برخی ذرات پایدار و نیمه پایدار

نام گروه	نام ذره		جرم	اسپین	بار الکتریکی
لپتون	نوترینوی الکترون		0	-	خنثی
	الکترون		1	1/2	منفی
	نوترینوی موئون		0	1/2	خنثی
	موئون		206/77	1/2	منفی
مزون	پیون		273/1	0	مثبت
	مزون پی		273/1	0	منفی
	کائون		966/4	0	مثبت
	مزون k		974/3	0	خنثی
باریون	نوکلئون	پروتون	1836/10	1/2	مثبت
		نوترون	1838/63	1/2	خنثی
	لاندا (L)		2183/1	1/2	خنثی
	سیگما (S)		2327/7	1/2	مثبت
	کیسی (x)		2585/5	1/2	منفی
	امگا (W)		3276/0	3/2	منفی

 

تابش هسته ای

اگه بخوام از اول بگم طولانی می شه ولی برخی موارد رو خیلی کوتاه یادآوری می کنم.

هر چیزی از اتم ساخته شده است واز ترکیب اتم ها ملکول پدید می آید.در طبیعت هر اتمی که شما یافت می کنید جزء 92 اتمی است که ما آنها را به عنوان عناصر می شناسیم و در جدول تناوبی عناصر ارائه شده اند.

 

 درون هر اتم ذراتی زیر اتمی هستند که شامل: پروتون، نوترون و الکترون می باشند.پروتون ها در درون هسته قرار دارند و بارشان مثبت است و بوسیله نوترون های بی بار به یکدیگر می چسبند.الکترون ها هسته را احاطه کرده و مدار های الکترونی را ایجاد می کنند.

 

تعداد پروتون ها رفتار یک اتم را تعیین می کند.مثلا اگر 13 پروتون و 14 نوترون را با هم ترکیب کنیم هسته ای به دست می آوریم که 13 الکترون در بیرون آن وجود داشته و این مشخصات اتم آلومینیوم را خلق می کند.

                       

آلومینیومی که در طبیعت یافت می شود را آلومینیوم-27 می گویند."27" جرم اتمی است که مجموع تعداد پروتون ها و نوترون ها در هسته می باشد.

اگر شما یک اتم آلومینیوم را در ظرفی رها کنید و بعد از چندین میلیون سال به آن سر بزنید خواهید دید که هنوز همان یک اتم آلومینیوم هست.از این روست که این اتم را پایدار می گویند. بیش از صد سال پیش گمان می رفت که همه اتم ها پایدارند!!

اتم ها در شکل های مختلفی یافت می شوند. مثلا مس دو شکل پایدار دارد یکی مس-63( 70 درصد کل مس موجود در طبیعت) و مس-65( 30 در صد کل مس موجود در طبیعت) .به این دو فرم ایزوتوپ می گویند.این دو ایزوتوپ هر کدام 29 پروتون دارند و اختلاف شان در تعداد نوترون ها می باشد.

بخشی که تا صد سال پیش هنوز درک نشده بود این بود که عناصر مختلف ایزوتوپ هایی دارند که رادیو اکتیوند. هیدروژن مثال خوبی است. سه ایزوتوپ هیدروژن-1، هیدروژن-2( دوتریم) و هیدروژن-3(تریتیم) دارد.هیدروژن طبیعی و دوتریم رادیو اکتیو نیستند و از برخی جهات به یکدیگر شبیه میباشند ولی تریتیم ناپایدار ورادیو اکتیو می باشد.به این مفهوم که اگر شما ظرفی پر از تریتیم داشته باشید و برای یک میلیون سال آن را رها کنید خواهید دید که کل تریتیم شما به هلیوم-3 تبدیل شده است که پایدار است. فرآیندی که تریتیم را به هلیوم تبدیل کردهاست را واپاشی رادیواکتیو می نامند.

                                                                

                                        

 

                                            واپاشی رادیواکتیو

 

واپاشی رادیواکتیو یک فآیند طبیعی است.یک اتم، ایزوتوپ رادیواکتیو به صورت خود به خودی به عنصر دیگری واپاشی می کند.این فرآیند سه مرحله دارد که عبارتند از: واپاشی آلفا، واپاشی بتا و شکافت خود به خودی.

در طی این فرآیند چهار تابش مختلف تولید می شود که شامل تابش های آلفا، بتا، گاما و نوترونی می باشد.

امرسیم-241 نمونه خوبی از عنصری است که دستخوش واپاشی آلفا می شود.این اتم به طور خود به خودی یک ذره آلفا(دو پروتون و دو نوترون= هسته اتم هلیوم-4)نشر می کند. در این فرآیند اتم امرسیم-241 تبدیل به اتم نپتونیوم-237 می شود. سرعت ذرات آلفا هنگام نشر به 10³*16 کیلومتر بر ثانیه می رسد.

                                               

 

بررسی شده است که نیمی از اتم های امرسیم-241 طی 458 سال واپاشی می کنند. بنابراین 458 سال نیمه- عمر امرسیم-241 می باشد.

                                                                

تریتیم مثالی است از عنصری که قابلیت واپاشی بتا دارد. در این واپاشی یک نوترون به طور خود به خودی به یک پروتون و یک الکترون تبدیل می شود.ذره سومی نیز تشکیل می شود که پادنوترینو نام دارد.الکترون و پادنوترینو از هسته خارج می شوند و پروتون باقی می ماند.الکترون به عنوان نشر بتا آزاد می شود و هسته با افزایش یک پروتون تغییر کرده و هلیوم-3 پدید می آید.

                                               

 

در شکافت خود به خودی یک هسته واقعا شکافته می شود و دیگر صحبتی از تابش نیست. یک اتم سنگین نظیر فرمیم-256 دستخوش شکافت خود به خودی می گردد و تبدیل به دو اتم می شود.مثلا ممکن است فرمیم-256 به گزنون-140 و پالادیم-112تبدیل شود و در طی فرآیند چهار نوترون آزاد می شود که به نوترون های سریع معروفند.این نوترون ها می توانند توسط هسته های دیگری جذب شده و یک واکنش هسته ای را سبب شوند و یا مثل توپ های بیلیارد با اتم های دیگر برخورد کرده و تابش گاما را نشر کنند.

تابش گاما نظیر تابش ایکس می تواند به درون مواد نفوذ کند و نسبت به آن خیلی پر انرژی تر است.این تابش از جنس ذره نیست.

 

                                     

تابش نوترونی کاربردهای زیادی دارد از جمله در پزشکی هسته ای، نیروگاه ها، کشتی ها و شتابگر ها.

علاوه بر تابش های ذکر شده تابش های کیهانی را هم داریم که از خورشید و انفجارات ستاره ای ناشی می شوند.ماهیت این تابش ها 85% پروتون می باشد که با سرعتی نزدیک به سرعت نور سیر می کنند و ما بقی آن 12% ذرات آلفا ست که آن هم سرعت زیادی دارد.این ذرات با این سرعت قابلیت نفوذ به هر چیزی را دارند و در هنگام ورود به جو زمین با اتم های موجود در اتمسفر برخورد کرده و تابش های کیهانی ثانویه را پدید می آورند.این تابش های ثانویه با اشیاء موجود بر روی زمین برخورد می کند و به دلیل اینکه انرژی کمتری دارند آسیبی به جانداران و اشیاء دیگر نمی رسانند.

 

                                                   یک خطر طبیعی

 

اگر چه به نظر خیلی طبیعی می آید که اتم های رادیو اکتیو واپاشی کنند و عناصر رادیواکتیو بخشی از طبیعت ما هستند، اما همه این تابش ها مضر و خطرناک هستند.تابش های ذکر شده یون ساز می باشند و این به معنی آن است که می توانند با یک اتم وارد برهم کنش شده و یک اربیتال الکترونی را از کار بیاندازند و این امر می توانند اختلالاتی را در سلول های زنده ایجاد کند.

ذرات آلفا به دلیل بزرگ بودن نمی توانند به راحتی در مواد نفوذ کنند، حتی از یک صفحه کاغذی هم نمی توانند عبور نمایند. بنابراین در صورتیکه در خارج از بدن باشند هیچ تاثیری بر مردم ندارد.

ذرات بتا کمی عمیقتر نفوذ می کنند ولی نظیر ذرات آلفا در صورتیکه وارد بدن نشوند آسیبی نمی رسانند.

تابش گاما خیلی نفوذ کننده است و باید با پوشش های خیلی ویژه محدود شود. برای این کار بیشتر از صفحه های سربی استفاده می شود.

نوترون ها به جهت این که بی بار هستند خیلی عمیق تر نفوذ می کنند و بهترین راه متوقف کردن آنها استفاده از يک پوشش خیلی ضخیم و متراکم یا مایعاتی نظیر آب یا مازوت می باشد.

خب! همانطور که دیدیم رادیواکتیویته طبیعی است و ما باید از این پدیده به بهترین وجه استفاده کنیم.

