پایان نامه رایگان با موضوع مکانیسم انتقال، ریخت شناسی، هم افزایی

دانلود پایان نامه ارشد

ازی آب/روغن/سطح ساز قرار میگیرد. در این منطقه سطح ساز باعث تشکیل میسل معکوس میشود؛ میسلهای معکوس کروی که انرژی سطحی را کاهش میدهند رایجترین شکل هستند. اضافه کردن ترکیبات قطبی یا یونی، هستهی مرکزی این میسلهای معکوس را تقسیم میکنند بنابراین پراکندگی مواد آلی و غیر آلی در روغن را موجب میشود (شکل ۳-۶). تشخیص این که سیستمها دینامیک هستند بسیار مهم است؛ یعنی خیلی اوقات میسلها از طریق حرکت براونی تصادفی با یکدیگر برخورد میکنند و به شکل دیمرها منعقد میشوند،‌ که امکان دارد محتوی داخل میسلها بعد از شکستن مجدد مبادله شوند. واضح است که هر واکنشگر غیر آلی در داخل میسلهایی که میخواهند مخلوط شوند به صورت کپسول درخواهند آمد. این فرایندهای مبادلهی ترکیبات نانوذرات داخل الگوهای میسلی معکوس فرایندهای بنیادی هستند، که باعث واکنش حل شدن واکنش کنندگان در محلولهای میسلی جدا میشوند]۴[.

شکل ۳-۶: میکروامولسیون آب در روغن]۴[

۳-۱۱- میکروامولسیونهای روغن در آب (O/W)
میکروامولسیونها میتوانند در محدودهی دمایی کم دامنه (معمولا ۲۰-۱۰ درجهی سانتیگراد) تشکیل شوند. یک راه برای غلبه کردن بر این مشکل استفاده از مخلوط سطح سازهای یونی و غیر یونی است، به صورتی که سطح ساز یونی در محدودهی وسیعی از دما موثر است و سطح سازهای غیر یونی قدرت حل کنندگی بزرگی نشان میدهند. با استفاده از مخلوط مناسب سطح سازهای یونی و غیر یونی میتوان محدودهی دمایی برای تشکیل میکروامولسیونهای O/W را افزایش داد. با افزایش pH، میکروامولسیون گروههای اسید کربوکسیلیک خنثی میشوند و بار منفی در سطح لایهی دوگانه ایجاد میکند که سبب تشکیل مقدار بیشتری از میکروامولسیون O/W میشود. گروههای آبدوست قطرههای میکروامولسیون با یک محدودهی وسیع دمایی، نیروی محرک لازم برای تولید میکروامولسیون O/W هستند. میسلهای نرمال میتوانند روغن بیشتری در هستهی هیدروکربنی حل کنند که میسلهای ورم کردهای که میکروامولسیون روغن در آب (O/W) هستند را شکل میدهد. غلظتهای مختلف فاز پراکنده و سطح ساز به طور مناسب ممکن است اندازهی حبابهایی در حدود تقریبا nm ۱۰۰-۱ ایجاد کنند. علاوه بر این میسلها (روغن در آب) (شکل ۳-۷) میتوانند به عنوان حامل یا ظرف تعداد زیادی از ذرات یا ترکیبات آلی استفاده شوند. میسلهای معکوس (آب در روغن) نیز میتوانند به عنوان حامل ترکیبات غیر آلی استفاده شوند]۴[.

شکل ۳-۷: میکروامولسیون روغن در آب]۴[

۳-۱۲- میکروامولسیونهای دو پیوسته
ساختار دو پیوسته77 یا فاز اسفنجی78 یک ساختار کاملا پیچیده است. در این ساختار آب و روغن فاز پیوسته هستند. ساختار اسفنجی یک مثال مناسب است: اسفنج یک ساختار پیوسته است اما ممکن است اسفنج با یک مایع پر شود. این مایع یک فاز پیوسته شکل میدهد و مواد اسفنج نیز یک فاز پیوسته را تشکیل میدهند. با این فرض که سطح اسفنج سطح ساز است،‌ یک تصویر از ساختار دو پیوسته ارائه میشود: ساختارهای دو پیوسته شاید خیلی اوقات به صورت تراکم میسلهای جدا مشاهده شوند]۴[.

