تحقیقات نانو

طراحی و ساخت غشاهای نانوکامپوزیت پلیمری و بررسی خواص عبوردهی گاز آنها

هدف از اجرای این پروژه مطالعه و بررسی اثرات افزودن نانوذرات به غشاهای پلیمری، ساخت و ارزیابی خواص عبوردهی غشاهای نانو کامپوزیت های پلیمری است.

غشاهای نانو کامپوزیتی کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف مرتبط با جداسازی و خالص سازی دارند؛ بعنوان مثال در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی از این غشاها می‌توان برای جداسازی و خالص سازی گازها، شیرین سازی گاز طبیعی جداسازی هیدروکربنهای سنگین از گاز طبیعی، جداسازی اولفینها از پارافینها، خالص سازی هیدروژن، جداسازی بخارات آلی از گازهای دائمی و همچنین در فرآیندهای جداسازی مایعات و فرایندهایی مانند  Pervaporation استفاده کرد. 

در این پروژه، پس از بررسی نظری انواع پلیمرهای مورد استفاده در غشاها و بررسی اصول انتقال گاز در غشاهای لاستیکی و شیشه ای و همچنین بررسی عوامل موثر بر عبور دهی و انتخاب پذیری در غشاهای پلیمری، پلیمرهای مناسب برای تهیه نانو‌‌ کامپوزیت و غشاهای نانو کامپوزیت با هدف جداسازی گازها انتخاب شدند و خواص آنها مورد بررسی قرار گرفت. با بررسی افزودن نانو ذرات به غشاهای پلیمری نیز، نانو ذرات مناسب انتخاب گردید. در مراحل آزمایشگاهی پروژه، نمونه های نانو کامپوزیت با درصدهای مختلف تهیه گردید و خواص عبور دهی آنها با گازهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت.

 

 بررسی آسیب های فناوری نانو بر سلامت انسان  و ارائه راهکارهای پیشگیرانه

استنشاق یکی از عمده راه‌های تماس انسان با نانو ذرات در هوا می‌باشد. ذرات معلق در هوا بویژه در مقیاس نانو در مسیرهای هوایی بر جداره ریه ها آسیب رسانده و از لایه های مخاطی و درون پوشش جابجا می‌شوند و در قسمت انتهایی ریه ها باعث التهاب ریه می‌گردند. در ناحیه کیسه های هوایی نانو ذرات وارد جریان خون وارد و از طریق آن به سایر قسمت های بدن منتقل می‌شوند. نانو ذرات در خون با چسبیدن بر روی سلولهای خونی باعث انعقاد خون و ایجاد تصلب شریان‌ها و عوارض قلبی و عروقی می‌گردند. نانو ذرات در جریان خون به سمت مغز از موانع خونی احاطه کننده مغز گذشته و به آن وارد می‌شوند و باعث تنش اکسید اتیو و آسیب به مغز می‌شوند .نانو ذرات می‌توانند از پوست بویژه از منافذ رویش مو در پوست وارد شوند و باعث ایجاد حساسیت، التهاب، خارش و قرمزی پوست شوند. از طریق جریان خون نانو ذرات وارده به بدن (از طریق استنشاق‌‌ پوست و بلع) به اندامهای کبد، کلیه ها، قلب، استخوانها و ... می‌رسند و به آنها آسیب می‌رسانند که از جمله می‌توان به عوارض فیبروسیس، سیلیکوسیی، آندروسیس ریه ها اشاره نمود. تحقیقات انجام شده عمدتا بر روی موش آزمایشگاهی بوده و اثرات مسمومیت در موجودات بزرگتر چون خرگوش، خوکچه، سگ مشاهده نشده و یا دارای تفاوتهایی می‌باشد. شواهدی مبنی بر اثرات مسمومیت نانو ذرات مهندسی شده بر انسان تاکنون گزارش نشده است.

 

ارزیابی کاربرد نانو فناوری و بررسی فنی - اقتصادی آن در کاهش و کنترل آلودگی های زیست محیطی به منظور راهبری طرح

کاربردهای زیست محیطی نانو تکنولوژی پتانسیل لازم برای متحول ساختن صنایع مرسوم را دارا می‌باشد. لذا بررسی وجوه مهم و تاثیر گذار کاربرد این فناوری در کاهش و کنترل آلودگی های زیست محیطی کاملاً ضروری است.