تعيين سن يک فسيل

سلام، مطلب جدیدی که می خوام ارائه کنم مربوط به روش های سالیابی می باشد.

شاید در رسانه های مختلف شما به مواردی از کشف اجسام قدیمی برخورده باشید که باستان شناسان قدمت آنها را هزاران سال تخمین زده اند.همچنین در مورد مومیایی های یافته شده که برخی از آنها تا دو هزار سال قدمت داشته اند.

به راستی دانشمندان این سالیابی ها را چگونه انجام می دهند؟

چه ابزار و روش هایی امکان سالیابی را فراهم می کنند؟

در این یادداشت قصد دارم به یکی از این روشها یعنی سالیابی به کمک ایزوتوپ کربن-14 بپردازم.

 

کربن-14 چگونه تولید می شود؟

 در یادداشت قبلی اشاره ای به تابش های کیهانی داشتم.هر روز حجم بسیار وسیعی از این نوع تابش ها وارد جو زمین می شوند.به طور نمونه هر شخص در هر ساعت با نیم ملیون تابش کیهانی برخورد می کند. برخورد تابش های کیهانی با اتم های موجود در اتمسفر باعث ایجاد تابش های کیهانی ثانویه شده و یک نوترن پر انرژی را آزاد می کند. این نوترون پر انرژی می تواند با اتم های نیتروژن-14(7پروتون و 7 نوترون) موجود در هوا برخورد کرده و آن را به اتم کربن-14(6 پروتون و 8 نوترون) و یک اتم هیدروژن(1 پروتون و صفر نوترون) تبدیل کند.ایزوتوپ کربن-14 رادیواکتیو بوده و نیمه عمر آن5700 سال می باشد.

 

کربن-14 در بدن جانداران

کربن-14 تولید شده توسط تابش های کیهانی با اکسیژن هوا ترکیب شده و دی اکسید کربن تولید می کند. دی اکسید کربن تولید شده توسط گیاهان طی فرآیند فتوسنتز جذب شده و به الیاف گیاهان متصل می شوند. انسان ها و حیوانات گیاهان را می خورند و کربن-14 را دریافت می کنند.نسبت کربن-12 به کربن-14 در هوا و در بدن جانداران در هر زمانی ثابت است.شاید یک به ترلیون اتم کربن، کربن-14 باشد.

اتم های کربن-14 همیشه در حال واپاشی اند، ولی بوسیله اتم های جدید با سرعت ثابتی جایگزین می شوند. پس بدن ما در هر لحظه مقدار ثابتی از ایزوتوپ کربن-14 را دارا می باشد و این موضوع در مورد همه جانداران از جمله حیوانات و گیاهان نیز صدق می کند.

 

سالیابی یک فسیل

پس از مردن یک ارگانیسم زنده به سرعت دریافت کربن قطع می شود. نسبت کربن-12 به کربن-14 در لحظه مرگ مشابه دیگر اشیاء زنده می باشد، اما کربن-14دچار واپاشی می شود و جایگزین هم نمی شود. در این حالت مقدار کربن-12 ثابت است و با توجه به نسبت کربن-12 به کربن-14 در نمونه ومقایسه آن با نسبت موجود در موجدات زنده، تعیین سن آن جسم که سالها پیش مرده است ممکن می گردد.

فرمول زیر جهت تعیین سن یک نمونه به کمک کربن-14 ارایه شده است:

 

 

                                        T= [ln(n_f/n₀)/(-0.63)]*t_1/2

: لگاریتم طبیعی ln

 درصد کربن-14 در نمونه به درصد کربن-14 در بافت زنده : n_f/n₀

نیمه عمر کربن-14 : t_1/2

بنابراین اگر شما یک فسیل با 10 درصد کربن-14 نسبت به اشیاء زنده داشته باشید، خواهیم داشت:

                                            T= [ln(0.10)/(-0.693)]*5700 years

                                            T=[(-2.303)/(-0.693)]*5700 years

                                            T=[3.323]*5700 years

                                            T=18940 years

به دلیل اینکه نیمه عمر کربن-14، 5700 سال می باشد سالیابی بر اساس آن فقط برای 60000 سال قابل قبول است. اصول سالیابی با کربن-14 با دیگر ایزوتوپها نیز به کار برده می شود.

پتاسیم-40 یکی دیگر از عناصر رادیو اکتیو است که به طور طبیعی در بدن یافت می شود و نیمه عمری در حدود 3/1 ملیارد سال دارد.

دیکر ایزوتوپ های مفید برای سالیابی رادیو اکتیو عبارتند از: اورانیوم-235 (با نیمه عمر 704 ملیون سال)، اورانیوم-238(با نیمه عمر 5/4 ملیارد سال)، توریم-232(با نیمه عمر 14 ملیارد سال) و رادیم-87(با نیمه عمر 49 ملیارد سال).

به کارگیری ایزوتوپ های مختلف این امکان را فراهم می کند که نمونه های زیست و زمین شناختی با دقت بیشتری سالیابی شوند.

پس از سال 1940 که بمب های اتمی و آزمایشات هسته ای رو باز انجام گرفت دقت و صراحت در تعیین سن موجوداتی که پس از این تاریخ مرده اند دچار اختلال شد.

سمینار تخصصی نفت، گاز و محیط‌ زیست

اهداف سمینار

تبادل آرا و نظرات اساتید، مهندسان و متخصصان در زمینه اندرکنش صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و محیط‌زیست.
شناسایی چالش‌های زیست‌محیطی فراروی اکتشاف، استخراج و فرآوری نفت و گاز.
 شناخت اثرات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی صنایع نفت، گاز و پتروشیمی بر محیط‌زیست.
 بررسی راهکارهای استراتژیک و عملیاتی برای کنترل و کاهش آثار مخرب بر محیط‌های طبیعی و انسانی.
 شناخت اثرات مخرب صنایع نفت، گاز و پتروشیمی بر سواحل و ارائه راهکار جهت کنترل و کاهش آثار.
توجه دست‌اندرکاران صنعت نفت و گاز به اهمیت توسعه پایدار و محیط‌زیست .

 

پایگاه اطلاعاتی:                                       www.tsoge.ir

پست الکترونیک:                                        [e-mail]

آدرس دبیرخانه: شیراز، خیابان زند، دانشکده مهندسی دانشگاه شیراز، بخش مهندسی راه، ساختمان و

تلفن:[phone]،  09177514835،  09177004835، 09183355331

تجزیه کمی مواد شیمیایی

تجزیه کمی واقعا یکی از بخش های مهم شیمی تجزیه هست و کاربرد فراوانی هم داره مثلا در آزمایشگاه های کنترل کیفیت که باید کیفیت یه ماده شیمیایی مثل دارو از نظر خلوص و عدم وجود فلزات سنگین و رطوبت... کنترل بشه.

در لینک زیر یه ای-بوک رو معرفی می کنم که می تونید رایگان از اینترنت دانلود کنید. واقعا چه می کنه این اینترنت

عنوانش:

An Introductory Course of Quantitative Chemical Analysis by Henry P. Talbot

http://www.gutenberg.org/etext/12787

اینم یه سایت که یه کتاب رو رایگان گذاشته با عنوان زیر:

Quantitative chemical analysis

http://bcs.whfreeman.com/qca/default.asp?s=&n=&i=&v=&o=&ns=0&uid=0&rau=0

وم زيستي در کشورهاي آ.سه.آن

طي سال هاي اخير وضعيت غذا در کشورهاي عضو آ. سه. آن (اتحاديه کشورهاي جنوب شرقي آسيا) تغيير چنداني نکرده است. به طور کلي اين منطقه هنوز هم از لحاظ توليد برنج و شکر خودکفا است به گونه يي که ميزان توليد از نياز منطقه پيشي گرفته است و صادرات اين دو کالا در بازار جهاني نقش بسزايي را ايفا مي کند. در هر حال کاهش موجودي برنج در تمامي کشورهاي اين منطقه، آ.سه.آن را بر آن داشته تا براي کاهش اثرات منفي احتمالي چنين کمبودي اقدامات مقتضي را صورت دهد و بتواند امنيت غذايي خود را حفظ کند. آ.سه.آن در مورد ذرت و سويا ناچار است به واردات جهاني تکيه کند، زيرا توليدکنندگان قادر به برآورده کردن نيازهاي داخلي نيستند.

گياهان و آفت کش ها

به طور کلي کشورهاي عضو آ.سه.آن در تلاشند تا بر سر مسايل گوناگوني از جمله توليد محصولات گياهي به توافق دست يابند و بدين منظور چندين نکته را به ترتيب اولويت زير مد نظر قرار مي دهند؛

1- بازبيني فهرست اسامي کشورهاي آفت خيز و ترويج استاندارد SPS.

2- گسترش اطلاعات در مورد آفات و بيماري هاي مهم منطقه يي به منظور به دست آوردن بهداشت گياهي.

3- چاره انديشي در مورد آفات بالدار ميوه ها.

4- به دست آوردن و انتشار اطلاعاتي در مورد مقتضيات لازم براي واردات و در نهايت بازاريابي.