۳-۱۳- مکانیسم استخراج با میکروامولسیونها
میکروامولسیون وینسور II وضعیتی است که از قابلیت زیادی برای استخراج حلالی از محلول آبی دارد؛ به صورتی که تاثیری بر ساختار فاز آبی ندارد. به عبارت دیگر فاز استخراجی آلی به جای یک تک فاز، یک میکروامولسیون W/O است. دلیل اصلی برای انتقال به میکروامولسیون W/O حضور میکروقطرات آبی در فاز استخراجی است که امکان بالا بردن استخراج مواد حل شدهی آبدوست توسط قابلیت انحلال در هستهی میسلی معکوس را فراهم میکند. با این حال همیشه این چنین نیست و به نظر میرسد با ویژگیهای سیستم و نوع مادهی حل شده متفاوت است. به علاوه در نمونههای زیادی، مکانیسم افزایش استخراج به سادگی قابلیت انحلال در هستههای میسلی معکوس نیست. چهار موقعیت قابلیت انحلال در یک میسل معکوس به صورتی که در شکل ۳-۸ نشان داده شده است امکان دارد. موقعیت یک انحلال در سطح فیلم تشکیل شده از سطح ساز را نشان میدهد. موقعیتهای دو و سه انحلال در ناحیهی مرزی میسلی را بیان میکنند و موقعیت چهار انحلال در هستهی میسلی را نشان میدهد. نکتهی مهم این است که واژهی قابلیت انحلال فقط برای انتقال مادهی حل شده به هستهی میسلی معکوس کاربرد ندارد بلکه برای درج در ناحیهی مرزی میسلی به نام پرچین79 نیز کاربرد دارد. مشکلی که محققین با آن روبه رو هستند آن است که تعیین محل دقیق جسم حل شده در فاز میکروامولسیون با بیشتر ابزارهای تحلیلی دشوار است]۷[.

شکل ۳-۸: موقعیتهای ممکن قابلیت حل شدن در یک میسل]۷[

برخی پیش بینیها را میتوان از مکانیسم استخراج در سیستمهای دو فازی بدست آورد. به صورتی که در استخراج حلالی مرسوم است مکانیسم انتقال جسم حل شده فیزیکی یا شیمیایی است. در روش استخراج حلالی متداول، انتقال فیزیکی برای گونههایی که فاز آلی را ترجیح میدهند استفاده میشود یعنی،‌ ضریب توزیع آنها (D) به اندازهای است که اجازهی استفاده از استخراج حلالی مرسوم را میدهد. در برخی حالات که انحلال پذیری در فاز آلی کم است،‌ میکروامولسیون توانایی استخراج زیادی را نشان میدهد. یک مثال مهم در این مقوله استخراج مولکولهای زیستی است]۷[.

