نام پژوهشگر: احمد اسدی نژاد

حذف فلزات سنگین سرب، کادمیوم و کروم با استفاده از زیست توده اصلاح شده و تثبیت شده در سدیم آلژینات
thesis وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه صنعتی اصفهان - دانشکده مهندسی شیمی 1392
  سیدامیر علوی   احمد اسدی نژاد

فلزات سنگین در پساب بسیاری از صنایع مانند صنایع استخراج روی و صنایع پتروشیمی، صنایع پالایش نفت، صنایع کاغذ سازی، صنایع دارویی، صنایع رنگسازی و صنایع فرآورده های پلاستیکی وجود دارند. راه یابی این فلزات به منابع آبی منجر به اضافه شدن آنها به زنجیره غذایی می شود که این عمل از طریق جذب این مواد توسط میکروارگانیسم های زنده صورت گرفته و سبب ایجاد مشکلات زیادی در موجودات زنده و انسان ها می شود. برای حذف فلزات سنگین روش های مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی به کار برده می شوند که در این میان استفاده از فرآیند بیوجذب مورد توجه محققین قرار گرفته است، زیرا روش مذکور با استفاده از یک سری مواد کم ارزش از نظر اقتصادی، قابلیت حذف بسیاری از فلزات سنگین را دارد. بیوجذب، جذب فیزیکی و شیمیایی فلزات سنگین توسط میکروارگانیسم های زنده وغیر زنده (باکتری، قارچ، جلبک) و سایر اجرام آلی (مانند سبوس برنج، پوست میوه، برگ وپوست درختان و...) است. در این پایان نامه از ضایعات گیاه گلدر و دو جلبک قهوه ای زاناردینی و مارجیناتوم برای بررسی حذف فلزات سنگین سرب، کادمیوم و کروم مورد استفاده شد. جاذب ها در ابتدا به صورت خام و سپس به صورت اصلاح شده با 4-فنیل-3-تیوسمی کاربازید و در نهایت با تثببیت در چهارچوب پلیمر سدیم آلژینات برای سه فلز، مورد استفاده قرار گرفت. برای این جاذب ها سه مدل ایزوترم لانگمویر، فرندلیچ و تمکین مورد بررسی قرار گرفت و نتیجه حاصل شده نشان از مطابقت داده های آزمایشگاهی با ایزوترم لانگمویر داشت. ایزوترم لانگمویر نشاندهنده ی جذب بر روی سطح هموژن به صورت یکنواخت می باشد که qm های محاسبه شده به صورت تئوری برای جاذب ها با qm آزمایشگاهی مطابقت قابل قبولی داشت. برای بررسی سینتیک فرآیند از مدل های شبه درجه دوم هو و نفوذ درون ذره ای استفاده گردید. ارائه مدل نفوذ درون ذره ای برای بررسی چند مرحله ای بودن فرآیند جذب که در تمام موارد جذب به صورت 2 یا 3 مرحله ای بوده، صورت گرفته است. در این مدل نمودارهای ظرفیت جذب بر حسب زمان، به صورتِ جذب در سطح بیوجاذب (خطی با شیب زیاد)، نفوذ در خلل و فرج (خطی با شیب متوسط) و نفوذ در درون ساختار بیوجذب ها (خطی با شیب بسیار اندک) می باشد. مدل شبه درجه دوم هو برای اکثر جاذب های خام و اصلاح شده مطابقت بالایی با داده های آزمایشگاهی داشته است. مهمترین پارامتر های موثر بر فرآیند جذب، شامل ph، غلظت اولیه و مقدار بیومس در این پروژه مورد بررسی قرار گرفتند و نتیجه ی حاصل شده نشان داد که شرایط بهینه phبرای حداکثر حذف از محلول آبی، 5/4 تا5/5 برای کادمیوم و سرب و 5/3 تا 5/4 برای کروم بوده است. از دیگر تاثیرات مهم مشاهده شده در نتایج پروژه، افزایش ظرفیت جذب با افزایش غلظت اولیه و افزایش درصد جذب با افزایش غلظت بیومس استفاده شده بوده است. لازم به ذکر است افزایش درصد جذب پس از رسیدن غلظت بیومس به یک مقدار مشخص متوقف می گردد.