آ.سه.آن براي محصولات مختلفي از جمله آرد برنج، مرکبات، ميوه هاي خانواده مانگو، سيب زميني هاي غده يي و انواع ارکيده ها، ليستي از آفت کش هاي بومي تهيه کرده است و براي مديريت عملکردهاي ميان مرزي در مورد آرد برنج و سيب زميني غده يي برنامه هاي به خصوصي را مد نظر دارد.

دام

کشورهاي آ.سه.آن در زمينه دام و محصولات دام با همکاري يکديگر به پيشرفت هاي چشمگيري دست يافته اند. اين کشورها براي تهيه و ثبت واکسن هاي جديد حيواني، ارتقاي محصولات دامي، ترويج برنامه هاي کنترل امراض حيواني و فراهم کردن شرايط لازم براي سلامت احشام از مکانيسم هاي گوناگوني استفاده مي کنند. طي چند سال گذشته بيماري خطرناک آنفلوآنزاي مرغي، چندين کشور عضو آ.سه.آن را به طور جدي تحت تاثير قرار داد. صنعت ماکيان به شدت اختلال پيدا کرد و منابع درآمدي بسياري از مردم دچار مشکل شد. بخش هاي ديگر اقتصادي از قبيل گردشگري به خاطر وحشت از ابتلا به اين بيماري به طور غيرمستقيم تحت تاثير قرار گرفت. در مورد اين بيماري بايد گفت که ويروس آن مي تواند از ماکيان مبتلا يا آلوده، به انسان منتقل شود و اين موضوع به عنوان يک چالش و مساله مهم، قابل توجه است. آ.سه.آن براي کنترل اين ويروس و کاهش اثرات اقتصادي ناشي از آن و تامين حفاظت سلامت مردم، گروه عملياتي خاصي را در نظر گرفته تا در مورد اين ويروس بررسي هاي لازم را انجام داده و اقدامات بازدارنده يي را عليه آن صورت دهند. چنين تلاش هايي همکاري سه کشور چين، کره و ژاپن که از کشورهاي اصلي و قدرتمند اين منطقه هستند را مي طلبد و آ.سه.آن نيز بدين منظور موسساتي را براي سپرده گذاري هاي اماني ايجاد و مستقر کرده تا در مواقعي اين چنين، از اين اعتبارات براي مبارزه عليه بيماري هاي حيواني از جمله تب برفکي، تب خوکي و آنفلوآنزاي مرغي استفاده کنند.

شيلات و گوشت

در زمينه شيلات نيز آ.سه.آن در حال توسعه فعاليت ها و همکاري هاي خود براي تامين فرآورده ها و محصولات دريايي است. برنامه گسترش همکاري آ.سه.آن با استراليا براي تضمين کيفيت و سلامت شيلات، نمونه يي از اين فعاليت ها به شمار مي رود و يکي از دستاوردهاي موفقيت آميز حاصل از اين همکاري ها ايجاد شبکه اطلاعاتي در مورد ميزان پسماندهاي شيميايي از جمله کلرامفنيکل و نيتروفوران ها در محيط کشت آبي است. دو کشور برونئي و مالزي بر سر تبادل محصولات با يکديگر به توافق رسيده اند و طي اجراي پروژه هايي در چند منطقه مرتفع و کوهستاني قابل کشت موفق به توليد مرکبات شدند. اندونزي و مالزي نيز همکاري هاي تجاري خود را در واردات گوشت گوساله ادامه مي دهند تا از آن در پروژه ترکيب گوشت گاوپرواري با روغن نخل استفاده کنند.

جنگلداري

اولين نسخه از بانک اطلاعات گياهان به خصوص گياهان دارويي آ.سه.آن شامل 64 گونه متفاوت به انتشار رسيده است. آ.سه.آن در حال کار کردن روي نسخه دوم اين بانک اطلاعاتي است که 50 گونه ديگر را شامل مي شود.

فناوري زيستي

در سال 2004 کشورهاي آسياي جنوب شرقي و اعضاي آ.سه.آن در همکاري با وزارت کشاورزي اندونزي، بهداشت و سلامت کانادا، سازمان غذا و داروي ايالات متحده امريکا و سازمان غذاي استاندارد استراليا - نيوزيلند، چهارمين سمينار آموزشي خود را در جاکارتا پايتخت اندونزي ترتيب دادند و طي اين سمينار، در زمينه تخمين سلامت و ميزان ريسک استفاده از محصولات اصلاح شده ژنتيکي به طور خاص بررسي هايي صورت گرفت. به منظور ساماندهي محصولات اصلاح شده ژنتيکي، آ.سه.آن تمهيدات لازم براي آزمايش و بررسي و نيز تاييد چنين محصولاتي را فراهم آورده است. در بيستم و بيست و يکم ماه مه 2004 اولين نشست شبکه آزمايشي غذاهاي اصلاح شده ژنتيکي آ.سه.آن، در سنگاپور برگزار شد و طي آن گروهي از محققان سنگاپوري فراهم آوردن اين تمهيدات را برعهده گرفتند.

ارتباط از راه امواج فرابنفش

ترجمه؛ ميثم رزاقي

انسان قادر به ديدن نور فرابنفش نيست اما تعدادي از جانوران از جمله عنکبوت هاي جهنده قادر به دريافت آن هستند. عنکبوت هاي جهنده نه تنها امواج فرابنفش را دريافت مي کنند بلکه قادرند آن را منعکس نيز کنند. تحقيقات جديد دانشمندان نشان مي دهد توانايي عنکبوت ها در دريافت و انعکاس نور فرابنفش ويژگي منحصربه فردي است که عنکبوت هاي جهنده از آن در جفت يابي و جفت گيري خود استفاده مي کنند. محققان در مطالعه يي که نتايج آن در شماره ژانويه مجله «ساينس» به چاپ رسيد، اعلام کردند نرها و ماده هاي عنکبوت هاي جهنده Cosmophasis umbratica داراي علامت هايي روي سر و پاهاي خود هستند که در مقابل نور فرابنفش شروع به تابيدن مي کنند.

تحقيقات پيشين نشان داده بود بسياري از حيوانات براي يافتن غذا، جهت يابي و نيز انتخاب جفت از قابليت ديد نور فرابنفش استفاده مي کنند. با توجه به اينکه عنکبوت هاي جهنده داراي چشمان بزرگ و قدرتمندي هستند و اندام آنها نيز داراي رنگ ها و نقش هاي متنوعي است محققان فرضيه توانايي استفاده اين جانداران از نور فرابنفش را مورد آزمايش قرار دادند (لازم به ذکر است که گيرنده هاي امواج فرابنفش اين عنکبوت ها در شبکيه چشم هاي بزرگ شان قرار دارد). به همين منظور دانشمندان جفت هاي نر و ماده از اين عنکبوت را در محيط هايي که داراي نور با طيف کامل ( شامل نور فرابنفش) و نيز محيط هايي که طيف فرابنفش در نور آنها وجود داشت قرار دادند و رفتار عنکبوت هاي نر و ماده را بررسي کردند.

نتايج بررسي ها نشان داد عنکبوت هاي نر و ماده در محيط هاي فاقد نور فرابنفش هيچ توجهي به يکديگر نمي کردند اما در صورت وجود نور فرابنفش، اين بندپايان جذب يکديگر مي شدند.

به گفته «ديکين لي» محقق دانشگاه ملي سنگاپور، «نتايج اين مطالعه نشان مي دهد برخلاف انسان که قادر به ديدن نور فرابنفش نيست عنکبوت هاي جهنده نور فرابنفش را مي بينند و از آن براي ارتباط با يکديگر در هنگام جفت يابي استفاده مي کنند.