نانو فناوری توانایی تحول عظیمی را در صنایع مختلف دارد و می‌توان از آن در بخشهایی مانند محیط زیست، الکترونیک، داروسازی و ارتباطات بهره گرفت. بااین همه در بررسیهای انجام شده مشخص شده است که مطالعات اندکی در خصوص اثرات این فناوری بر محیط زیست و سلامت انسانها انجام پذیرفته است. به این ترتیب ضرورت تحقیق و تفحص در این خصوص و توسعه این فناوری درجهت توسعه پایدار کاملا الزامی به نظر می‌رسد. در این پروژه علاوه بر بررسی اسناد و گزارشهای متنوع، سعی بر آن بوده است که ضمن تحقیق در مورد مزایای کاربرد نانو فناوری در محیط زیست به خطرات و اثرات سوء احتمالی نیز پرداخته شود. در این تحقیق به بررسی فنی و اقتصادی استفاده از نانو فناوری و کاربرد نانو فناوری در کنترل آلاینده‌‌ های زیست محیطی پرداخته می‌شود. ارزیابی فناوری و ارزیابی ریسک و ایمنی فناوری نانو نیز بخشهای دیگری از این پروژه می‌باشند.

 

ساخت نانوذرات آهن و اکسید آهن و بررسی کاربردهای آنها

هدف از انجام این پروژه، ساخت نانو ذره اکسید آهن،‌ آهن و پوشش دهی آن و بررسی کاربردهای آن در کاهش آلودگی محیط زیست می‌باشد.

در این پروژه نانو ذرات آهن و اکسید آهن به روش میکرواموسیون تهیه شدند و مشخصات فیزیکی آنها توسط تکنیک های TEM، BET، SEM، XRD بدست آمد. کاربرد نانو ذره آهن برای برطرف کردن آلودگی زیست محیطی مورد بررسی قرار گرفت. آلودگی نیترات تا حدود 95% و آلودگی جیوه تا حدود 99% برطرف شده است. نمونه سنتزی دو برابر بهتر از نمونه خارجی عمل کرده است. بررسی اقتصادی اولیه نیز نشان دهنده سودمند بودن تولید این نانو ذرات می‌باشد.

 

طراحی دوغابهای سیمان سنگین وزن با کمک نانوفناوری به منظور بهبود بخشیدن خواص رئولوژیکی و بالا بردن مقاومت تراکمی سنگ سیمان

 

تکنولوژی سیمان سنگین وزن که بر مبنای افزایش مواد افزودنی سنگین کننده بنا شده جهت حل مشکلات سیمانکاری چاههای نفت و گاز در نظر گرفته شده است، چرا که بدست آوردن استحکام تراکمی کافی و زود هنگام با نفوذ پذیری پایین و با قابلیت مهار مهاجرت گاز در هنگام استفاده از دوغابهایی با چگالی بالا در شرایط چاه بسیار مشکل است. لذا جهت جلوگیری از هرزروی سیال، خالی ماندن فضای حلقوی بین لوله جداری و دیواره چاه، ایجاد ایزولاسیون مناسب لایه ها، زمان کمتر WOC،پوشش سیمانی محکمتر، نفوذپذیری و تراوایی کمتر، مهار مهاجرت گاز و ...... اجرای این تحقیق ضروری به نظر میرسد. نتایج حاصل از پروژه در کلیه شرکتها و بخش خصوصی و دولتی که در امر سیمانکاری چاههای نفت و گاز فعالیت دارند قابل کاربرد است.

 

امکان سنجی اولیه جداسازی الماسواره ها از میعانات گازی

الماسواره ها ترکیبات هیدروکربنی می‌باشند که همراه با میعانات گازی هستند و موجب ایجاد رسوب در خطوط  انتقال و همچنین تجهیزات پالایشگاهی می‌شوند، بطوریکه با جداسازی آنها این مشکل می‌تواند مرتفع گردد. از طرف دیگر، کاربردهای این مواد در زمینه های تحقیقاتی نانوتکنولوژی و همچنین داروسازی و میکرو الکترومکانیک رو به گسترش می‌باشد. بنابراین این پروژه در راستای حصول به روشهای جداسازی این ترکیبات از میعانات گازی تعریف شده است. البته باید توجه داشت که جداسازی الماسواره ها هزینه کمتری نسبت به سنتز آنها دارد و در این زمینه روش کروماتوگرافی ستونی با جاذب زئولیت و روش دستگاهی ستون HPLC مطرح می‌باشد.

 

ساخت فرمولاسیون میکروامولسیونی از دو نوع سم در حد نانو و مقایسه کارایی آنها با فرمولاسیونهای رایج در کنترل آفات صنعتی بهداشتی

هدف از انجام پروژه ساخت یک فرمولاسیون از نوع میکروامولسیون جهت کنترل آفات صنعتی و مقایسه آن با فرمولاسیونهای رایج در مقیاس ریز نانو به منظور مصرف کمتر و کاراتر سموم مصرفی می‌باشد. سموم مورد استفاده به شکل ذرات ریز در حد نانو و به صورت امولسیون ساخته خواهد شد. در انجام این پروژه از دو سم پرمترین، بوتاکلر، سورفکتانت، کوسورفکتانت و افزودنیهای دیگر استفاده خواهد شد.