افزایش تولید بیوگاز از لجن مازاد تصفیه¬خانه¬ی شهری با روش¬های مختلف پیش¬فراوری دماپایین
thesis وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه صنعتی اصفهان - دانشکده مهندسی شیمی 1392
  مهدی رفیعی   احمد اسدی نژاد

تحقیقات وسیعی جهت بهره بری کارآمد تر ، تسریع در فرایند تبدیل و کاهش حجم لجن مازاد در فرایند های تبدیل لجن تصفیه خانه¬های شهری به بیوگاز به عنوان یک منبع تجدیدپذیر انرژی در حال انجام می¬باشد.این سوبسترا حاوی ترکیبات آلی بالایی(cod حدود mg/lit 60000) جهت تولید بیوگاز بوده و همچنین آلوده¬کننده محیط¬زیست نیز می¬باشد. لجن مازاد تصفیه¬خانه شهری حاوی حجم بالایی از سلول¬های میکروبی با دیواره¬ی مقاوم می¬باشد که مانع دسترسی میکروارگانیسم¬ها به محتوای آلی این سلول¬ها می¬شود که این امر باعث کاهش بازدهی تولید بیوگاز و طولانی شدن زمان انجام فرایند تخمیر بی¬هوازی می¬شود. روش¬های بیولوژیکی ،شیمیایی و فیزیکی متنوعی جهت شکستن این سلول¬ها و تسریع این مرحله از فرایند تخمیر تاکنون بکارگرفته شده است که در این پروژه از دو نوع خوراک شامل: لجن ثانویه و لجن مخلوط(ترکیب لجن اولیه و ثانویه) استفاده شد ودر سری آزمایشات اول از روش¬های پیش¬فراوری قلیایی، اولتراسونیک و مایکروویو در دمای محیط و دمای 40 درجه¬ی سانتیگراد بر روی لجن مخلوط، به-منظور افزایش راندمان تولید بیوگاز و کاهش حجم لجن مازاد استفاده شد. هم¬چنین در سری دوم آزمایشات از روش¬های پیش-فراوری شیمیایی با هیدروژن پراکسید و قلیایی به وسیله سود و پتاس و پیش¬فراوری اسیدی با اسید کلریدریک بر روی لجن ثانویه در دمای محیط استفاده شد. در نتایج سری آزمایشات اول که به مقایسه¬ی پیش¬فراوری های قلیایی و اولتراسونیک و مایکروویو در دمای محیط و دمای میانی بر روی لجن مخلوط پرداخته شد، نشان داد که بیشترین بازدهی تولید بیوگاز مربوط به نمونه¬ی پیش¬فراوری قلیایی، سود در 12ph= و دمای 20 درجه سانتیگراد انجام شد و این مقدار برابر ml/gr cod 365 بدست آمدکه افزایش 242 درصدی را در این مورد نسبت به نمونه¬ی مبنا نشان می¬دهد. پس از آن بیشترین بازدهی مربوط به نمونه¬ای بود که در دمای 40 درجه سانتیگراد و 12ph= قلیایی با سود انجام شد و این مقدار برابر ml/gr cod 352 می¬باشد. افزایش درصد متان موجود در بیوگاز تولیدی از 50 درصد در نمونه¬ی لجن خام به 72 درصد در نمونه¬ی پیش¬فراوری شده با اولتراسنیک در دمای 20 درجه¬ی سانتیگراد بدست آمد که نشان دهنده¬ی بهبود کیفیت بیوگاز حاصل می¬باشد. و در نتایج سری دوم که به مقایسه روش¬های مختلف پیش¬فراوری شیمیایی در دمای محیط(20 درجه سانتیگراد) بر روی لجن ثانویه پرداخته شد، بیشترین درصد افزایش تولید بیوگاز نسبت به نمونه¬ی مبنا، مربوط به نمونه¬ی فراوری شده با koh و برابر72 درصد بود. پس از آن بیشترین بازدهی مربوط به نمونه¬ی فراوری شده با h2o2 در غلظت mg/l 2400 وبرابر 69 درصد بود. هم¬چنین بیشترین میزان افزایش درصد متان موجود در بیوگاز برای نمونه¬ی پیش¬فراوری شده با h2o2 در غلظت mg/l 2400 بدست آمد و این مقدار برابر 64 درصد می¬باشد.

