات یونی ایمیدازولی را با واکنش ایمیدازول با ۱- برموهگزان و ۱- برمودکان تهیه کردند و دو مادهٔ [Im-C۶][Br] و [Im-C۱۰][Br] را به عنوان پیش ماده های اصلی ساخت ILها به دست آوردند. در ادامه، این مواد با N-پروپیل تری اتوکسی سیلان واکنش داده شد تا دو مایع یونی سیلان دار جدید، یعنی [ImSi-C۶][Br] و [ImSi-C۱۰][Br] تولید شود.
پس از ساخت پیش ماده های سیلان دار، این ترکیبات روی سطح Fe₃O₄@β-CD تثبیت شد تا نانودی امولسیفایر نهائی شکل گیرد. بررسی های ساختاری شامل FT-IR، طیف سنجی NMR و آنالیز عنصری، صحت سنتز و حضور گروههای عاملی موردنظر را تأیید کرد. همینطور آزمون های TGA و VSM نشان دادند که نانومواد ساخته شده از نظر حرارتی پایدار بوده و خواص مغناطیسی لازم را برای بازیابی سریع در میدان مغناطیسی حفظ نموده اند. اندازه گیری ها نشان میدهد نمونه Fe₃O₄@β-CD دارای اندازه ذره ای حدود ۴۰ تا ۷۰ نانومتر و نمونهٔ دارای مایع یونی با زنجیره بلند (C۱۰) حدود ۵۰ تا ۸۰ نانومتر است. کاهش اندک میزان مغناطش بعد از تثبیت مایع یونی هم تأیید شد و از ۲۵.۶ به ۲۴.۹ emu/g رسید؛ رقمی که همچنان برای جمع آوری آسان ماده کافی است.
برای ارزیابی عملکرد این نانودی امولسیفایر، محققان از امولسیون های آب در نفت با نسبت های ۱۰: ۹۰ و ۳۰: ۷۰ استفاده کردند. آزمایش ها در گسترهٔ غلظتی ۱۰۰۰ تا ۵۰۰۰ ppm انجام شد. نتیجه ها نشان داد که نمونهٔ دارای زنجیره آلکیلی بلندتر، یعنی Fe₃O₄@β-CD@[ImSi-C۱۰][Br]، کارآمدی بیشتری در شکستن امولسیون ارائه می کند و توانسته است راندمانی معادل ۹۲ درصد در امولسیون ۳۰: ۷۰ در مدت ۲۴ ساعت به دست آورد. همینطور با افزایش راندمان جداسازی، کاهش قابل توجهی در مقدار کشش سطحی بین دو فاز مشاهده شد که نشانهٔ اثرگذاری مستقیم مایع یونی تثبیت شده در سطح نانوذره است.
یکی از مهم ترین مزایای این فناوری، «بازیافت پذیری» آنست. دی امولسیفایر ساخته شده بعد از انجام فرایند جداسازی، با اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی جمع آوری شد و بعد از شستشو، در چرخهٔ جدید مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان میدهد این نانوماده حداقل در پنج چرخهٔ متوالی، عملکرد قابل قبولی حفظ نموده است و این ویژگی، امکان استفادهٔ صنعتی و کاهش هزینه ها را تقویت می کند. محققان تاکید کرده اند میزان مایع یونی تثبیت شده روی نانوذره نسبتاً کم است و این موضوع سبب کاهش هزینهٔ تمام شده نسبت به دی امولسیفایرهای سنتی بر پایهٔ مایع یونی خالص می شود. درنتیجه، این رویکرد هم از نظر اقتصادی و هم از نظر زیست محیطی، مزیت رقابتی به همراه دارد.
با وجود این، تیم تحقیقاتی به محدودیت هایی هم اشاره نموده است. به طور دقیقتر، نیاز به غلظت های بالاتر برای رسیدن به راندمان مطلوب در تعدادی شرایط صنعتی مطرح گردیده است. در عین حال، به سبب مصرف اندک مایع یونی، این مساله مشکلات اقتصادی چندانی ایجاد نمی نماید. محققان پیشنهاد داده اند در ادامهٔ مسیر، امکان ساخت مایعات یونی جدید با زنجیره های مختلف یا تغییر آنیون ها بررسی شود تا کارآمدی بیشتری حاصل گردد.
نتایج این پروژه در قالب مقاله ای با عنوان Nanomagnetic Cyclodextrin decorated with ionic liquid as green and reversible Demulsifier for breaking of crude oil emulsions در نشریه Carbohydrate Polymers به چاپ رسیده است. بطور خلاصه، اندازه گیری ها نشان میدهد نمونه Fe₃O₄@β-CD دارای اندازه ذره ای حدود ۴۰ تا ۷۰ نانومتر و نمونهٔ دارای مایع یونی با زنجیره بلند (C۱۰) حدود ۵۰ تا ۸۰ نانومتر است. درنتیجه، این رویکرد هم از نظر اقتصادی و هم از نظر زیست محیطی، مزیت رقابتی بهمراه دارد. بطور دقیقتر، نیاز به غلظت های بالاتر برای رسیدن به راندمان مطلوب در تعدادی شرایط صنعتی مطرح گردیده است.
منبع: acak.ir
این مطلب آجاک را پسندیدید؟
(0)
(0)
تازه ترینهای مرتبط
نظر بینندگان آجاک در این باره