بخشی از مقاله
خلاصه
هر پلیمرهای اسفنجی یک نوع تجاری از مواد متخلخل سه بعدی و در دسترس است که دارای توانایی جذب بالا، تراکم کم و کشش خوب می باشد که بستر بسیارخوبی را برای ساخت جاذب نفتی فرا هم می آورد. در این تحقیق ساخت و بهینه سازی جاذب نفتی بر پایه ی اسفنج های پلی اورتان در نظر گرفته شده است. جهت آبگریزکردن جاذب از پوشش دار کردن اسفنج توسط اکسید گرافن استفاده شده است و در فرایند پوشش دار کردن اصلاحاتی از طریق افزودن ال- اسکوربیک جهت بهینه سازی فرایند جذب انجام شده است و عملکرد جاذب پوشش دار شده با گرافن و جاذب اصلاح شده با هم مقایسه می شود.
فرایند جذب برای گازوییل و نفت خام انجام شده است. تاثیرات زمان فرایند جذب، تعداد دفعات استفاده از توسط جاذب مورد بررسی قرار گرفتند.که نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که در اثرپوشش دار کردن تغییری در ساختار تخلخل های اسفنج پلی اورتان ایجاد نشده است و فقط مورفولوژی سطح تغییرکرده است و لایه ای ازاکسید گرافن به ضخامت نانومترروی سطح ایجاد شده و جاذب اصلاحی در جذب نفت خام عملکرد بهتری - 35 g/g - داشته است.
کلمات کلیدی: جذب، آلاینده های نفتی، پلی اورتان ، نانواکسید گرافن
.1 مقدمه
در سال های اخیر به دلیل وقوع مکرر آلودگی آب ناشی از نفت و مواد روغنی، تقاضای زیادی برای توسعه ی روش های آسان، سریع و انتخاب پذیر، برای حذف روغن ازسطح آب به وجود آمده است. برای حل این مشکلات تاکنون روش های مختلفی از قبیل استخراج مکانیکی، غشا[1]، برداشت زیستی، پراکنده سازی 3]،[2 و سوزاندن در محل 5]،[4، لایه روبی کردن و غیره به کار گرفته شده است. جهت جذب و حذف روغن از آب، انواع مختلفی از جادب های مصنوعی و طبیعی از قبیل کربن فعال، الیاف پشم، زیولیت، کاه، خاکسترو .... مورداستفاده قرار گرفته است. با این حال این مواد جاذب دارای معایبی هستنداز جمله این معایب عبارت اند از، ناسازگاری با محیط زیست، ظرفیت جذب کم، قابلیت بازیافت و ریکاوری ضعیف. علاوه بر این،این جاذب ها فقط روغن را جذب نمی کنند بلکه آب را هم جذب می کنند که موجب کاهش انتخاب پذیری جذب و کاهش بازده جذب میشود .
جاذب های مورد استفاده باید ویژگی های زیر را داشته باشند: ظرفیت جذب بالا، سرعت جذب بالای روغن، قابلیت گزینش پذیری در جذب، چگالی کمتر از چگالی آب داشته باشند و در مواد نفتی و روغنی حل نشدنی باشند.[6] مواد متخلخل سه بعدی آبگریزبا مساحت سطح ویژه بالا قابلیت جذب بالایی در جذب روغن و موادآلی مایع از فاز آبی دارند، که این رویکرد می تواند در حذف مواد نفتی و روغنی از سطح آب ها به کار رود به همین دلیل امروزه جهت فرایند جداسازی آب و روغن موا د دارای خواص آب گریزی وفوق آبگریزی بسیار مورد توجه قرار گرفته است9]،8،.[7روش های بسیاری از قبیل، سل ژل[10]، ترسیب بخار شیمیایی، تکنیک لایه به لایه [11]و... جهت تهیه سطوح آبگریز به کار گرفته شده اند.
تاکنون مواد مختلفی از قبیل نانولوله های کربنی، فیلتر پپر، گرافن جهت آبگریزکردن استفاده شده است اما به دلیل معایبی از قبیل قیمت بالا، پیچیدگی فرایند آماده سازی و تولید، زیاد مورد استقبال قرار نگرفتند.بنابراین نیاز به روشی ارزان قیمت، ساده و با قابلیت صنعنی شدن جهت آبگریزکردن جاذب های نفتی بسیار ضروری است . در دهه های اخیر پلیمرهایی بسیاری از قبیل پلی پروپیلن13]،[12، پلیمرهای با پایه پلی الفین [14],نانوکامپوزیتهای پلیمری مغناطیسی[15] و... جهت استفاده به عنوان جاذب های روغنی و نفتی مورد استفاده قرار گرفته اند. اسفنج های پلی اورتان یکی از مواد متخلخل سه بعدی موجودمی باشند که دارای قابلیت جذب بالا، دانسیته پایین و الاستیسیته خوبی هستند.
بناراین اسفنج های تجاری پلی اورتان گزینه مناسبی جهت حذف روغن از آب هستند. بااینحال، این مواد معمولا آب دوست هستند که این خصیصه آنها را برای جذب انتخابی روغن از آب غیر عملی می سازد. ازاینرو اصلاح و تغییرات این اسفنج ها از حالت آب دوست به آبگریز لازم است. اکسید گرا فن - GO - یک ماده با اکسیژه فراوان است که ازکسیداسیون کنترل شده گرافیت به دست می آید و دارای ساختار لایه ای از گروه های قطبی آبگریز مانند گروه های هیدروکسیل، کربوکسیل و اپوکسی هستند. با توجه به قیمت پایین، پایداری شیمیایی و سازگاری با محیطزیست اکسید گرا فن توجه زیادی را در سال های اخیر به خود جلب کرده است.