سنتز جاذب نانوکامپوزیت پلیمری با استفاده از نانورس و کربن فعال در فوم پلی یورتان به منظور حذف آلاینده های نفتی از آب و پساب
thesis وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه صنعتی اصفهان - دانشکده مهندسی شیمی 1393
  امیر احمد نیک خواه   احمد اسدی نژاد

گسترش روز افزون فعالیت های صنعتی از یک سو و عدم رعایت الزامات زیست محیطی از سوی دیگرسبب شده است تا در دهه های اخیر مقادیر قابل ملاحظه ای از آلاینده های هیدروکربنی به وسیله عواملی نظیر دفع و تخلیه نامناسب فاضلاب هاو پسماندهای مراکز صنعتی، پخش آلاینده ها توسط نیروگاه ها، تصادف تانکرها و نفت کش ها و موارد دیگر، وارد محیط زیست، مخصوصاً محیط های آبی شوند. حضور این آلاینده ها سبب تخریب محیط زیست و بروز بسیاری از بیماری ها می گردد، لذا حذف این نوع از آلاینده ها اهمیت زیادی دارد. روش های حذف آلاینده های نفتی را می توان به سه دسته، روش های شیمیایی، روش های بیولوژیکی و روش های فیزیکی دسته بندی کرد. از میان این روش ها، روش های فیزیکی در صنایع کاربردی تر هستند. روش های فیزیکی حذف آلاینده های نفتی به روش های غشایی، جداکننده های ثقلی، تجهیزات شناور سازی گاز و جذب با انواع جاذب ها تقسیم می شوند. در میان روش های فیزیکی جذب به علت راندمان مناسب ببیشتر مورد توجه می باشد. برای حذف آلاینده های نفتی، جاذب های متفاوتی تاکنون بررسی شده که این جاذب ها به سه دسته کلی، جاذب های آلی سنتزی، جاذب های معدنی و جاذب های آلی طبیعی تقسیم می شوند. جاذب های آلی سنتزی به علت ساختار متخلخل دارای ظرفیت بالای جذب هستند ولی راندمان نامناسبی دارند و لذا نیاز به اصلاحات ساختاری و سطحی دارند. پلی یورتان یکی از جاذب های آلی سنتزی است که یک کوپلیمر با ساختار دوگانه سخت و نرم می باشد. قسمت سخت این پلیمر را ساختار یورتانی تشکیل می دهد و قسمت نرم مربوط به ساختار پلی اتر و یا پلی استر می باشد. در این پروژه ازدو نوع فوم پلی یورتان، سلول باز و سلول نیمه بسته برای حذف نفت خام از آب استفاده شد و جهت اصلاح ساختار آن ها برای افزایش استحکام و میزان آب گریزی از کربن فعال و نانو رس کلوزایت a20 استفاده شد. روش سنتز فوم های پلی یورتان اصلاح ساختاری شده با کربن فعال (جاذب های کامپوزیت) و نانورس کلوزایتa20 (جاذب های نانوکامپوزیت)به صورت دو ماده ای بود که ابتدا کربن فعال و نانورس کاملاً در پلی ال پخش می شوند و سپس عامل پخت پلی یورتان به آن اضافه می شود. نتایج آزمایشات نشان می دهد درصد وزنی بهینه کربن فعال در فوم پلی یورتان سلول نیمه بسته %5 و در فوم پلی یورتان سلول باز %2 است که به ترتیب موجب افزایش درصد جذب تا %21 و%17 گردیده است. حضور کربن فعال در ساختار فوم ها باعث افزایش شدید آب گریزی جاذب های کامپوزیت شده است و راندمان بازیافت نفت را در جاذب های کامپوزیت سلول باز و سلول نیمه بسته در درصد وزنی بهینه کربن فعال به ترتیب تا %28 و%73 در غلظت اولیه g/l20 از نفت خام افزایش داده است. از نانورس در فوم سلول باز استفاده شد که درصدوزنی بهینه نانورس در فوم پلی یورتان %3 بود که موجب افزایش درصد جذب تا %8 و افزایش راندمان بازیافت نفت تا %56 گردید. در این پژوهش از روش احیاء شیمیایی با حلال های نفتی، تولوئن و پترولیوم اتر استفاده شد که موجب افزایش راندمان بازیافت نفت و درصد جذب جاذب های فوم خالص سلول باز و سلول نیمه بسته و جاذب های کامپوزیت گردید. احیای شیمیایی جاذب های نانوکامپوزیت موجب افزایش درصد جذب در غلظت های پایین تا متوسط و کاهش درصد جذب در غلظت های اولیه بالا و موجب کاهش راندمان بازیافت نفت گردید. با مقایسه نتایج آزمون های جذب با مدل های هم دمای جذب لانگمویر، فروندلیچ و ردلیچ-پترسون، تطابق خوب با مدل ردلیچ-پترسون و لانگمویر مشاهده شد. برای بررسی مشخصات جاذب ها از تست طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (ft-ir) برای بررسی تولید پلی یورتان و از تست پراش پرتو ایکس (xrd) برای بررسی تولید جاذب نانو کامپوزیت و از میکروسکوپ نوری برای بررسی ساختار فومی جاذب ها و همچنین میزان پراکندگی کربن فعال استفاده شد.

