مطالعات ترمودینامیکی سیستم های دو فازی آبی متشکل از«مایعات یونی» و برخی الکترولیت ها (فسفات ها، سیترات ها و ...)؛گزینه ای بدیع در جهت «استخراج مایع-مایع پاک»

چکیده: با توجه به کاربردهای متنوع سیستم های دوفازی آبی، این کار پژوهشی به مطالعه رفتار ترمودینامیکی سیستم های دوفازی آبی متشکل از مایعات یونی آبدوست، به عنوان گزینه ای بدیع در راستای اهداف «تکنولوژی پاک» می پردازد. این سیستم ها از انحلال یک مایع یونی آبدوست و یک نمک «سازنده ساختار» در آب در بالاتر از یک غلظت معین تهیه می شوند. در این کار پژوهشی، دیاگرام فاز (منحنی باینودال و خطوط ارتباطی) سیستم های دوفازی آبی {[c4mim]br–k3po4} و{[c4mim]br–k2hpo4} در دمای t = 298.15k و دیاگرام فاز سیستم های دوفازی آبی {[c4mim]br–k3cite}، {[c4mim]br–na3cite} و {[c4mim]cl–k3cite} در سه دمای t = (278.15, 298.15 and 318.15) k بطور تجربی اندازه گیری شده است. اثر نوع نمک، نوع مایع یونی و دما بر روی دیاگرام فاز این سیستم ها مورد مطالعه قرار گرفته است. مطالعه اثر نوع نمک بر روی منحنی باینودال نشان می دهد که با افزایش میزان آبپوشی آنیون و کاتیون، ناحیه دوفازی وسیع تر می شود. همچنین، با افزایش میزان آبپوشی آنیون و یا کاتیون نمک فاز غنی از مایع یونی غلیظ تر و فاز نمکی رقیق تر می شود. دما بر روی منحنی باینودال و خطوط ارتباطی این سیستم ها تأثیر قابل ملاحظه ای نداشته، با افزایش دما ناحیه تک فازی بطورجزئی وسیع تر می شود. مطالعه اثر نوع مایع یونی نیز نشان می دهد که با کاهش میزان آبپوشی آنیون تشکیل دهنده مایع یونی ناحیه دوفازی منحنی باینودال وسیع تر، و در ارتباط با خطوط ارتباطی فاز غنی از مایع یونی غلیظ تر و فاز نمکی رقیق تر می شود. سیستم دو فازی آبی متشکل از یک مایع یونی آبدوست و یک نمک سیترات ـ که به آسانی زیست تخریب پذیر است ـ می تواند محیط پاکی را برای جداسازی «سبز» بیومولکول ها فرآهم آورد. مطالعات فوق نشان داده است که سیستم دوفازی متشکل از مایع یونی[c4mim]br و نمک پتاسیم سیترات نسبت به دیگر سیستم های دوفازی آبی «مایع یونی- نمک سیترات» مورد مطالعه در این کار پژوهشی، ناحیه دوفازی وسیع تری را در دمای t = 298.15 k داراست. از اینرو، علاوه بر بررسی تأثیر دما که در بالا به آن اشاره شد، تأثیر ph محیط آبی نیز بر روی قابلیت تشکیل دو فاز در این سیستم مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این راستا، دیاگرام فاز سیستم دوفازی آبی ادامه چکیده {[c4mim]br–potassium citrate} در چهار ph محیط آبی ph = (5.00, 6.00, 7.00 and 8.00) بطور تجربی اندازه گیری شده است. تأثیر ph محیط آبی بر روی دیاگرام فاز این سیستم ها مورد مطالعه قرار گرفته، معلوم شده است که با افزایش ph محیط آبی ناحیه دوفازی منحنی باینودال وسیع تر می شود. در ارتباط با تأثیر ph محیط آبی بر روی خطوط ارتباطی این سیستم نیز، نشان داده شده است که با افزایش ph محیط آبی فاز غنی از مایع یونی غلیظ تر و فاز نمکی رقیق تر می شود. لازم به ذکر است که از شاخص های ترمودینامیکی مانند ضریب b ویسکوزیته، و ضریب b nmrو یا انرژی آزاد گیبس آبپوشی، ?ghyd ، به عنوان مقیاسی برای میزان آبپوشی یون ها استفاده شده است. همچنین، اثر نوع نمک، نوع مایع یونی، دما و ph محیط آبی، بر روی توانایی تشکیل دوفاز در سیستم های حاوی نمک سیترات مورد مطالعه در این کار پژوهشی، بر اساس مقدار «ضریب نمک زدایی» که از برازش داده های خطوط ارتباطی این سیستم ها با معادله «ستسچینو» بدست می آید، مورد ارزیابی قرار گرفته است. این مطالعات نشان داده است که مقدار این «ضریب نمک زدایی» با افزایش میزان «آبپوشی ترجیحی» مایع یونی در این سیستم ها افزایش می یابد. شایان ذکر است که داده های منحنی باینودال سیستم های دوفازی آبی متشکل از مایع یونی[c4mim]cl و نمک های k3po4، k2hpo4 و یا k2co3 نیز که جهت بررسی اثر نوع نمک مورد نیاز بوده است بطورتجربی در دمای t = 298.15 k اندازه گیری شده است. در بخش تئوری، از معادله ریاضی مرچاک برای همبستگی داده های تجربی و همچنین پیش بینی منحنی های باینودال در سیستم های مورد مطالعه استفاده می شود. مدل های ترکیب موضعیnrtl و wilson اصلاح شده برای سیستم های سه تایی پلیمر-نمک-آب، برای سیستم های سه تایی مایع یونی-نمک- آب مورد مطالعه در این کار پژوهشی توسعه داده شده اند و از آنها برای مدل سازی داده های تجربی تعادل مایع-مایع سیستم های مذکور استفاده شده است. در بخش دیگر از این کار پژوهشی، در سیستم دوفازی آبی {[c4mim]br–potassium citrate} به عنوان یک سیستم «پاک»، رفتار توزیع بین دو فاز برخی اسیدهای آمینه شامل تریپتوفان (trp)، فنیل آلانین (phe)، تیروزین (tyr)، لوسین (leu)، و والین (val) که دارای شاخص های ساختاری/ فیزیکوشیمیایی متمایز می باشند، تحت شرایط توزیع مختلف (ترکیب سیستم وph)، مورد ارزیابی قرار گرفته است. توزیع اسیدهای آمینه در بین دوفاز در حال تعادل در سه ph محیط آبی ph = (5.00, 6.00, and 7.00) مورد مطالعه قرار گرفته است. مطالعات این بخش از کار پژوهشی نشان می دهد که تحت شرایط توزیع (ترکیب سیستم وph) مورد مطالعه، اگرچه برهمکنش های الکترواستاتیک و اثرات «نمک زدایی» در سیستم، در انتقال اسیدهای آمینه (بویژه اسیدهای آمینه آروماتیک حجیم) به یک فاز معین مهم می باشند؛ ولی، برهمکنش های آبگریزی مهمترین فاکتور تعیین کننده توزیع اسیدهای آمینه در بین دوفاز در حال تعادل می باشند. همچنین، از آنجایی که کاربرد موفق یک سیستم دوفازی آبی در فرآیندهای استخراج بوضوح منوط به پیش بینی رفتار توزیع بین دو فاز مولکول هدف در آن می باشد؛ از این رو، با تجزیه و تحلیل آماری فاکتورهای تعیین کننده توزیع اسیدهای آمینه در سیستم دوفازی آبی مایع یونی-نمک مورد مطالعه، یک مدل ریاضی جهت همبستگی ضرایب توزیع سه اسید آمینه مدل trp، phe، و val ارائه شده و برای پیش بینی ضرایب توزیع دو اسید آمینه مدل دیگر، یعنیtyr و leu مورد استفاده قرار گرفته است.