FOXNews.com

چسبي که در دماي بالا محکم تر مي شود

ترجمه؛ حسن سالاري

پژوهشگران امريکايي نانوچسب نيرومندي درست کرده اند که از زنجيره هاي مولکولي براي پيوند دادن سطح چيزها به هم بهره مي برد و حتي در دماهاي بسيار بالا کار مي کند. اين نانوچسب سطوحي را که حتي اگر يک نانومتر ضخامت داشته باشند، محکم به هم پيوند مي دهد (نزديک هزار بار نازک تر از سطوحي که چسب هاي معمولي مي توانند به هم بچسبانند). اين چسب با افزايش دماي محيط محکم تر نيز مي شود. اين چسب را «گاناپاتيرامان رامانا» و همکارانش در بنياد پلي تکنيک رنسلير پديد آورده اند. آنها مي گويند که اين چسب براي چسباندن تراشه هاي رايانه و قطعه هاي دستگاه هايي که در محيطي با دماي بالا کار مي کنند، بسيار خوب است. اين چسب از لايه هايي در مقياس نانو از زنجيره هاي مولکولي جداگانه يي از سيليکون، کربن و هيدروژن درست شده است و اين روش پيش از ساختن چسب و پوشش هاي حفاظتي به کار رفته است. اما اين زنجيره ها در حالت عادي در دماي بالاي 400 درجه سلسيوس باعث از دست رفتن چسبندگي مي شوند. براي چيره شدن بر اين دشواري، اين پژوهشگران زنجيره هاي مولکولي را بين مس در يک سر و سيليس در سوي ديگر ساندويچ کردند. آنها دريافتند که نه تنها اين کار زنجيره ها را در برابر افزايش دما حفاظت مي کند، بلکه نيروي چسبندگي آنها با افزايش دما به راستي افزايش مي يابد. «رامانا» در اين رابطه چنين مي گويد؛ «هر چه دما را بالاتر مي بريد، پيوندها محکم تر مي شوند. هنگامي که ما کار را آغاز کرديم، تصور نمي کرديم اين مولکول ها اين گونه رفتار کنند.» وي در ادامه مي افزايد؛ «برخي اثرها ممکن است با انواع ديگري از نانولايه ها بهتر کار کنند، گرچه اين گروه هنوز بايد با ترکيب هاي شيميايي ديگر آزمايش کنند.» به نظر «رامانا» اين دستاورد بيشتر بايد به صنعت ريزتراشه ها کمک کند. اين نانوچسب را مي توان براي پيوند دادن اجزاي ميکروسکوپي به کار برد. اما کاربردهاي ديگر آن مي تواند پوشش دادن قطعه هايي در توربين ها و موتورهاي جت باشد تا آنها را از دماي بالا محافظت کند. «رامانا» مي گويد؛ «به نظر من اين چسب براي کار در دماي بالا بسيار سودمند خواهد بود.» گزارش اين پژوهش در مجله نيچر (vol 447, p.299) چاپ شده است.

NewScientist.com,May.2007

آينده زير سايه نانو

مژگان جندقي

نانوتکنولوژي به عنوان يک فناوري کاربردي در دهه هاي اخير بسيار مورد توجه قرار گرفته است. کاربرد اين فناوري در حوزه هاي مختلف، متفاوت است. اين فناوري با توليد محصولات متنوع در بخش هاي شيمي، انرژي و محيط زيست کاربرد فراواني دارد. البته قبل از استفاده از محصولات اين فناوري در محيط زيست، لازم است ارزيابي دقيقي از تاثيرات مثبت و منفي کاربرد آنها بر محيط زيست صورت گيرد. در مطلب زير به برخي جنبه هاي مثبت و منفي استفاده از فناوري نانو در محيط زيست پرداخته شده است.

---

فناوري نانو از همگرايي علوم فيزيک، شيمي و زيست شناسي به وجود آمده است. نانو داراي ريشه يوناني است. اين فناوري توانايي کار در سطح اتم و ايجاد ساختارهايي که نظم مولکولي کاملاً جديدي دارند را فراهم مي آورد. ماده اصلاح شده در مقياس نانو، خصوصيات جديد و مفيدي را دارا مي شود که قبلاً در آن مشاهده نمي شد. بسياري از متخصصان، محققان، مهندسان و دانشمندان علوم اجتماعي و سياستمداران معتقدند که فناوري نانو موجب تغييرات مهمي در جامعه مي شود و اين تغييرات مي تواند اهميت تاثيرات حاصل از ساخت کامپيوتر را نشان دهد. فناوري نانو اين امکان را ايجاد مي کند که مواد جديدي توليد کنيم، موادي که به صورت بالقوه مي تواند اثرات مثبت يا منفي روي محيط زيست و بهداشت داشته باشند.

تاثيرات سودمند فناوري نانو بر محيط زيست

فناوري هاي اميدبخش شامل حسگرها يا سنسورها و ساير دستگاه هاي به کار رفته براي آشکارسازي آلودگي و برطرف کردن آنها است. برخي کاربردهاي سودمند فناوري نانو در ذيل آورده شده است؛

سنسورها ياحسگرها؛ انواع گسترده يي از حسگرهاي زيستي و روش هاي مربوطه طي چند سال گذشته در بازار معرفي شده اند. اين دستگاه هاي آناليتيکي از عناصر تشخيص بيولوژيکي تشکيل مي شوند که با آشکارسازي هاي سيگنال مرتبط هستند (مثلاً آنزيم ها، ميکروارگانيسم ها و غيره). اين دستگاه ها نسبت به حضور و غلظت آناليست واکنش داده و پاسخي قابل اندازه گيري توليد مي کنند. نانومواد و نانوساختار هاي جديد مانند نانوذرات، نانوکريستال ها، نانولوله هاي کربني، نانوالياف و فيلم نازک به عنوان دستگاه هاي حسگر مشخص شده اند. نانوذرات کاربردهاي بسياري در سنسورها دارند. نانوذرات، نانوکريستال هاي نيمه هادي درخشان و نقاط کوانتومي دسته يي از نانوحسگرهايي هستند که توانايي آشکار کردن سموم موجود در محيط را دارند و مشخص شده است که نانوکريستال ها و نقاط کوانتومي همراه با پادتن ها مي توانند به طور همزمان چهار نوع سم را آشکار کنند.

اين نوع نانوسنسورها براي آشکارسازي همزمان چند آلاينده در نمونه هاي آب يا خاک با ظرفيت آشکارسازي حساسيت بالا به کار مي رود. تحقيقات زيادي روي نانوساختارهاي لوله يي و متخلخل از قبيل نانولوله هاي کربني انجام شده است. اين نانوساختارها در حسگرهاي زيستي براي افزايش کيفيت و فعاليت بيومولکول هاي ساکن استفاده مي شوند. خواص ابعادي، شيمي سطح و الکترونيک نانولوله هاي کربني آنها را به موادي ايده آل براي استفاده در حسگرهاي شيميايي و بيوشيميايي تبديل کرده است. پيش بيني مي شود که فناوري نانو موجب افزايش حساسيت حسگرها و توليد ارزان و خودکار آنها شود و بتواند در آزمايشگاه و خارج از آن جهت آشکارسازي سريع مواد سمي و بيماري زا (پاتوژن) به کار رود.

نسل جديدي از نانوذرات به منظور حذف هيدروکربن هاي آروماتيک چندحلقه يي که به سختي از آب يا خاک آلوده حذف مي شوند، طراحي شده است.

غشاي نانو فيلتراسيون؛ استفاده از غشاي نانوفيلتراسيون جهت حذف نمک هاي چندظرفيتي عناصري مانند کلسيم، آهن، منگنز، اورانيوم و برخي آفت کش ها، راهکار ديگري است که توسط فناوري نانو ارائه مي شود.

تصفيه آب هاي سطحي و زيرزميني و نيز حذف ميکروارگانيسم ها و کاهش تيرگي و سختي آب و دفع شوري و نمک زدايي آب از ديگر فوايد فناوري نانو است.

نانوذرات؛ وجود نانوذرات در رنگ ها باعث مي شود که رنگ ها با خواص مطلوب و بهبوديافته با مصرف حلال هاي کمتر توليد شوند. فعاليت سطحي بالاي نانوذرات نشان دهنده يکي از جالب ترين خصوصيات اين مواد است که مي تواند کاربردهاي وسيعي در صنعت داشته باشد.

انتظار مي رود فناوري نانو نقش مهمي در حذف آلاينده ها ايفا کند، اصلاح خاک آلوده با استفاده از اين فناوري به راحتي صورت پذيرد و همچنين در توسعه فرآيند توليد سبز که انتشار و توليد مواد زائد را کاهش دهد، مهم واقع شود. فناوري نانو موجب کاهش مصرف مواد خام مورد نياز شده و بنابراين از منابع طبيعي محافظت مي کند. به طور کلي فناوري نانو با کارآمد کردن دستگاه ها و ابزار مورد استفاده در بخش هاي مختلف و نيز با کاهش مصرف ماده خام و انرژي گامي موثر در جهت حفاظت از منابع طبيعي و محيط زيست برداشته است.

تاثيرات مخرب فناوري نانو بر محيط زيست

ذرات نانو و فناوري نانو جداي از مفيد بودن مي توانند داراي خطرات احتمالي نيز باشند، بنابراين بايد مسائل مرتبط با ايمني و خطرات احتمالي همراه با اين روش هاي جديد را در نظر گرفت. ذرات نانو ممکن است سرعت جهش باکتري ها را افزايش دهند و تهديدي بالقوه براي محيط زيست و سلامت انسان باشند. به رغم اينکه فناوري نانو محصولات موجود را موثرتر و کارآمدتر مي کند، اندازه اين ذرات که جزء خواص مهم آنها است، مي تواند سلامتي و محيط زيست را تهديد کند. اين ذرات از گرده هاي گل گياهان و مواد حساسيت زاي معمولي نيز کوچک تر هستند و مي توانند توليد حساسيت کنند. اين ذرات مي توانند به سيستم دفاعي و ايمني بدن موجودات زنده و انسان حمله کنند. بعضي از اين ذرات مي توانند پس از تنفس به کيسه هاي هوايي ريه ها آسيب برسانند که در اين بين ماکروفاژها سعي مي کنند تا آنها را از بين ببرند و مانع از عبور اين ذرات و ورود آنها به خون شوند وليکن ماکروفاژها در تشخيص ذرات با قطر کمتر از 70 نانومتر دچار مشکل مي شوند و اين ذرات مي توانند به آساني در خون نفوذ کنند. گزارش شده است که نانوذرات مانند کربن سياه و دي اکسيدتيتانيوم که در فرآيندهاي صنعتي کاربرد زيادي دارند و به آلودگي هوا نيز کمک مي کنند، موجب ايجاد التهاب و جراحت هاي پوستي شده و در ريه باقي مانده و انباشته مي شوند. ذرات اکسيدروي و دي اکسيد تيتانيوم باعث توليد راديکال هاي آزاد در سلول پوستي شده و به DNA آسيب مي رسانند و اين آسيب به DNA موجب جهش مي شود و تغييراتي در ساختمان پروتئين به وجود مي آورد که ممکن است باعث سرطان و تومور شود.