اغلب سموم بکار رفته در فرمولاسیون آفت کش در آب حلالیت کمی دارند، بنابراین از حلالهای آلی بطور گسترده استفاده می‌شود. این حلالها هم سرطان زا بوده و هم سبب آلودگی محیط زیست می‌گردند. برای کاهش عمده بروز این مشکلات از فرمولاسیون نوع میکروامولسیون استفاده میشود. با استفاده از این فرمولاسیون آزاد شدن و رسیدن ماده موثر به محل تاثیر (آفت) به نحو کنترل شده ای صورت می‌گیرد. با ایجاد یک مانع بین ماده موثره و محل اثر، می‌توان به جذب کنترل شده ماده موثره دست یافت. از این دو فرمولاسیون برای کنترل علفهای هرز و حشرات ناقل بیماری استفاده می‌شود. با استفاده از نتایج حاصل از این پروژه می‌توان به مزایای ذکر شده  دست یافت که در مجموع موجب مصرف کمتر ولی کاراتر سموم مصرفی خواهد شد.

در این پروژه تعداد هفتاد و هفت فرمولاسیون از دو سم ساخت پتروشیمی اراک که از نوع میکروامولسیونی (ME) بودند انجام گردید. با انجام ارزیابیهای سریع بر روی نمونه های فرموله شده نظیر مشاهده آنها از نظر کدورت یا دو فاز شدن و تستهای رقیق سازی، حدود ده فرمولاسیون مناسب تشخیص داده شد. نمونه های انتخاب شده جهت انجام تست های ترمودینامیکی آماده شدند. در نهایت دو نمونه انتخاب گردیدند و از این دو نمونه برای انجام تستهای گلخانه ای و اندازه گیری قدرت کشندگی حشرات و مقایسه آنها با فرمولاسیونهای رایج نظیر کنسانتره های امولسیونی (EC)  استفاده شد. هر دو نمونه میکروامولسیونی فرموله شده مناسب تشخیص داده شد که قابل مقایسه با فرمولاسیونهای رایج (EC)  بوده و هیچگونه تفاوت معنی داری بین آنها وجود ندارد.

 

ارائه روش و ساخت نانوذرات اکسید روی به روش سوزاندن امولسیونی

هدف پروژه ارائه روش و ساخت اکسید روی در مقیاس نانو ابعاد کنترل شده به روش احتراق امولسیونی می‌باشد. این نانو اکسید به عنوان جاذب سولفید وH2S در محیط های سیال حفاری مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.

در این پروژه با بررسی مواد اولیه معدنی و آلی حاوی روی، ترکیب مناسب روی با توجه به قابلیت انحلال، پایداری محلول و امولسیون انتخاب گردید. با توجه به نتایج حاصله، روش احتراق محلول های پایه آبی برای تولید نانو اکسید روی در نظر گرفته شد. محلول هایی با درصدهای مختلف وزنی از نمک آلی روی تهیه و فرآیند سوزاندن در شرایط مختلف دما، سرعت پاشش و نسبت هوا به محلول، اسپری انجام شد. همچنین ارزیابی جذب H2S توسط نمونه های ساخته شده در محیط گل حفاری صورت گرفت . مواد اولیه استفاده نشده و بخصوص انتخاب حلال آب برای ساخت نانو ذرات اکسید روی باعث شده است که فرآیند به کاربرده شده، یک فرآیند سبز و سازگار با محیط زیست باشد.

 

ساخت مشتقات فولرن از مخلوط تجاری فولرنها

هدف از انجام این پروژه تهیه مشتقات (محلول در روغن) فولرن از دوده (به عنوان ماده اولیه) جهت بهبود عملکرد روغن های موتور تجارتی در فشارهای زیاد است.

بنابر نتایج اولیه بدست آمده در پژوهشگاه در ارتباط با ساخت مواد افزودنی فولرن دار و استفاده از آنها در فرمولاسیون روغنهای موتور تجاری، معلوم شده است این ترکیبات شیمیایی خواص روغن های مذکور را از نظر نقطه ریزش روغن و عملکرد آن در فشارهای زیاد به میزان قابل توجهی بهبود می‌بخشند. همچنین این نتایج نشان  می‌دهند که سازگاری خوبی با اجزای اصلی روغن دارند.

فولرن به عنوان یکی از آلوتروپ های کربن ، از ساختاری تقریبا" کروی برخوردار است. به دلیل همین ساختار کروی و قابلیت تحمل فشار زیاد آن به میزان 3000 اتمسفر، می‌توان از آن به عنوان ساچمه ( در ابعاد مولکولی ) در میان سطوح روانکاری شونده استفاده نمود. به این ترتیب ضمن کاهش قابل توجه اصطکاک میان این سطوح فرسایش قطعات داخل موتور به حداقل کاهش می‌یابد. علاوه بر این با در نظر گرفتن اینکه فولرن فقط از کربن ساخته شده است، از قابلیت خوبی در جلوگیری از اکسایش روغن موتور و تشکیل رسوبات حاصل از این فرآیند در داخل موتور برخوردار است.

