طراحی نانومواد مغناطیسی برگشت پذیر برای تفکیک آب از نفت
به گزارش رصد کالا، محققان دانشگاه زنجان و پژوهشکده علوم پایه (IASBS) موفق به ساخت نسل جدیدی از نانودی امولسیفایرهای سبز و مغناطیسی شدند که می تواند با بازده بالا، امولسیون های سخت آب در نفت را در صنایع نفتی بشکند.
به گزارش رصد کالا به نقل از ایسنا، محققان دانشگاه زنجان و پژوهشکده علوم پایه (IASBS) در یک همکاری تحقیقاتی، موفق به توسعه نسل جدیدی از دی امولسیفایرهای نانومغناطیسی سازگار با محیط زیست شدند که می تواند مشکل دیرینه 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 تأکید بر نانومواد مغناطیسی و مایعات یونی بر پایه 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 پایه 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 مادهه [Im-C۶][Br] و [Im-C۱۰][Br] را بعنوان 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.
بعد از ساخت پیش ماده های سیلان دار، این ترکیبات روی سطح Fe₃O₄@β-CD تثبیت شد تا نانودی امولسیفایر غائی شکل گیرد. بررسی های ساختاری شامل FT-IR، طیف سنجی NMR و تحلیل عنصری، صحت سنتز و حضور گروههای عاملی موردنظر را تأیید کرد. همین طور 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 نمونه 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 بازهم 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 گستره غلظتی ۱۰۰۰ تا ۵۰۰۰ ppm انجام شد. نتیجه ها نشان داد که نمونه دارای زنجیره آلکیلی بلندتر، یعنی Fe₃O₄@β-CD@[ImSi-C۱۰][Br]، کارآیی 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. همین طور با افزایش راندمان جداسازی، کاهش قابل توجهی در مقدار کشش سطحی بین دو فاز مشاهده شد که نشانه اثرگذاری مستقیم مایع یونی تثبیت شده در سطح نانوذره است.
یکی از با اهمیت ترین مزایای این فناوری، «بازیافت پذیری» آنست. دی امولسیفایر ساخته شده بعد از انجام پروسه جداسازی، با اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی جمع آوری شد و بعد از شستشو، در چرخه جدید مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان میدهد این نانوماده حداقل در پنج چرخه متوالی، عملکرد قابل قبولی را حفظ نموده است و این ویژگی، امکان استفاده 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 هزینه تمام شده نسبت به دی امولسیفایرهای سنتی بر پایه مایع یونی خالص می شود. درنتیجه، این رویکرد هم از نظر اقتصادی و هم از نظر زیست محیطی، مزیت رقابتی بهمراه دارد.
با این حال، تیم تحقیقاتی به محدودیت هایی هم اشاره نموده است. به طور دقیقتر، نیاز به غلظت های بالاتر برای دستیافتن به راندمان مطلوب در تعدادی شرایط صنعتی مطرح گردیده است. در عین حال، به سبب مصرف اندک مایع یونی، این مورد مشکلات اقتصادی چندانی ایجاد نمی نماید. محققان پیشنهاد داده اند در ادامه مسیر، امکان ساخت مایعات یونی جدید با زنجیره های مختلف یا تغییر آنیون ها بررسی شود تا کارآیی بیشتری حاصل شود.
به نقل از ستاد نانو و میکرو، نتایج این پروژه در نشریه Carbohydrate Polymers به چاپ رسیده است.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب