بخشی از مقاله
خلاصه
همواره دغدغه اصلی در کشورهای نفتخیز، آلودگیهای نفتی به هر شکل، حتی حاصل از مراحل تولید و انتقال نفت در دریاها بوده است. حفاریهای دریایی با مشکلات و خطرات زیستمحیطی زیادی همراه است. مادهی مورد تحقیق، کامپوزیتی شبکهای با مرکزیت نانوذرات مغناطیسی است که دارای حفرات متعددی در کل ابعاد کامپوزیت میباشد. به دلیل خاصیت هیدروفوبی بخش عمدهی ترکیب، با به دام انداختن نفت میتواند آن را از آب جدا کند و نیز به دلیل خاصیت هیدروفیلی بخشی از این نانوترکیب قابلیت امتزاج و درگیر شدن با مولکولهای آب را نیز دارد تا بتواند به بهترین نحو ویژگیهای خود را بروز دهد.
به علاوه به خاطر استفاده از عوامل پایدار کننده در ساختار این ترکیب، این مواد توانایی بازیافت و استفادهی مجدد دارند و میتواند مکمل خوبی برای اسکیمرها باشد. در بررسی و مطالعات انجام شده مادهای با خواص این چنینی هنوز سنتز نگردیده است، اما تحقیقات متعددی در این باره در دست بررسی است. هر کدام از ویژگیهای این ترکیب خود یک مشخصه به شمار میرود که به صورت تیتروار میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
-1 جذب و جداسازی نفت خام از آب، -2 قابلیت استفادهی مجدد از نفت خام جمعآوری شده، -3 پایداری ترکیب و قابلیت استفادهی مجدد و چندین باره از مادهی سنتز شده.
.1 مقدمه
نانو سیالات که از توزیع ذرات با ابعاد نانو در سیالات معمولی حاصل میشوند و نسل جدیدی از سیالات با پتانسیل بسیار زیاد در کاردبرهای صنعتی هستند. اندازه ذرات مورد استفاده در نانو سیالات از 1 نانومتر تا 100 نانومتر میباشد. این ذرات از جنس ذرات فلزی همچون مس - Cu - ، نقره و یا اکسید فلزی همچون آلومینیوم اکسید - - Al2O3 ، اکسیدمس - CuO - و... هستند. نانوسیالها، سوسپانسیونهای کلوئیدی از ذرات ریز نانومتری و معلق در یک سیال پایه هستند که ویژگیهای منحصر بفردشان، موجب کاربرد فراوان آنها در صنایع شده است.
از ابتدای توسعه این گونه سیالات در دهه نود میلادی، مصارف پاک کنندگی، انتقال حرارت، بهداشتی و دارویی آنها شناخته شد اما هنوز جایگاه خود را در صنایع نفت و گاز پیدا نکرده اند1]و.[2 فناوری نانو میتواند نقش مهمی در استخراج نفت داشته باشد. استفاده از فناوری نانو می تواند موجب تسهیل و تسریع عملیات و در نهایت منجر به افزایش تولید از چاهها شود. .[3] هدف از این تحقیق توسعه موادی مناسب برای بازیابی نفت از لکههای نفتی بهنگام بروز حوادث نشت نفت در دریا میباشد.
این مواد ضمن اینکه بارها قابل استفاده مجدد هستند، از نظر اقتصادی کاملا مقرون بصرفه میباشند. در این تحقیق ابتدا خصوصیات جذب نفت بوسیله نانوذرات و کالیکس آرن مولکولی بطور جداگانه مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند و سپس با تلفیق آنها به یکدیگر ماده مرکبی تهیه شد که در آزمایشات مشخص گردید نسبت به هریک از مواد تشکیلدهنده از نقطه نظر میزان جذب نفت و تکرار پذیری از کارآیی بالاتری برخوردار میباشد.
.2 روش کار
در این پروژه نانوکامپوریت جاذب مغناطیسی جهت حذف آلودگیهای نفتی سنتز و بکار گرفته شد. روش استاندارد $670 - 726-99 برای ارزیابی میزان جذب، مورد استفاده قرار گرفت و مشخص شد نانوکمپوزیت مذکور از سرعت و ظرفیت جذب نفت مطلوبی برخوردار میباشد. در این آزمایش از نفت خام واقعی به عنوان مادهی نمونه استفاده گردید، با این تفاوت که قبل از انجام آزمایشات بمدت 2 ساعت در آون با 90°C قرار داده شد تا ترکیبات آلی فرار آن حذف گردند و بدین ترتیب میزان خطا در تجزیه و تحلیل و آنالیزهای بعدی به حداقل برسد؛ چرا که در نشتهای میدانی، حداکثر در 6ساعت ابتدایی تمام اجزای فرّار نفت از نفت جدا شده و به صورت گاز در محیط متساعد میشوند.[4] پس از هر بار آزمایش جذب نفت، با فشار و سپس با استفاده از آبگرم و حلال آلی تمامی نفت جذب شده از نانو کامپوزیت خارج گردیده و از ماده جاذب مذکور جهت استفاده مجدد درمراحل بعدی استفاده بعمل آمد.