هدف از این طرح تحقیقی ساخت پلیمر های اسفنجی با پوشش نانو از اکسید گرا فن و بررسی ظرفیت جذب نفتی و ویژگیهای جاذب سنتز شده است. در این پژوهش از فوم اسفنجی پلی اورتان به عنوان جاذب و از نانو اکسید گرافن به عنوان عامل آبگریز کننده در پوشش دهی فوم استفاده شده است. همچنین از ال اسکوربیت اسید - - L-asc و هیدرازین به عنوان احیا کننده ی دوباره گرافن استفاده شده است، تا تاثیر این افزودنی ها در فرآیند جذب بررسی شود و آزمایش هایی جهت تعیین بهترین نوع از این جاذب ها برای روغن موتور،نفت خام و گازوییل طراحی شدند.
.2 مواد و روش ها
-1-2 مواد اولیه
فوم های اسفنجی پلی اورتان به عنوان پایه جاذب و از اکسید گرافن به عنوان عامل پوشش دهنده جاذب استفاده شد. از ال اسکوربیک اسید به عنوان احیا کننده ی دوباره گرافن و محلول آمونیاک جهت کنترل پی هاش استفاده شده است.نفت خام و گازوییل به عنوان مواد جذب شونده مورد استفاده قرار گرفتند.
-2-2 آماده سازی جاذب وپوشش دهی
جهت آماده سازی جاذب در مرحله اول فوم ها به تکه هایی در ابعاد 2*2*2 تقسیم شدند وسپس در محلول اتانول %96 در دستگاه التراسونیک به مدت 30 دقیقه و با دمای محیط شستشو داده شدند و درنهایت بعد از شستشو با آب مقطر در دمای 60 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت در آون خشک شدند. دراین پژوهش دو نوع جاذب سنتز شدند که برای جاذب اولی - GO - ابتدا 1 گرم نانو گرافن اکساید را در 500 میلی لیتر آب مقطر مخلوط کرده و 20 میلی لیتر از محلول آماده شده را در یک بشر 50 میلی لیتری ریخته و یک عدد از تکه فوم هایی که در مرحله قبل آماده شد در داخل محلول ریخته میشود.
همه ی نمونه ها در شرایط و دمای یکسان به مدت 1 ساعت قرار داده میشوند تا فرایند پوشش دار شدن تکمیل شود. بعد از یک ساعت همه ی نمونه ها توسط آب مقطر فراوان شستشو داده شده و در آون به مدت 24 ساعت در دمای 30 درجه سانتیگراد خشک میشوند. برای تهیه جاذب دوم - - L-asc، 200 میلی گرم از ویتامین c و 30 میلی گرم از نانو اکسید گرافن را داخل 300میلی لیتر آب مقطر ریخته و قطعات اسفنجی از پیش آماده شده را به آن اضافه کرده و مخلوط حاصل به مدت 30 دقیقه در دستگاه التراسونیک قرار داده میشود .بعد از همگن شدن محلول و اختلاط کامل،با استفاده از محلول آمونیاک pH محلول را در بازه ی 10-9 تنظیم کرده و محلول را به مدت دو ساعت در دمای 95 درجه سانتیگراد تحت همزن مغناطیسی حرارت میدهیم. بعد از دو ساعت قطعات را خارج کرده و با آب مقطر شست و شو داده و در دمای 30 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت در آون خشک میکنیم و محصولات خشک شده در دسیکاتور نگه داشته می¬شوند.
.3 طراحی آزمایش
جهت دستیابی به بهترین جاذب و مقایسه توانایی جذب و قابلیت تکرار استفاده جاذب های تهیه شده برای جذب شونده های مختلف، فرایند جذب گازوییل و نفت خام را در دو حالت بررسی زمان جذب و بررسی تعداد دفعات استفاده از هر یک از جاذبها مورد بررسی قرار داده شدند. برای بررسی تاثیر زمان جذب، زمان های 360،240،120،60،30،20،10و600 ثانیه در نظر گرفته شدند و جهت بررسی قابلیت استفاده مجدد هر کدام از جاذب ها تا 9 بار مورد استفاده قرار گرفتند.
.4 بحث و بررسی
-1-4 بررسی زمان جذب
با توجه به نمودارهای آورده شده در شکل 1و 2 که به ترتیب مربوط به گازوییل و نفت خام توسط هر دو جاذب می باشد، می توان مشاهده کرد که با افزایش زمان جذب مقدار جذب افزایش یافته است. مقدار جذب گازوییل و نفت خام توسط هر دو نوع جاذب در زمان 250 ثانیه به بیشترین مقدار خود میرسد .با توجه به شکل - 1 - در جذب گازوییل، جاذب NGO - پلی اورتان پوشش داده شده با نانواکسیدگرافن - با مقدار نهایی g/g 35 عملکرد بهتری نسبت به جاذب l-asc - 32 g/g - داشته است.در صورتی که برای جذب نفت خام جاذب L-asc - پلی اورتان پوشش داده شده با نانواکسیدگرافن و ال-آسکوربیک - با مقدار جذب - g/g 35 - عملکرد بهتری در مقایسه با جاذب L-asc با مقدار جذب - g/g - 30 داشته است - شکل . - 2 زمان بهینه برای هر دو جاذب، جهت دستیابی به بیشترین مقدار جذب از گازوییل و نفت خام 250 ثانیه به دست آمده است.