بررسی پتانسیل تولید بیوگاز و بیوهیدروژن از ضایعات گیاه پنبه با پیش فراوری قلیایی
thesis وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه صنعتی اصفهان - دانشکده مهندسی شیمی 1393
  محسن قاسمیان   احمد اسدی نژاد

سوخت های فسیلی منابع تجدیدناپذیر انرژی هستند و اثرات بسیار بدی بر محیط زیست از قبیل خاک، آب، هوا و شرایط جوی می گذارند. این مشکلات سبب توجه ی جدی کشورها به استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی شده است. یکی از بهترین گزینه ها در این زمینه استفاده از انرژی به دست آمده از منابع زیست توده مانند بیوگاز و بیوهیدروژن است. تولید سالیانه 33 میلیون تن پنبه در جهان (سال 2012) باعث تولید مقادیر زیادی ضایعات از این گیاه می شود. در این پژوهش پتانسیل تولید بیوگاز و بیوهیدروژن از ضایعات گیاه پنبه (ساقه و غوزه ی پنبه) بررسی گردید. به منظور افزایش بازده تولید بیوگاز و بیوهیدروژن، پیش فراوری قلیایی با محلول هیدروکسید سدیم 8% وزنی در دمای صفر و 100 درجه ی سانتیگراد به مدت 10، 30 و 60 دقیقه و با محلول آمونیاک 4 و 8% وزنی در دماهای 40 و 80 درجه ی سانتیگراد و به مدت 6 و 12 ساعت انجام گردید. فرآیند هضم بی هوازی با مخلوط میکروبی به دست آمده از لجن حاصل از تصفیه خانه ی فاضلاب شمال اصفهان در شرایط مزوفیل در دمای 37 درجه ی سانتیگراد انجام شد. قبل از انجام آزمایش های تولید بیوهیدروژن به منظور حذف باکتری های مصرف کننده ی هیدروژن، مخلوط میکروبی به مدت 45 دقیقه و در دمای 85 درجه ی سانتیگراد پیش فراوری گرمایی شد. از نمونه های پیش فراوری شده (به جز غوزه در دوحالت پیش فراوری شده با هیدروکسید سدیم 8% وزنی، صفر درجه سانتیگراد و به مدت 60 دقیقه و پیش فراوری شده با آمونیاک 8% وزنی، 40 درجه سانتیگراد و به مدت 6 ساعت) نسبت به نمونه های پیش فراوری نشده بیوگاز بیشتری تولید شد. نمونه هایی که بیشترین تولید متان را داشتند برای تولید هیدروژن استفاده شدند. نمونه هایی که بیشترین تولید متان را داشتند برای تولید هیدروژن استفاده شدند. نتایج حاصل از تولید هیدروژن در این تحقیق، تطابق قابل قبولی با معادله گامپرتز که یک مدل سینتیکی برای توصیف تجزیه ی سوبسترا و تولید هیدروژن نسبت به زمان به روش ناپیوسته است، داشت. شاخص کریستالی اندازه گیری شده به روش ftir، برای نمونه های پیش فراوری شده نسبت به نمونه های پیش فراوری نشده کاهش نشان داد.تصاویر sem نمونه ها نشان داد که میزان تخلخل و سطح در دسترس نمونه های پیش فراوری شده نسبت به نمونه های پیش فراوری نشده افزایش یافته است.