۳-۱۳-۱- استخراج میکروامولسیون با واکنش شیمیایی: استخراج یون فلزی
روش استخراج حلالی متداول با واکنش شیمیایی برای مواد حل شدهای که در فاز آلی غیر محلول هستند استفاده میشود، مگر این که جزء حل شده با یک واکنشگر موجود در فاز آلی واکنش دهند. به عنوان مثال میتوان به استخراج یونهای فلزی طبق معادلهی ۳-۲ اشاره کرد]۷[.
M_((aq))^(n+)+〖n.RH〗_((org) ) ↔ R_n M_((org) )+〖n.H〗_((aq))^+(۳-۲)
که Mn+ یک یون فلزی با ظرفیت n، RH یک واکنشگر تبادل یونی محلول در روغن و RnM کمپلکس فلزی هستند. در این حالت اگر فاز آلی توسط یک میکروامولسیون W/O حاوی واکنش دهنده جایگزین شود، معمولا استخراج به علت انحلال پذیری کمپلکس فلزی در میکروفاز افزایش پیدا میکند. در این جا دو راه برای تشکیل میکروامولسیون W/O در فاز حلال امکان دارد]۷[:
۱. واکنش دهنده در فاز آلی تشکیل میسل معکوس میدهد که تماس این میسل با فاز آبی منجر به تشکیل میکروامولسیون میشود.
۲. تحت شرایط فرایند امکان تشکیل میسلی معکوس برای واکنش دهنده وجود ندارد، در این حالت یک سطح ساز و برخی اوقات یک کمک سطح ساز، باید برای تولید فاز میسلی معکوس به فاز آلی اضافه شود. در این حالت میسل معکوس معمولا به صورت مخلوط، شامل پوستهی میسلی و محتوی واکنشگر و افزودنی، میباشد.
فقط مورد دو میتواند مقایسهای بین روش استخراج حلالی متداول و میسلی ایجاد کند. چندین مقایسه در مقالات بر روی عملکرد استخراج فلز از میکروامولسیون شامل استخراج کننده گزارش شده است. در برخی حالات، میکروامولسیون هم افزایی و افزایش سرعت استخراج نسبت به سطح ساز منفرد را ایجاد میکند، ‌در حالی که در برخی دیگر، اساسا ضریب توزیع و سرعت استخراج کاهش پیدا میکند یا بدون تغییر میماند. به عنوان مثال میتوان به استخراج با دی اتیل هگزیل فسفریک اسید (di(2-ethylhexyl)phosphoric acid (DEHPA)) اشاره کرد. DEHPA در حلالهای چربیدار (آلیفاتیک) در pH ۴ یا کمتر نمیتواند میکروامولسیون تشکیل دهد؛ با این حال با اضافه کردن سطح ساز و کمک سطح ساز مثل سدیم دودکیل بنزن سولفونات و ان-بوتانول میکروامولسیون تشکیل میشود. باور80 و همکاران پیشرفتهای قابل توجهی در استخراج فلزات سه و چهار ظرفیتی را با توجه به سیستم مرسوم با میکروامولسیون DEHPA گزارش کردهاند. هر چند برجزا81 و پرز دی اورتیز82 پیشرفتهایی را در استخراج Al(III) با استفاده از میکروامولسیون در مقابل استخراج Zn(II) بدست آوردند که کاهش معنی داری نسبت به سیستم DEHPA منفرد دارند. رفتار متفاوت مشابهی از یک میکروامولسیون در استخراج Bi(III) و Zn(II) توسط پپ83 و اتو84 مشاهده شد؛ آنها افزایش در استخراج فلز سه ظرفیتی را مشاهده کردند اما برای روی اینچنین نبود. برجزا و پرز دی اورتیز سعی کردند مقایسهی تاثیر میکروامولسیون در استخراج آلومینیوم و روی با DEHPA را بر مبنای رفتار سطحی متفاوت کمپلکسهای آنها توضیح دهند: کمپلکس آلومینیوم آب دوستتر است بنابراین ممکن است انرژی پس دهی بیشتری نسبت به روی داشته باشد و سطح مشترک محل مناسبی برای آن است،‌ در حالی که کمپلکس روی محلولیت بیشتری در فاز آلی دارد. بنابراین در سیستم میکروامولسیون انحلال در پرچین به جای هستههای میسلی بهتر خواهد بود، و منجر به افزایش استخراج به علت افزایش در مساحت سطح تولید شده توسط میکروامولسیون میشود. به عبارت دیگر کمپلکس روی در فاز آلی نسبت به فاز آبی یا پرچین بیشتر محلول است و در نتیجه حضور میکروفاز آبی قابلیت انحلال در فاز استخراج کننده را بهبود نمیدهد. این فرضیه تایید شده باقی مانده است]۷[.