به نظر مي رسد که اکتيويته سطح و اندازه ذره عوامل اصلي در سمي بودن نانوذرات باشند. منابع احتراق مانند اجاق هاي خوراک پزي گازي، احتراق گاز صنعتي و انواع وسايل گرم کننده خانگي موادي را توليد مي کنند که محتوي صدها يا هزاران نانولوله کربني هستند و ساختارهاي نانوکريستالي دارند. شواهد حاکي از آن است که نانولوله هاي کربني فرآوري نشده مي توانند آئروسل را طي جابه جا کردن به وجود آورند. کارخانجاتي که موادي بر پايه نانولوله هاي کربني مانند فولرن توليد مي کنند، مي توانند باعث از بين رفتن گلوتامين و آسيب اکسيداتيو بر مغز ماهيان شوند. همچنين فولرن در خاک مي تواند حرکت کرده و توسط کرم هاي خاکي جذب شود و به اين ترتيب وارد زنجيره غذايي شود.

نانوذرات طبيعي احتراق احتمالاً مهمترين منبع توليد ذرات نانوي طبيعي در محيط زيست هستند. انتشار نانوذرات مهندسي شده در محيط زيست خطرناک تر از ذرات طبيعي است، زيرا آنها مواد جديدي هستند و انسان ها و موجودات زنده ديگر ممکن است داراي مکانيسم هاي دفاعي کافي در مقابل آنها نباشند. بررسي ها نشان مي دهد که به طور کلي ذرات نانوکربني و دي اکسيدتيتانيوم سمي تر از ذرات بزرگ همان مواد هستند.

جمع بندي و تحليل

در سال هاي اخير، پيشرفت هاي سريع علوم و فنون به ويژه در زمينه نانوتکنولوژي، تحولاتي بزرگ را در زمينه هاي پزشکي، کشاورزي، صنعت، محيط زيست و علوم پايه زيستي در پي داشته است.

امروزه نقش نانوتکنولوژي در همه ابعاد روشن است، اما جنبه ديگر اين توانمندي، خطرات احتمالي مرتبط با استفاده از محصولات فناوري نانو است که در صورت رعايت نکردن قوانين و مقررات خاص ايجاد مي شود. بنابراين ضمن تاکيد بر اهميت فناوري نانو، لازم است آيين نامه هايي جهت انجام ايمن و سالم استفاده از محصولات نانو تهيه و تدوين شود تا بر اساس آن بتوان کنترل و نظارت بر کليه فعاليت هاي نانوتکنولوژي را اعمال کرد. در واقع دولت ها موظفند علاوه بر تدوين استراتژي ملي و تصويب چارچوب سازماني براي نانوتکنولوژي، شرايط قانوني تحقيق و توسعه را مشخص کنند. از اين رو پيشنهاد مي شود يکي از اين زيرساخت هاي قانوني، قانون «ايمني نانو» باشد. در واقع، ايمني نانو به سياست ها و روش هاي اتخاذ شده جهت اطمينان از کاربرد بي خطر محصولات نانو از نظر محيط زيست و سلامت انسان اطلاق مي شود. از اين رو تدوين اين سياست ها و قوانين امري ضروري به نظر مي رسد. کمااينکه در حال حاضر در برخي از کشورهاي پيشرفته مانند ايالات متحده امريکا، انگلستان، فرانسه، آلمان و ژاپن قوانين ايمني نانو وجود دارد و در هر يک از بخش هاي مرتبط با محصولات نانو کميته هايي مشغول فعاليت هستند. کشورهايي مانند چين و هند نيز قوانيني در اين مورد وضع کرده اند و در حال سازماندهي کميته ها هستند. از اين رو تدوين اين قوانين و برنامه ريزي جهت سازماندهي کميته هاي مرتبط، در کشور ما نيز امري ضروري به نظر مي رسد.

براي اولين بار در خاورميانه آغاز شد؛

خبرگزاري موج - گروه اقتصاد صنعت و بازرگاني
ظهر امروز با حضور نايب رئيس مجلس شوراي اسلامي، مديرعامل و اعضاي هيات مديره گروه خودروسازي سايپا طرح توليد رنگ هاي خودرويي بر پايه آب و حلال در شركت صنايع رنگ و رزين طيف سايپا افتتاح شد.

به گزارش خبرنگار موج، محمد حسين ابوترابي فرد نايب رئيس مجلس شوراي اسلامي، در اين مراسم گفت: متاسفانه هنوز كشور به جايگاه زيبنده اي در حوزه توسعه صنعتي نرسيده، اما در فراهم آوردن زيرساخت هاي اين بخش كه تربيت نيروي انساني است گام هاي بلندي برداشته ايم.
وي بزرگترين دستاورد ايران طي سال هاي گذشته پس از پيروزي انقلاب اسلامي را موفقيت در آموزش عالي، توليد علم، تربيت استاد و دانشجو و در يك كلام نيروي انساني ماهر دانست و اظهار داشت: به طور قطع صنعت با توجه به ارزش افزوده قابل توجه و بستر مناسب براي دسترسي به آن، نقش كليدي در توسعه دارد و مي توان همراه با جهش علمي، شاهد جهش اقتصادي براي كشور بود.
ابوترابي يكي از اشكالات پيش روي جهش اقتصادي كشور را محوريت مديريت دولتي دانست كه بايد در كوتاه ترين زمان با توجه به ابلاغ سياست هاي اصل 44 قانون اساسي، اين چالش نيز برطرف شود.
نايب رئيس مجلس شوراي اسلامي، الگوي توسعه ايران در حوزه خودروسازي را الگويي موفق و قابل بهره برداري براي ساير حوزه هاي صنعتي كشور دانست.
وي متذكر شد: متاسفانه همانطور كه دانشگاه با سياست، و دانشگاه با فرهنگ گره نخورده است صنعت و دانشگاه نيز از يكديگر غافل هستند و شكاف جدي در اين بين وجود دارد كه براي توسعه و جهش اقتصادي بايد اين معضل برطرف شود.

3ميليون يورو صرفه جويي ارزي حاصل شد
در ادامه اين مراسم، حسن شمس مديرعامل شركت صنايع رنگ و رزين طيف سايپا،‌ ميزان اشتغال زايي در اين طرح را 80 نفر دانست و پيش بيني كرد: با راه اندازي طرح توليد رنگ بر پايه آب و حلال، سالانه بيش از سه ميليون يورو صرفه جويي ارزي حاصل خواهد شد.
وي سرمايه گذاري انجام شده براي پروژه خط توليد رنگ هاي خودرويي طيف سايپا را بيش از 7/85 ميليارد ريال اعلام كرد كه يك ميليون و 54 هزار يورو اين سرمايه گذاري از حساب ذخيره ارزي استفاده شده است.
مهندس شمس مهمترين مزاياي طرح رنگ هاي پايه آب را كاهش تركيبات آلي فرار (VOCs) و عدم انتشار گازهاي سمي، كاهش بيماري كارگران و جلوگيري از شيوع بيماري هاي پوستي در بين مصرف كنندگان، عدم انتشار بوي حلال ها و كاهش ضايعات ناشي از شست شوي تانكرها و دور ريز حلال ها اعلام كرد.
به گفته وي؛ در طرح رنگ هاي پايه حلال نيز پروسه توليد ساده تر از نمونه هاي مشابه آب است بطوريكه با فراواني منابع تامين مواد اوليه، عدم انحصار در دانش فني توليد مواد اوليه، و جلا و درخشندگي خاص رنگ هاي پايه حلال مواجه هستيم.
مديرعامل طيف سايپا با اشاره به اينكه اين طرح حاصل دو سال فعاليت و عمليات اجرايي بوده است، ادامه داد: با راه اندازي طرح مذكور، حدود چهار هزار و 500 تن به ظرفيت توليد اين شركت افزوده مي شود.
وي در خصوص نتايج حاصل از اجراي طرح مذكور را توليد 10 قلم از مواد شيميايي مورد نياز صنعت خودروسازي شامل ED، آستر، رنگ رويه كلر، P.T، ضد يخ، شيشه شوي، پلاستيزول،‌درزگير و تينر خودرويي دانست.
مهندس شمس توليد سال گذشته اين شركت را هفت هزار و 500 تن انواع محصول اعلام كرد كه فروش 300 ميليارد ريالي داشته است.
براساس اين گزارش، رنگ پايه آب براي خودرو از جمله محصولاتي است كه به علت ويژگي هاي منحصر به فرد آن در طول چند سال گذشته به شدت مورد توجه سازندگان خودرو در سراسر جهان قرار گرفته است و بسياري از توليدكنندگان خودرو به سرعت در حال تطبيق خطوط رنگ خود با متدهاي رنگ كاري با رنگ پايه آب هستند.
يادآور مي شود كه علاوه بر ارزاني، بي خطر بودن و قابليت شست و شوي بالا، فشارهاي فرآينده سازمان هاي دولتي و غير دولتي حامي محيط زيست از علل گرايش توليدكنندگان جهاني براي مصرف رنگ هاي خودرويي بر پايه آب و حلال است.