بررسی تولید بیوگاز و بیوهیدروژن از زائدات گیاه آفتابگردان
thesis وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه صنعتی اصفهان - دانشکده مهندسی شیمی 1393
  سید مهدی حسامی   احمد اسدی نژاد

در این پژوهش از ساقه و برگ گیاه آفتابگردان به دلیل میزان بالای کربوهیدرات های موجود در آن برای تولید بیوگاز و بیوهیدروژن در دمای مزوفیل استفاده شد. جهت بهبود راندمان تولید بیوگاز و بیوهیدروژن از ساقه، پیش فرآوری بر روی آن توسط محلول 50% حجمی ایزوپروپانول در آب (پیش فرآوری توسط حلال آلی) در دماهای مختلف (140،120،100، 160و 180 درجه سانتیگراد) به مدت 30 و 60 دقیقه انجام شد. پیش فرآوری گرمایی نیز بر روی ساقه در دماها و زمان های مشابه با حالت قبل انجام شد. بیشترین مقدار متان تولید شده، 264 میلی لیتر به ازای هر گرم جامد فرار پس از پیش فرآوری توسط حلال آلی در دمای 180 درجه سانتیگراد به مدت زمان 60 دقیقه بدست آمد، که نسبت به نمونه پیش فرآوری نشده 113 درصد افزاش تولید متان را به دنبال داشت. با اضافه کردن 1% اسید سولفوریک به محلول پیش فرآوری، پیش فرآوری ها در دماهای 140، 160 و 180 درجه سانتیگراد تکرار شد. بیشترین مقدار متان تولید شده از نمونه پیش فرآوری شده توسط حلال آلی در دمای 160 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه، به مقدار 278 میلی لیتر به ازای هر گرم جامد فرار بدست آمد، که نسبت به نمونه پیش فرآوری نشده 121% افزایش تولید متان را به دنبال داشت. پیش فرآوری بر روی برگ توسط حلال آلی در دماهای مختلف (140،100 و180 درجه سانتیگراد) به مدت 30 و 60 دقیقه انجام شد و نتایج نشان دهنده اثر منفی پیش فرآوری بر روی آن بود. بمنظور افزایش تولید بیو هیدروژن، بر روی مخلوط میکروبی، پیش فرآوری شوک حرارتی در دو دمای 85 و100 درجه سانتیگراد به مدت زمان 15 و 45 دقیقه و پیش فرآوری اسیدی با استفاده از محلول اسید هیدروکلریک با تنظیم ph روی 2 به مدت 24 ساعت و پیش فرآوری ترکیبی به صورت ابتدا پیش فرآوری اسیدی و سپس پیش-فرآوری حرارتی انجام شد. بیشترین میزان هیدروژن تولید شده از پیش فرآوری شوک حرارتی در دمای 85 درجه سانتیگراد به مدت 45 دقیقه، از نمونه ساقه پیش فرآوری شده توسط حلال آلی در دمای 180 درجه سانتیگراد به مدت زمان 60 دقیقه به میزان 8/17 میلی لیتر به ازای هر گرم جامد فرار بدست آمد. برای نمونه ساقه پیش فرآوری نشده نیز مقدار 1/4 میلی لیتر به ازای هر گرم جامد فرار بدست آمد. از جامدات، مایعات و مخلوط جامد ومایع حاصل از پیش فرآوری توسط حلال آلی بر روی برگ و ساقه برای تولید هیدروژن استفاده شد. برای ساقه، بیشترین میزان هیدروژن تولید شده از نمونه های جامد حاصل از پیش فرآوری، مربوط به نمونه پیش-فرآوری شده در دمای 160 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه و با حضور کاتالیست، به مقدار 9/19 میلی لیتر به ازای هر گرم جامد فرار بدست آمد. بیشترین مقدار هیدروژن تولید شده از نمونه های مایع و مخلوط مایع و جامد حاصل از پیش فرآوری مربوط به دمای 160 درجه سانتیگراد به مدت 60 دقیقه و با حضور کاتالیست، به ترتیب به میزان 4/53 و 3/31 میلی لیتر به ازای هر گرم جامد فرار بدست آمد. میزان هیدروژن تولید شده از نمونه های جامد حاصل از پیش فرآوری برای برگ، مقادیر پایینی بدست آمد. بیشترین میزان هیدروژن تولید شده مربوط به نمونه پیش فرآوری نشده برابر با 9/4 میلی لیتر به ازای هر گرم جامد فرار بدست آمد. بیشترین مقدار هیدروژن تولید شده از نمونه های مایع و مخلوط مایع و جامد حاصل از پیش فرآوری برگ توسط حلال آلی مربوط به دمای 180 درجه سانتیگراد به مدت 60 دقیقه به ترتیب به میزان 1/42 و 5/18 میلی لیتر به ازای هر گرم جامد فرار بدست آمد. مقدار کل هیدروژن تولید شده از مخلوط جامد ومایع حاصل از پیش فرآوری در دمای 160 درجه سانتیگراد به مدت 60 دقیقه و با حضور کاتالیست برابر با 2/28 میلی لیتر به ازای گرم جامد فرار اولیه ساقه آفتابگردان و برای برگ در دمای 180 درجه سانتیگراد به مدت 60 دقیقه برابر با 2/14 میلی لیتر به ازای گرم جامد فرار اولیه برگ آفتابگردان بدست آمد. بیشترین درصد اسیدهای چرب فرار تولید شده برای تمامی نمونه ها در فرآیند تولید هیدروژن مربوط به اسید استیک و کمترین آن مربوط به اسید پروپیونیک بدست آمد. معادله گامپرتز اصلاح شده مطابقت خوبی با داده های آزمایشگاهی هیدروژن تولید شده داشت. نتایج آزمون ftir و sem به ترتیب نشان دهنده کاهش بیشتر میزان شاخص بلورینگی و تخریب بیشتر ساقه آفتابگردان در طی پیش فرآوری توسط حلال آلی در مقایسه با پیش-فرآوری گرمایی است.

