فرشید قربانی چقامارانی

نفت خام و مشتقات آن به عنوان منبع استراتژیک انرژی در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به توسعه سریع اقتصاد، تقاضا برای مصرف نفت خام و فرآورده‌های پالایشگاهی افزایش یافت. عدم انطباق کشورهای مصرف‌کننده با تولیدکنندگان منجر به حمل و نقل مقادیر زیادی نفت خام و فرآورده‌های نفتی تصفیه شده توسط کشتی بین محل‌های تولید، پالایشگاه‌ها و نقاط مصرف شد. از این رو، استخراج و حمل و نقل منجر به اثرات زیست محیطی گسترده‌ای مانند نشت به منابع آب شد. بنابراین، توسعه روش‌های جدید و سازگار با محیط زیست که بتواند این آلاینده‌ها را از آب و پساب با کارایی بالا حذف و جدا کند، بسیار مهم است. بنابراین، هدف اصلی مطالعه حاضر سنتز اسفنج‌های کامپوزیتی سلولز- کیتوسانی و کراتینی و کاربرد آن برای حذف روغن و سایر آلاینده‌های آلی از آب بود. از روش طراحی سطح پاسخ برای بهینه‌سازی فرایند استخراج کراتین استفاده شد. در مرحله بعد سلولز و سُم به ترتیب از برگ درخت Platanus orientalis و سُم گوسفند استخراج شد. سپس سلولز در ترکیب با کیتوسان با نسبت‌های مختلف 1:10، 3:10 و 5:10 (سلولز/ کیتوسان) سنتز و اسفنج‌های تولید شده به ترتیب C1، C3 و C5 نام گذاری شد. اسفنج‌های کامپوزیتی کراتینی در ترکیب کراتین با نسبت‌های مختلف پلی ونیل الکل % ۰.۵،% ۱و% ۲ سنتز و اسفنج تولید شده به ترتیب P0.5-T، P1-T، P2-T نام گذاری شدند. اصلاح سطح (هیدروفوبیزاسیون) اسفنج سنتز شده با رسوب بخار متیل‌تری‌متوکسی‌سیلان انجام شد. ساختار و خواص اسفنج‌های سنتز شده با زاویه تماس (CA)، SEM، EDX، TGA، XRD، FT-IR و تجزیه و تحلیل جذب و واجذب گاز نیتروژن مشخص شد. در نهایت برای ارزیابی کارایی اسفنج، فرآیند جذب در یک سیستم ناپیوسته با ۱۰ آلاینده مختلف نفتی و آلی شامل روغن خام، روغن موتور، گازوئیل، بنزین، پارافین مایع، هگزان، کلروفرم، دی کلرومتان ، نفت سفید و روغن خوراکی مایع انجام شد. تصاویر CA نشان داد که زاویه تماس آب در اسفنج کامپوزیتی سلولز-کیتوسان برای C1، C3 و C5 به ترتیب 140، 143 و 146 درجه و برای اسفنج‌های کامپوزیتی کراتینی P0.5-T، P1-T، P2-T به ترتیب 137، 147 و 131 درجه است. برای اسفنج‌های کامپوزیتی سلولز-کیتوسان این مقادیر نشان می دهد که آب‌گریزی اسفنج‌ها تا حدی با افزایش نسبت سلولز افزایش می‌یابند. تصاویر SEM ساختار متخلخل اسفنج کامپوزیتی سلولز- کیتوسان و کراتینی را نشان می‌دهد که منجر به افزایش نسبت سطح به حجم و در نتیجه افزایش ظرفیت جذب می‌شود. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل BET نشان داد که سطح ویژه به ترتیب m2/g 33/2، m2/g21/3 و m2/g65/3 بود. از سوی دیگر، بر اساس روش BJH، میانگین اندازه منافذ اسفنج‌ها به ترتیب 44/36، 57/21 و 71/19 نانومتر بود. با توجه به نتایج جذب، اسفنج C1 نشان دهنده بالاترین ظرفیت جذب روغن و آلاینده‌های آلی است و به عنوان اسفنج بهینه معرفی شد. برای اسفنج کامپوزیتی کراتینی سطح ویژه‌ی اسفنج‌های P0.5-T، P1-T، P2-T به ترتیب m2/g 35/0، m2/g 38/1 و m2/g 93/2 است و میانگین قطر حفرات 46/22، 83/11 و 60/9 نانومتر است. با توجه به نتایج اسفنج P1-T به عنوان اسفنج بهینه معرفی شد. آنالیز XRD و FT-IR ساختار کریستالی سلولز و همچنین وجود همی سلولز در سلولز استخراجی را ثابت کردند. به علاوه از طریق آنالیزهای مورد نظر ساختار کراتین نیز قابل شناسایی بود. با استفاده از آنالیز TGA استحکام ساختاری اسفنج‌های سنتز شده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. وجود PVA و کیتوسان باعث استحکام حرارتی در اسفنج‌های سنتز شده می‌شود. مشخص شد که سینتیک مدل شبه مرتبه دوم برای فرآیند جذب نفت و آلاینده‌های آلی توسط اسفنج کامپوزیتی سلولز-کیتوسانی و کراتینی مناسب تر است. قابلیت استفاده مجدد از اسفنج مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و در 6 چرخه متوالی بدون کاهش قابل ملاحظه ظرفیت جذب باقی‌ماند.