مايعات يوني در تصفيه گاز طبيعي و به عنوان حلال سبز در فرايندهاي شيميايي

 

اهداف :

• توسعه دانش فني ساخت مايعات يوني با كاربرد خاص

• كاربرد مايعات يوني در تصفيه گاز طبيعي ( جداسازي CO₂ )

• كاربرد مايعات يوني در فرايندهاي شيميايي به عنوان حلال سبز

•  افزايش مقياس ساخت مايعات يوني اهداف :

  • توسعه دانش فني ساخت مايعات يوني با كاربرد خاص

  • كاربرد مايعات يوني در تصفيه گاز طبيعي ( جداسازي CO₂ )

  • كاربرد مايعات يوني در فرايندهاي شيميايي به عنوان حلال سبز

  •  افزايش مقياس ساخت مايعات يوني

مقدمه

دستيابي به تكنولوژي هاي نوين جهت جايگزيني مواد شيميايي پر مصرف در صنعت به منظور كاهش آلاينده ها ، حذف مسائل خوردگي و كاهش مصرف انرژي همواره مورد توجه خاص قرار داشته است. با توجه  به ويژگيهاي مطلوب مايعات يوني تحت عنوان حلال هاي سبز ، دستيابي به دانش فني ساخت آنها به عنوان تركيبات Fine Chemicals با ارزش افزوده بسيار بالا از يك سو و استفاده از آنها در فرايند تصفيه گازهاي طبيعي به صورت يك محيط بدون آلاينده و حذف خوردگي جهت جذب گازهاي اسيدي به منظور جايگزين مناسبي براي آمين ها از سوي ديگر مطرح است كه بر اين اساس كاهش مصرف انرژي در صنايع گاز و افزايش ظرفيت توليد پالايشگاههاي گاز  مورد توجه قرار گرفته است . به علاوه دستيابي به محصولات شيميائي و پتروشيميائي با خلوص و ارزش افزوده بالاتر با استفاده از محيط مايعات يوني از اهميت بالائي برخوردار است.

اين تركيبات ساختار يوني داشته و به دليل نداشتن تقارن ملكولي درساختمان كاتيون آنها عليرغم ماهيت نمكي ، داراي نقطه ذوب پائين و در اكثر موارد به فرم مايع در دماي محيط وجود دارند (Room Temperature Ionic Liquids) . اين تركيبات عموما ٌ شامل يك كاتيون حجيم و يك آنيون آلي يا معدني مي باشند. پايه هاي كاتيوني ، ايميدازوليوم ، پيريدينيوم ، پيروليدينيوم و فسفونيوم با  شاخه هاي هيدروكربوري مختلف و آنيونهايي مثل يونهاي هاليد ، BF₄ ( تترافلوئوروبرات ) ، PF₆  ( هگزافلوئوروفسفات )، [(CF₃SO₂)₂N]  ] بيس ( تري فلوئورومتيل سولفونيل ) ايميد[ و ... در ساختمان مايعات يوني با ويژگيهاي مطلوب بكار مي روند.

ناچيز بودن فشار بخار اين تركيبات پتانسيل آنها را به عنوان جايگزين حلالهاي فرار آلي ، بدون وجود مسائل زيست محيطي و خوردگي افزايش مي دهد. طبيعت ضد آتشگير بودن آنها ريسك را براي انجام فرآيندهاي شيميائي قابل اشتعال به حداقل مي رساند.

 

كاربرد مايعات يوني در فرآيندهاي شيميائي و پتروشيميايي

• حلال سبز در واكنش هاي نيازمند به محيط  قطبي

• جاذب گازهاي اسيدي CO_2 ، H₂S و SO₂

• كاتاليست در فرآيندهاي پتروشيميائي نظير هيدروژناسيون اولفين ها

• محيط مناسب فرآيند هاي جداسازي مايع - مايع آروماتيك ها و تركيبات اورگانوسولفور از هيدروكربنها

مزاياي مايعات يوني:

مايعات يوني را مي توان به عنوان حلال هاي سبز دسته بندي نمود. بعضي از خواص فيزيكي آنها كه موجب جذابيت به عنوان حلال هاي بالقوه مي شود عبارتند از :

•     قطبيت بالا و عدم تشكيل كمپلكس

•     فشار بخار پايين

•     مايع بودن در طيف وسيعي از درجه حرارت

•     دانسيته بالا

•     قابل  امتزاج بودن با بسياري از حلال هاي متداول آلي

•     هدايت الكتريكي بالا

•     خواص فيزيكي و شيميايي قابل طراحي

•     پايداري حرارت بالا

•     غير قابل اشتعال بودن

واكس هاي نفتي و روش هاي استخراج آنها

واكس ها هيدروكربن هايي هستند كه از نفت خام استخراج مي شوند. وجود تركيبات شيميايي با ارزشي نظير پارافين هاي نرمال، نظر هر شيمي داني را به خود جلب مي كند. با استفاده از واكنش هاي شيميايي مي توان مواد با ارزشي را بدست آورد كه در صنايع مختلف مورد استفاده قرار بگيرد.
واكس هاي نفتي را برحسب مواد اوليه اي كه از آن به دست مي آيند، مي توان به سه دسته تقسيم كرد.

الف: واكس هاي پارافيني
اين نوع واكس از مواد اوليه با نقطه جوش پايين به دست آمده و بيشتر تركيبات سازنده آن از هيدروكربن هاي نرمال پارافيني تشيكل يافته است. بيشتر هيدروكربن هاي شاخه دار (در صورت وجود) از نوع ايزو پارافين ها هستند. هيدرو كربن هاي سازنده واكس داراي20 تا40 مولكول كربن مي باشند و جرم مولكولي آنها بين280 تا560 متغير است. هم چنين در دماي عادي جامد بوده و ويسكوزيته آن حدود 35-45 SUS (در100 درجه سانتي گراد) و كريستال هاي آن به صورت سوزني يا صفحه اي است.

ب: واكس هاي ميكروكريستال
واكس هاي ميكروكريستال از واكس گيري مواد اوليه سنگين (مواد اوليه با نقطه جوش بالا) به دست مي آيند. كريستال هاي آن از انواع پارافيني ريزتر بوده و جرم مولكولي آن حدود800-450 وتعداد تركيبات كربن سازنده آن بين57-32 مي باشد.
واكس هاي ميكروكريستال در مقايسه با انواع پارافين ها با اسيد سولفوريك، اسيد نيتريك و اسيد سولفونيك بهتر تركيب مي شوند و علت اين تركيب، وجود هيدروژن، روي كربنِ نوع سوم است. انواع اكسيده شده اين واكس ها در صنايع توليدي واكسِ كف اطاق (POLISH) استفاده مي شود. هم چنين در توليد رنگ به عنوان پيگمان سوسپانسيون به كار گرفته مي شوند.

ج: پترولاتوم
اگر عمل واكس گيري بر روي مواد باقي مانده تقطير انجام شود واكس حاصل را پترولاتوم مي نامند. كريستال هاي آن از دو نوع قبلي ريزتر بوده و مقداري روغن را در خود نگه داري مي كنند به طوري كه معمولاً حالت ژلاتيني دارند.
جرم مولكولي آن بين980-560 و نقطه ذوب آن بين85-55 درجه سانتي گراد است. در مواقعي كه بخواهند پترولاتوم را بدون استفاده از حلال و حرارت پخش كنند، از پترولاتوم امولسيون شده در آب استفاده مي شود. براي اين منظور بايستي مخلوطي از واكس ذوب شده در آب داغ با استفاده از يك امولسيون كننده نظير تترا اتانول آمين تهيه كرد.
جدول(1-1) خواص فيزيكي و شيميايي واكس هاي پارافيني - ميكروكريستال و پترولاتوم را نشان مي دهد.