.1 .2 مراحل سنتز و استفاده از نانو جاذب مغناطییسی
.1 .1 .2 تولید نانو ذرات آهن اکسید - Fe₃O₄ -
در یک بالن سه دهانه 1000 میلیلیتری مقدار 31/90 میلی مول 6/34 - گرم - از FeCl₂.4+₂O به 55/98 میلیمول 15/13 - گرم - از نمک FeCl₃.6+₂O اضافه گردید و مخلوط حاصل پس از انحلال در640 میلیلیتر آب دیونیزه، محلول زرد نارنجی ایجاد نمود. بالن سه دهانه به مبرد تقطیر برگشتی مجهز شد و سیستم به مدت 5-10 دقیقه تحت گاز نیتروژن قرار گرفت. سپس در حالی که سیستم تحت گاز بیاثر بود، با استفاده از همزن مغناطیسی در دمای 80 C به مدت یک ساعت به هم زده شد. در ادامه، 80 میلی لیتر آمونیاک غلیظ - %25 - به صورت قطرهقطره به بالن اضافه شد تا pH سیستم به حدود 11-12 برسد.
رنگ مخلوط پس از افزوده شدن آمونیاک به رنگ سیاه تغییر کرد. محلول به مدت یک ساعت دیگر در همان دما هم زده شد. سپس محتویات بالن تا دمای اتاق سرد و برای سهولت انجام مراحل بعدی، به یک بشر انتقال داده شد. رسوب نانو ذرات Fe₃O₄ طی 5 بار متوالی با آب گرم دیونیزه - 70- 80œC - شستشو داده شد و در هر بار با استفاده از آهنربا، ذرات کلوئیدی مجتمع و محلول رویی سر ریز شد. در پایان، ذرات سیاه به دست آمده به مدت 12 ساعت درون آون و در دمای 50-70œC قرار گرفت. سپس Fe₃O₄ کلوخهای بدست آمده را با آب دیونیزه شسته، و برای نیم ساعت در آون در دمای 40-50œC قرار گرفت، تا نانو ذرات به صورت پودر درآیند. در تمامی مراحل شستشو از آهنربای قوی برای جداسازی استفاده شد. مقدار 14/3 گرم محصول در پایان واکنش بدست آمد.
.2 .1 .2 پوشاندن نانو ذرات آهن توسط تترا اتیل ارتو سیلیکات - - TEOS
مقدار 40 گرم نانو ذرات Fe₃O₄ خشک و پودری را در مخلوطی از 4 لیتر آب دیونیزه و 16 لیتر اتانول یا -2 پروپانول حل کرده، و سپس به مدت 10-20 دقیقه تحت امواج فراصوتی قرار گرفت. در ادامه، در دمای اتاق و تحت گاز نیتروژن، به مخلوط، مقدار 2 لیتر آمونیاک - %25 - و 0/2 لیتر TEOS به صورت قطرهقطره افزوده شد. همزدن مخلوط تحت گاز نیتروژن به مدت 24-12 ساعت ادامه یافت. در نهایت، مخلوط واکنش برای سهولت انجام مراحل بعدی به یک بشر منتقل شد. رسوبات به دست آمده توسط آب دیونیزه چندین بار شسته و برای خشک شدن در یک آون تمیز در دمای œC 70-80 برای مدت 4-2 ساعت قرار داده شد.
.3 .1 .2 اتصال -3کلروپروپیل تریمتوکسیسیلان - 3-CPTMS - به نانوذرهی پوشانده شده - - Fe₃O₄/SiO₂
به منظور فعال سازی سطح سیلیکا 10 گرم نانوذرهی پوشانده شده را پس از آسیاب کردن در یک بالن 1 لیتری در مخلوط %33 حجمی استیک اسید برای مدت ده دقیقه قرار داده شد تا سطح سیلیکا فعالتر شود. سپس نانوذرهی فعالشده از محلول استیک اسید توسط آهنربای قوی جدا و به یک بالن سه دهانه منتقل شد و پس از افزایش 500 میلیلیتر تولوئن و یا آب به نانو ذرات برای مدت 10-20 دقیقه در حمام فرا صوتی، قرار گرفت.
سپس بالن سه دهانه به مبرد تقطیر برگشتی تجهیز و تحت گاز نیتروژن قرار گرفت. در ادامه 100 میلی لیتر 3-CPTMS به سیستم افزوده شد و به مدت 24-12 ساعت در دمای 80 درجه تحت دما قرار گرفت. بعد از زمان مذکور، مخلوط واکنش برای سهولت انجام مراحل بعدی به یک بشر منتقل شد. محصول به دست آمده توسط حلال تولوئن داغ شسته و با استفاده از آهنربا، محصولات مجتمع گردیده و محلول رویی سرریز شد. مادهی جامد به دست آمده در یک آون تمیز در دمای 70-80œC برای مدت 4-2 ساعت قرار گرفت و خشک گردید.
.4 .1 .2 سنتز کالیکس [4] رزورسین آرن
در یک بالن سه دهانه مقدار 0/311 مول - 32/4 گرم - رزورسینول را در 62 میلی لیتر اتانول حل کرده و ضمن همزدن به آن محلولی شامل 31 میلیلیتر اسید کلریدریک غلیظ که در 62 میلی لیتر آب مقطر حل شده بود، اضافه گردید. سپس یک دهانهی بالن به مبرد و دهانهی دیگر به قیف چکاننده مجهز گردید و سیستم تحت گاز نیتروژن قرار گرفت. مجموعهی مذکور در حمام یخ - دمای حدود - 0- 15 œC قرار گرفته و مقدار 0/311 مول 13/71 - گرم - استالدهید طی مدت 30-60 دقیقه به صورت قطرهقطره و به آرامی به مخلوط واکنش اضافه شد.سپس مخلوط واکنش به مدت -60 30 دقیقهی دیگر در حمام یخ توسط همزن مغناطیسی به هم خورد. در ادامه دمای مجموعه به 50 œC رسید و یک ساعت در این دما قرار داده شد. سپس دمای مخلوط واکنش، به 25 œC رسید. پیشرفت واکنش توسط TLC دنبال و محصول زرد رنگ پس از گذشت 4 روز حاصل شد.