تهیه و توصیف خواص گرمایی، ریخت شناسی و رئولوژی نانوکامپوزیت زیست تخریب پذیر بر پایه آمیخته پلی لاکتیک اسید/ اتیلن-وینیل استات کوپلیمر/ نانورس
thesis وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه صنعتی اصفهان - دانشکده مهندسی شیمی 1393
  ابوالفضل سرچاهی   حسین علی خنکدار

در این پروژه به منظور رفع معایب پلی لاکتیک اسید و بهبود خواص گرمایی، ریخت شناسی و رئولوژی، نانو کامپوزیتی از آن با یک کوپلیمر چقرمه مانند اتیلن- وینیل استات (eva) و نانو ذرات رسی تهیه شد و خواص فوق در شرایط مختلف(ترکیب درصد متفاوت اجزا) برای رسیدن به نتایج بهینه مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت.رویکرد ما برای رسیدن به این هدف، تهیه نانوکامپوزیتی از پلی لاکتیک اسید، کوپلیمر اتیلن- وینیل استات و نانو ذرات رسی در حضور یک سازگارکننده ی واکنشی پلیمری ویژه سه تایی بر پایه بوتیل اکریلات و گلایسیدیل متاکریلات و اتیلن با روش اختلاط مذاب است، که حضور سازگارکننده، باعث افزایش سازگاری ترمودینامیکی بین پلی لاکتیک اسید و کوپلیمر می شود. سپس مکانیسم های بهبود خواص بر پایه ی آزمون های پراش پرتو ایکس( xrd)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، گرماسنج پویشی تفاضلی (dsc) و رئولوژی مذاب مطالعه گردید.

بررسی اثر هیدروترمال بر روی خواص مکانیکی و کهنگی فوم عایق پلی یورتان
thesis وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه صنعتی اصفهان - دانشکده مهندسی شیمی 1393
  حمید حموله   احمد اسدی نژاد