یک نکتهی مهم در مورد استخراج میکروامولسیون این است که پیچیدگی سیستم با سه فاز،‌ دو سطح و معمولا ریخت شناسی فاز نامشخص باعث میشود که پیش بینی عملکرد آن بسیار مشکل باشد، مخصوصا زمانی که با مواد حل شدهی با مشخصات گوناگون سر و کار داریم. مقالات نشان میدهند که همواره استخراج فلز بهبود نمییابد و حتی این نوع ممکن است به علت تاثیر افزودنی امولسیونی مانع استخراج شود]۷[.
۳-۱۴- سینتیک استخراج با سیستم میسلی
برای بزرگ مقیاس کردن فرایندهای استخراج با میسل معکوس، دانستن عواملی که سرعت انتقال جرم را به/از فاز میسلی معکوس تعیین میکنند مهم است. تا کنون بیشتر فعالیتها بر روی سینتیک انحلال پذیری مولکولهای آب، پروتونها، یونهای فلزی، آمینو اسیدها متمرکز شده بود. دو فرایند جداگانه وجود دارد: انتقال رو به جلو، که انتقال مادهی حل شده از فاز آبی به فاز میسل معکوس است و انتقال رو به عقب که برعکس مورد اول است]۷[.
سینتیک استخراج یونهای فلزی کمتر مورد توجه قرار گرفته است. چون مکانیسم استخراج یونهای فلزی شیمیایی است، تاثیر ایجاد کردن میکروامولسیون در فاز آلی که محتوی واکنشگر باشد را میتوان از طریق آزمایش اندازه گیری کرد. نتایج نشان میدهند که در مورد تعادل استخراج، در مقایسه با سیستم مرسوم سرعت استخراج ممکن است اساسا توسط حضور میکروامولسیون افزایش پیدا کند یا به مقدار ناچیز کاهش پیدا میکند. برجزا دریافت که تاثیر میکروامولسیون بر روی سینتیک استخراج به مشخصات یون فلز و کمپلکس آن، برای مثال ظرفیت و درجهی آب پوشی کمپلکس و انحلال پذیری کمپلکس در فاز آلی، وابسته است. بنابراین یک قاعدهی کلی که برتری تشکیل میکروامولسیون در یک سیستم را که محتوی یک واکنشگر است نشان دهد وجود ندارد.
در مورد انتقال پروتئین بوسچ85 و همکاران دریافتند که انتقال توسط فرایندهای انتقال گرما در فاز آبی کنترل میشود و ضریب انتقال جرم با افزایش سطح ساز افزایش پیدا میکند اما به شدت به سرعت هم زدن وابسته است. سینتیک استخراج رو به عقب برای بدست آوردن فهم بهتری از مکانیسم انتقال جسم حل شده مهم است و مرحلهی محدود کنندهی سرعت برای فرایند را تعیین میکند. برای طراحی منطقی ماشین آلات استخراج، کسب برخی از اطلاعات ضروری است]۷[.
استخراج کنندههای مایع-مایع برای توسعه دادن استخراج مایع-مایع مرسوم هستند و به طور کلی برای این کاربردها مناسب هستند. اکنون توسعهی فرایند تنها بر استفاده در میکسر-ستلرها، سانتریفوژها، ستونهای افشان86 و استخراج کنندههای غشایی متمرکز شده است و لی87 نشان داد که استخراج پروتئین با میسلهای معکوس در یک برج افشان امکان پذیر است. او از برج کوچک برای استخراج بسته استفاده کرد و نشان داد که پیش بینی همبستگیهای انتقال جرم با مقدار بسیار بالا به دلیل سطح محکم قطرات میسل معکوس وجود دارد]۷[.
با این حال، با وجود پیشرفتهای بسیاری در درک فرایندهای اساسی کنترل جدایش مواد محلول آلی با استفاده از میسل معکوس و در طراحی و عملکرد کنتاکتور،‌ استفاده از میسل معکوس هنوز در مقیاس بزرگ استفاده نشده

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه رایگان با موضوع میکروامولسیون، HLB، زنجیر Next Entries پایان نامه رایگان با موضوع میکروامولسیون، گالیم، بوكسيت