در این پروژه دستگاه تولید فولرن با روش قوس الکتریکی در پژوهشگاه صنعت نفت طراحی و ساخته شد و اجزای مورد نیاز برای این منظور برای راکتور اصلی نصب گردید. به این ترتیب دوده حاوی مخلوط فولرن ها C60 و C70 با برقراری قوس الکتریکی میان دو الکترود گرافیتی در اتمسفر گاز هلیم و فشارهای کمتر از یک اتمسفر تهیه شد. همچنین عوامل موثر بر تشکیل این مخلوط مانند اختلاف پتانسیل میان دو الکترود، میزان جریان و فشار گاز هلیم، زمان جرقه و  الکترودها مورد ارزیابی قرار گرفت.

 

تهیه مشتق محلول در بنزین نانولوله های کربنی و بررسی تاثیر آنها بر عملکرد بنزین و آلاینده های آن

هدف از انجام این پروژه ساخت مشتق آمین دار نانو لوله های تهیه شده در پژوهشگاه با روش بدون حلال و فرمولاسیون این مشتق در بنزین و بررسی تاثیر آنها بر عملکرد بنزین از لحاظ عدد اکتان و تولید آلاینده ها می‌باشد.

حلالیت بسیار کم نانو لوله های کربنی در حلال های آلی و نفتی باعث شده است تا کاربردهای آنها محدود شده و ناشناخته بماند. یکی از بهترین و موثرترین روشها برای این منظور، افزایش حلالیت و قابلیت توزیع نانو لوله ها در حلال های نفتی با شیوه مشتق سازی است. استفاده از مشتقات نانو لوله های کربنی در بنزین به دلیل قابلیت جذب رادیکالها مزایایی چون بهبود عدد اکتان و کمک به بهسوزی آن را به همراه دارد. از سوی دیگر چون نانو لوله ها نقش کاتالیزگری دارند، می‌توانند ضمن بهسوزی بنزین آلاینده های منتشر شده از آن را کاهش دهد.

در این پروژه مشتق نانو لوله های تک جداره، چند جداره و مخلوط تهیه شده در پژوهشگاه با آمین های چرب تهیه می‌شوند. در مرحله بعد این مشتقات به عنوان مواد افزودنی در بنزین حل شده و با روش های استاندارد تاثیر آنها بر خیزان عدد اکتان بنزین و انتشار آلاینده های اگزور مورد بررسی قرار می‌گیرد. این نتایج نشان می‌دهند که با به کارگیری مشتقات نانو لوله ای تک جداره و مخلوط در بنزین عدد اکتان به میزان 7/2 و 6/2  واحد نسبت به بنزین بدون سرب (و بدون افزودنی ) قابل افزایش است.

 

بررسی تاثیر فولرن C60 و مشتقات آن بر عملکرد بنزین

هدف از انجام این پروژه بررسی تاثیر فولرن و مشتقات آن بر عملکرد سوخت بنزین در موتور اتومبیل و میزان مصرف آن است.

بر اساس یافته های موجود در منابع و محصولات تجارتی موجود در بازار، پیش بینی میشود با افزودن فولرن C60  یا مشتقات آن به سوخت اتومبیل نه تنها از حجم رسوبات محفظه احتراق کاسته می‌شود بلکه با تشکیل یک لایه مقاوم از فولرن بر روی قطعات در حال تماس این محفظه ضریب اصطکاک موتور کاهش یابد. به این ترتیب با افزایش فضای مفید محفظه احتراق موتور قدرت آن به نحو محسوسی افزایش یافته و مصرف سوخت نیز کاهش می‌یابد.

در این پروژه نخست تاثیر فولرن و مشتق آن بر میزان غلظت آلاینده های موتور یک اتومبیل (در غلظتهای مختلف ترکیبات فوق) مورد ارزیابی قرار میگیرد. سپس غلظت ترکیب موثر و غلظت بهینه از آن تعیین می‌شود. در مرحله بعد فرمولاسیون مناسب از بنزین تهیه شده و تاثیر این سوخت بر کاهش مصرف سوخت و پاک کنندگی موتور اتومبیل تعیین خواهد شد. همچنین ضمن سنتز سه مشتق آمینی، اتری و الکیلی فولرن ، شرایط انحلال این نانوذره در بنزین فراهم می‌آید. علاوه بر این میزان کاهش فولرن و مشتقات آن بر کاهش مصرف سوخت و آلاینده های موتور خودرو های پژو تعیین می‌گردد.

 

ساخت نانو ذره سیلیکا (SiO2)

/ 0 نظر / 76 بازدید