بررسي خواص فيزيكي و شيميايي واكس هاي پارافيني
بررسي خواص فيزيكي و شيميايي واكس مي تواند تا حدي در شناسايي ساختمان شيميايي واكس ها مورد استفاده قرار گيرد. به طور كلي شناسايي خواص واكس ها را مي توان به سه دسته تقسيم كرد:
الف: روش هاي فيزيكي (نقطه ذوب، درصد روغن، ويسكوزيته، ضريب شكست، جرم مخصوص ...)
ب: آزمايش هايي كه بيشتر جنبه مكانيكي داشته و بيشتر در صنايع، به منظور شناخت خصوصيات واكس به هنگام مصرف بر روي آن انجام مي گيرد. (مقاومت در مقابل كشش، مقاومت در مقابل سايش، جلاي واكس، انعطاف پذيري)
ج: بررسي ساختمان شيميايي تركيبات سازنده واكس

1- اسپكترومتر جرمي:
با استفاده از اسپكترومتر جرمي در دماي زياد مي توان نوع تركيبات و درصد هر يك از آنها را در واكس تعيين كرد.

2- كروماتوگراف گازي:
در اين روش، پيك هاي حاصل از گاز، كروماتوگرافي واكس را تعيين كرده و از مقايسه آن با پيك هاي استاندارد به دست آمده مي توان تركيبات سازنده واكس و نيز با محاسبه سطح زير هر پيك، درصد آن تركيب را در واكس تعيين نمود.
روش اسپكترومتر جرمي در مقايسه با روش هاي ديگر براي شناسايي تركيبات سازنده واكس روشي مناسب است. در مواقعي كه استفاده از اين روش ممكن نباشد مي توان با روش ساده زير تا حدودي تركيبات سازنده واكس را شناسايي كرد. روش عمل بدين صورت است كه ابتدا خواص فيزيكي مهم واكس نظير نقطه ذوب، ضريب شكست، ويسكوزيته، چگالي و غيره را تعيين كرده و از مقايسه آن با خواص فيزيكي هيدروكربن هاي پارافيني، هيدروكربور پارافيني معادل واكس را مشخص كرد.

روغن گيري از واكس
Slack Wax به دست آمده از واحد واكس گيري بر حسب شرايط عمل، حاوي15 تا50 درصد روغن است. جهت روغن گيري از واكس از3 خاصيت فيزيكي واكس و روغن استفاده مي شود.

روغن گيري از واكس با استفاده از تفاوت نقطه ذوب واكس و روغن
اين روش كه Sweating ناميده مي شود به خاطر پايين بودن راندمان عمل و محدوديت هاي موجود از لحاظ ماده اوليه، چندان مورد توجه نيست. با استفاده از اين روش تنها مي توان از واكس هاي پارافيني روغن گيري كرد، زيرا در هنگام گرم كردن واكس، وجود بلورهاي درشت در واكس هاي پارافيني فضاي آزادي را جهت جريان روغن ايجاد مي كند. درصد روغن موجود در واكس مورد عمل و شرايط گرم و سرد كردن آن، دو عامل موثر در كيفيت محصول به دست آمده است. براي روغن گيري از واكس ابتدا آن را ذوب كرده و به بالاترين قسمت سيني هايي كه به صورت پلكاني روي هم قرار گرفته اند، فرستاده مي شود تا در آنجا سرد شود. سپس واكس سرد شده را به تدريج گرم كرده و حين گرم شدن آن، قطرات روغن از درون بلورهاي واكس به پايين تراوش مي كند و به وسيله لوله هايي كه در اطراف سيني تعبيه شده است از سيستم خارج مي شود. سرعت گرم كردن واكس بايد حتي الامكان كم باشد(1تا2 درجه فارنهايت در ساعت)
از واكس باقي مانده در بالاي سيني، در هر مرحله اي نمونه برداري شده و هنگامي كه درصد روغن در آن به مقدار مورد نظر كاهش يافت عمل گرم كردن بر روي آن قطع مي شود. واكس باقي مانده در بالاي سيني جمع آوري مي شود.
با استفاده از اين روش نه تنها مي توان واكس را از روغن جدا كرد بلكه مي توان واكس هايي با نقطه ذوب هاي مختلف به دست آورد. از معايب اين روش مي توان به طولاني بودن زمان عمل(حدود70 ساعت) و بالا بودن درصد روغن در واكس اشاره كرد.

روغن گيري با حلال
معمولاً در روغن گيري از واكس از همان حلال مصرفي در واحد واكس گيري استفاده مي شود. حلال هاي مصرفي در واحد روغن گيري از واكس، مخلوطي از تولوئن و متيل اتيل كتن، متيل ايزوبوتيل كتن، و دي كلرو اتان را تشكيل مي دهند. روش عمل همانند روش واكس گيري از روغن موتور است. مزيت هاي اين روش بر روش هاي ديگر شامل موارد زير است:
الف: علاوه بر جداسازي روغن از واكس با اين روش مي توان واكس را با برش هاي مختلف و بر حسب نقطه ذوب آنها از يكديگر جدا كرد.
ب: قابليت انعطاف آن زياد بوده و در مورد مواد اوليه آن هيچ گونه محدوديتي وجود ندارد. ج: مقدار روغن باقي مانده در واكس نسبت به روش هاي ديگر كمتر است.
د: از آنجايي كه در اين روش از همان حلال واحد واكس گيري استفاده مي شود هزينه توليد تقريباً50 درصد كاهش مي يابد.

جدا كردن بعضي از انواع هيدروكربن هاموم هاي پارافيني: استخراج موم ها معمولاً از طريق استفاده از حلال و يا رسوب گيري، (در اثر سرد كردن) از فرآورده تقطير خلا صورت مي گيرد. اين موم ها اساساً از نرمال پارافين ها با18 تا35 اتم كربن تشكيل شده ند. موم هاي پارافيني متداول در دمايي بين45 تا65 درجه سانتي گراد ذوب مي شوند و مخلوطي از هيدروكربن هاي پارافيني نرمال از C22 تا C30 هستند.
موم هاي ميكرو كريستالين: اين موم ها در دماي بالاتري ذوب مي شوند(90 درجه سانتي گراد) و جرم مولكولي بيشتري دارند(400 تا800) و آنها را مي توان از باقي مانده (و نه از فرآورده) تقطير خلا جدا كرد.
هم چنين مي توان نرمال پارافين ها را به كمك الك هاي مولكولي يا تركيبات اوره از بعضي برش هاي نفتي جدا كرد.
پارافين ها(نرمال پارفين ها): از مخلوط نرمال پارفين ها يا10 تا20 اتم كربن، بر حسب برشي كه از آن استخراج شده اند خلوص ساختمان نرمالشان مي تواند از98 درصد هم تجاوز كند.
الك هاي مولكولي كه به كار مي روند «لند» نام دارند و عبارتند از زئوليت هاي بلورين سنتزي به فرمول عمومي زير:

MC12/n[(AL2O3)12.(SiO2)12]27H2O
كه در آن MC يك كاتيون با بارn را نشان مي دهد. شبكه بلورين مكعبي اين زئوليت ها از چهار وجهي هاي SiO4 و ALO4 تشكيل شده است. اين ساختمان خلل و فرجي را به وجود مي آورد كه قطر آنها بستگي به كاتيون به كار رفته دارد.
هيدروكربن هاي نرمال پارافيني مي توانند در اين خلل و فرج نفوذ كنند در حالي كه هيدروكربن هاي شاخه دار و حلقوي نمي توانند داخل اين منافذ بشوند.
الك هاي 4A ، زئوليت هاي از نوع A و به فرمول عمومي زيرند:

0/96Na2O-1/00 Al2O3-0/02 SiO2

و فقط مولكول هايي را كه از 4A كوچكترند، جذب مي كنند. الك هاي 5A همان الك هاي 4A هستند با اين تفاوت كه75درصد سديم آن به وسيله كلسيم جانشين شده است قطر خلل و فرج 5A است. اين الك هاي مولكولي براي استخراج نرمال پارافين ها به كار مي روند. در استخراج نفت سفيد نرمال، پارافين هايي كه حاصل مي شوند،10 تا13 اتم كربن دارند درحالي كه در استخراج گازوئيل، پارافين هاي C14 و C18 به دست مي آيد.
استخراج با اوره: اين روش بر اين اساس قرار دارد كه اوره قادر است با پارافين هاي خطي، كمپلكس هاي متبلور تشكيل دهد(شكل1). در اين كمپلكس ها، مولكول هاي اوره CO(NH2)2 فنروار بر روي يال هاي منشور هاي شش گوشي قرار گرفته اند. اين مولكول ها به وسيله پيوندهاي هيدروژني (كه در شكل1 با نقطه چين مشخص شده اند) در جاي خود نگهداري مي شوند. بدين ترتيب اين مولكول ها كانالي تشكيل مي دهند كه در داخل آن مولكول هاي پارافيني (به شرط آنكه شاخه نداشته باشند) قرار مي گيرند. قطر داخلي كانال ها 4/7A است.
خلوص نرمال پارافين هايي كه به وسيله اوره استخراج مي شوند كمتر از پارافين هايي است كه با روش الك مولكولي به دست مي آيند. حتي در بعضي شرايط داراي5 درصد ساختمان ايزو هستند. آلكان هاي5،4،3 اتم كربن دار، با اوره تركيب افزايشي نمي دهند.
اولين مولكول پارافيني كه تركيب افزايشي مي دهد هگزان است و پس از آن پايداري كمپلكس اوره- پارافين با جرم مولكولي هيدروكربن افزايش مي يابد.
هيدروكربن هاي شاخه دار در صورتي مي توانند تركيب افزايشي بدهند كه استخلاف ها بر روي كربن2 و يا3 بوده و زنجير اصلي نيز بيش از11 اتم كربن داشته باشد. اگر استخلاف متيل در كربن4 يا5 باشد زنجير اصلي بايد بيش از15 اتم كربن داشته باشد.
در صورتي كه گروه هاي دي متيل3،2 و4،3 وجود داشته باشند، زنجير بايد بيش از18 اتم كربن داشته باشد. بر حسب آنكه اوره به شكل متبلور و يا محلول باشد، روش ها با يكديگر اختلاف پيدا مي كنند.
مي توان تيو اوره CS(NH2)2 را جانشين اوره كرد ولي در اين صورت، روش جدا كردن، خاصيت گزينش پذيري خود را از دست مي دهد زيرا هيدروكربن هاي شاخه دار و نفتن ها نيز جذب مي شوند.