هزینه های بالای تولید، انتقال و توزیع انرژی برای مصارف خانگی و صنعتی، موجب گسترش روش ها و راهکارها ی با راندمان بالا برای جلوگیری از هدر رفت انرژی شده است. فوم های سخت پلی یورتان به عنوان عایق حرارتی پلی یورتان نسبت به سایر عایق های حرارتی از راندمان عملکرد مطلوب تری برخوردار است که این خود بزرگ ترین مزیت استفاده فراوان و گسترده از عایق پلی یورتان است. از این نوع عایق برای ساخت کانال¬های کولر و مجاری تهویه در ساختمان¬ها وعایق کاری لوله¬های انتقال درون محیط های آبی استفاده می¬شود. به طورکلی باگذشت زمان محصولات مصرفی خواص خود را از دست می¬دهند و می بایست با مواد جدید جایگزین شوند. برای دانستن عمر مفید محصولات، آزمون های کهنگی به صورت طبیعی و تسریع شده بکار گرفته می¬شوند. برای تسریع در پدیده کهنگی شرایط محیطی را سخت نموده تا مدت زمان کهنگی کم شود؛ بنابراین می توان در مدت زمان کوتاهی تغییرات خواص را مشاهده نمود و با برونیابی تغییرات آن را در مدت زمان های بیشتر پیش بینی کرد. در تحقیق حاضر اثرات هیدروترمال بروی خواص مکانیکی فوم سخت پلی یورتان بررسی شده است. منظور از شرایط هیدروترمال، شرایطی است که حرارت و رطوبت همزمان وجود دارد. برای این منظور نمونه های مختلف با توجه به استانداردهای مربوطه آماده و درون آب مقطر برای مدت 6 روز با دمای اتاق نگه داری شدند و پس از اطمینان از نفوذ کامل آب، نمونه¬ها به ظروف حاوی آب مقطر با دماهای 70 و 95 درجه سانتی گراد منتقل شدند و یک نمونه در دمای 20- درجه سانتیگراد قرار داده شد. این شرایط برای مدت زمان های 16، 26 و 33 روز حفظ شد. سپس نمونه ها از شرایط آزمایشگاهی مذکور خارج و برای انجام آزمون های شناسایی آماده شدند. برای اطمینان از عدم حضور آب در نمونه¬ها، به مدت 48 ساعت در دمای 70 درجه سانتی گراد درون آون نگه¬داری شدند. آزمون های شناسایی عبارت اند از آزمون فشار، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) ، وبازتاب کل تقلبل یافته-تبدیل فوریه مادون قرمز(atr-ftir). نمودارهای تنش- کرنش فشاری نشان از کاهش مقاومت فشاری فوم با افزایش دما و زمان کهنگی داشت. این کاهش در دماهای 95 و 20- درجه سانتی گراد و برای مدت زمان های 16، 26 و 33 روز کهنگی مشاهده شد. با افزایش دما و زمان کهنگی انحراف منحنی¬ها از منحنی نمونه بدون کهنگی بیشتر شد. این انحراف در دمای 95 درجه سانتی¬گراد و مدت 33 روز در تنش ثابت تا 10% کرنش مشاهده شد. اثر دما بر روی تخریب فوم پلیمری بیشتر از اثر زمان دیده شد. در نتیحه، افزایش دما، سینتیک تخریب را افزایش داد. تصویرهای آزمون sem آثار تخریب ساختار ظاهری فوم در زمان ها و دماهای کهنگی متفاوت را نشان داد. در دمای 95 درجه سانتی گراد و مدت 33 روز کهنگی، این اثر برجسته تر بود. آزمون atr-ftirبه عنوان آزمونی جهت شناسایی تخریب شیمیایی ساختار پلیمری فوم انجام شد. این آزمون برای نمونه¬های 33 روز کهنگی با دماهای 95 و 20- درجه سانتی¬گراد بکار گرفته شد. در دمای 20- درجه سانتی گراد به دلیل عدم حضور حرارت و وجود آب، تنها عامل تخریب هیدرولیز بود. لکن، در دمای 95 درجه سانتی-گراد تخریب بیشتری مشاهده شد. در حقیقت این تخریب حرارتی به تخریب ناشی از هیدرولیز افزوده شده است. با مقایسه طیف¬های دو نمونه می¬توان گفت عامل اصلی تخریب پدیده هیدرولیز بوده و به مراتب بیشتر از تخریب حرارتی سبب از بین رفتن ماده پلیمری شده است. آزمون جذب آب برای تعیین ضریب نفوذ آب به درون فوم پلی¬یورتان در دماهای 25، 70 و 95 درجه سانتی¬گراد انجام شد. محاسبه ضریب نفوذ برای این سه دما نشان از وابستگی شدید به دما دارد. برای به دست آوردن این وابستگی و بیان آن در قالب رابطه ریاضی، از معادله آرنیوس استفاده شد. این رابطه، دقیق ترین رابطه تجربی است که برای نفوذ در جامدات مورد استفاده قرار می¬گیرد. از این رابطه ضریب نفوذ در دمای بینهایت و انرژی فعال سازی برای نفوذ آب درون فوم سلول بسته پلی¬یورتان محاسبه شد. برون یابی کهنگی 16، 26، و 33 روز در دمای 95 درجه سانتی گراد به ترتیب برابر348، 566 و 730روز بود.