منابع:
1- نتايج موجود در واحد كنترل كيفيت
2-Industriial Wax
3-Hydrocarbon

 

لباس هاي کهنه ، کاغذ مي شوند!

جالب اينجاست که امروزه ديگر استفاده از درختان در صنايعي چون کاغذسازي مقرون به صرفه نيست ، بلکه اين ضايعات سلولزي هستند که در اين صنعت به کار گرفته مي شوند. جالب است بدانيد از نظر کيفيت ، بهترين کاغذها از الياف کتان و پنبه سپس کاج و نيشکر به دست مي آيند. اکنون يکي از دانش آموختگان دانشگاه صنعتي اميرکبير، موفق شده است از البسه مستعمل در توليد خمير کاغذ استفاده کند. در طرح وي منظور از منسوجات مستعمل سلولزي ، پنبه ، لايوسل و ويسکوز هستند.
گفتگوي ما را در اين خصوص با مهندس خشايار مهاجرشجاعي بخوانيد.

اصولا بحث استفاده از ضايعات و چرخه هاي بازيافتي در توليد خمير کاغذ از کجا و چگونه شکل گرفت؟
از اوايل قرن 19 ميلادي بود که با افزايش جمعيت و مصرف سرانه کشورها بر ميزان ضايعات و مواد ضايعاتي افزوده شد. با توجه به روند رشد موجود، کشورها تمهيداتي درخصوص از بين بردن زباله ها و ضايعات اتخاذ کردند. از جمله اين تصميمات مي توان به مدفون کردن زباله ها در نقاط خارج شهر، سوزاندن زباله ها و ضايعات ، خرد و ذوب کردن ضايعات پلاستيکي و... اشاره کرد. يکي از روشهاي نوين از بين بردن زباله و ايجاد قابليت استفاده دوباره از مواد ضايعاتي ، عمليات بازيافت است. از عمليات بازيافت مي توان به روش شيميايي (به واسطه حلال هاي شيميايي مانند حلال اسيدي و بازي) و روشهاي بيوشيميايي به وسيله مواد آنزيمي اشاره کرد.

اجازه دهيد به روشي که شما روي آن کار کرده ايد باز گرديم ، اما پيش از آن براي ما توضيح دهيد در فرآيند توليد خمير کاغذ، به طور معمول از چه موادي استفاده مي شود و آيا استفاده از سلولز (تنه درختان) همچنان مقرون به صرفه است؟
به طور معمول براي تهيه خميرکاغذ از چوب يا ضايعات سلولزي از روشهاي شيميايي مانند روش «بازي» (باسود NaOH) و روش «کرافت» (باسولفيت Nelsthesl) استفاده مي شود که به علت ارزش بالاي درختان و تاثير درختان در پاکيزگي هوا استفاده از درختان براي کاغذسازي مقرون به صرفه و اقتصادي نيست. امروزه مي توان از ضايعات سلولزي مانند پنبه ، ويسکوز، جوت ، کنف و... براي تهيه خمير کاغذ استفاده کرد.

در روشهاي رايج توليد خميرکاغذ محيط زيست ما مورد تهديد واقع مي شود، اين تهديدها چه مواردي است و چگونه مي توان آنها را کاهش داد؟
در عمليات توليد خميرکاغذ به روش شيميايي از نظر زيست محيطي با مشکلات ويژه اي در خصوص پاک کردن حلال ها، پس از عمليات بازيافت روبه رو هستيم. به علت شيميايي بودن اين حلال ها، مواد ياد شده از نظر محيطزيستي خطرناک هستند، اما اگر جايگزيني عمليات شيميايي با روشهاي بيوشيميايي اتفاق بيفتد مي توان اميدوار بود که مشکلات زيست محيطي کاسته شود. آنزيم ها برخلاف حلال هاي شيميايي به راحتي با تغيير شرايط محيطي غيرفعال مي شوند.

شما طرح استفاده از الياف مستعمل در توليد خميرکاغذ را انجام داده ايد، اين طرح با چه انگيزه اي آغاز شد و آيا واقعا نسبت به شرايط رايج با مزيت هاي ويژه اي همراه است؟
پروژه استفاده از الياف مستعمل سلولزي براي تهيه مواد اوليه خمير کاغذ از لحاظ اقتصادي بسيار مقرون به صرفه بود، از مواد حاصله به عنوان مواد اوليه (PULP) در کاغذسازي استفاده مي شود. مواد به دست آمده به عنوان جايگزيني مناسب براي چوب و منابع سلولزي موجود قابل استفاده است که با توجه به گراني منابع چوبي و ارزش بالاي اين منابع ، ارائه پروژه مذکور گامي مهم در جهت کاهش قطع درختان و آسيب هاي زيست محيطي است. همچنين انجام اين کار مي تواند به جلوگيري از واردات مواد اوليه کاغذسازي از برزيل و کشورهاي اسکانديناوي مانند نروژ منجر مي شود.

در اين پروژه بيشتر از چه مناسباتي و طي چه فرآيندي براي توليد خمير کاغذ استفاده مي شود؟
بيشتر از ضايعات سلولزي مانند پنبه ، جوت ، لايوسل و ويسکوز استفاده شده است و براي بازيافت ضايعات سلولزي ، روشهاي بيوشيميايي به کار رفته است.

منسوجات مستعمل شامل چه ترکيباتي مي شوند و چه خواصي دارند که مي توانند در توليد خميرکاغذ به کار گرفته شوند؟
همه چيز به وجود سلولز بر مي گردد در تمامي منابع سلولزي مانند پنبه ، جوت ، لايوسل و ويسکوز اين مواد وجود دارد و براحتي از اين مواد مي توان براي تهيه خمير کاغذ استفاده کرد.

فرآيند اخير چه مزيت هايي نسبت به ديگر شيوه هاي بازيافت دارد؟
مهمترين مزيت اين روش را بايد در ارتباط با محيطزيست بررسي کرد. زيست سازگاري مواد مورد استفاده در روش بيوشيميايي در مقايسه با روشهاي شيميايي پارامتر بسيار مهمي است.

آيا از الياف مستعمل در ديگر صنايع نيز مي توان استفاده کرد؟
البته ، از اين مواد مي توان در صنايع کاغذسازي ، توليد فيلتر (ماسک)، پرکننده هاي مبلمان ، صنايع دستمال کاغذي و بهداشتي و کارتن سازي استفاده کرد.

خمير کاغذ توليد شده به اين شيوه از چه کيفيتي برخوردار است؟
اندازه الياف به کار رفته براي کاغذسازي بايد حدود يک تا 4 ميلي متر و با ضخامت 20 تا 80 ميکرون باشد. به واسطه عمليات آندي براحتي مي توان اليافي در محدوده طولي الياف کاغذ تهيه کرد. PULP الياف کوتاه طولي حدود يک تا 2 ميلي متر و PULP الياف بلند طولي برابر 2 تا 4 ميلي متر دارد. در همين حال بر اثر عمليات بيوشيميايي نمونه هاي سلولزي (مانند پنبه ، لايوسل و ويسکوز و...) ميزان جذب رطوبت ، کاهش مي يابد که اين نيز ناشي از افزايش بلورينگي اليافت مذکور است و مي تواند در کيفيت کاغذ نقش داشته باشد.

آيا از اين شيوه در دنيا نيز در توليد خمير کاغذ بهره گرفته مي شود؟
خير، روش مذکور به عنوان روش نويني در دنيا مطرح است. در هند و بنگلادش موسسات تحقيقاتي در اين زمينه به تحقيق پرداخته اند، اما هنوز به توليد صنعتي نرسيده است.

پونه شيرازي