27196

ارتقاء آب گريزي و روغن دوستي لاستيك نيتريله (NBR) واپخت شده به منظور افزايش قابليت جذب مواد نفتي

دكتري

مهندسي شيمي

1396

1401/07/21

مسعود جمشيدي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

امروزه نشت نفت به آب هاي آزاد و پسماند لاستيك از جمله مشكلات بزرگ محيط زيستي هستند كه بهداشت و سلامت زمين را تهديد مي كنند. در اين تحقيق، با استفاده مجدد از پسماند لاستيك نيتريله (NBR) براي جداسازي روغن از آب دريا، ضمن ابداع روشي جديد براي دفع پسماند لاستيك، محصولاتي با قابليت مناسب جذب لكه هاي نفتي ايحاد شد. براي اين منظور، ابتدا نانوذرات سيليس با وينيل تري اتوكسي سيلان (VTES) اصلاح شد. سيلاني كردن در نسبت استوكيومتري (X) و سه غلظت بالاتر (5، 10 و X20) براي دستيابي به غلظت بهينه، انجام شد. نانوذرات اصلاح شده با كمك طيف سنجي مادون قرمز (FTIR)، گرماوزن سنجي (TGA)، پراكنش اشعه ايكس (XRD) و آناليز مساحت سطح (BET) و طيف سنجي فتوالكترون (XPS) هويت شناسي شدند. نتايج حاكي از پيوندزني موفق سيلان وينيلي بر روي سطح نانوذرات بود. براي ساخت نانوكامپوزيت لاستيكي، نانوسيليس خالص در پنج غلظت مختلف (1، 2، 3، 5 درصد و 10 درصد) به لاستيك نيتريله نو و بازيافتي اضافه شد. براي انتخاب درصد بهينه نانوذرات، نانوكامپوزيت ها به لحاظ رئومتري (MDR)، استحكام كششي، اثر پين ، خواص ديناميكي-مكانيكي (DMTA)، مقاومت لغزش مرطوب و گرمااندوزي ارزيابي شدند. نتايج نشان داد كه نانوكامپوزيت هاي حاوي نانوذرات اصلاح سطح شده (لاستيك NBR نو و بازيافتي) خواص بهتري نسبت به نانوكامپوزيت هاي حاوي نانوذرات خالص دارند. در ادامه، نانوكامپوزيت هاي لاستيكي (نو و بازيافتي) حاوي نانوذرات اصلاح سطح شده براي جذب نفت خليج فارس مورد آزمون قرار گرفتند. مشخص شد كه NBR بازيافتي اصلاح شده تا 700 سيكل و لاستيك نو اصلاح شده تا 1000 سيكل در مقابل چرخه هاي جذب-دفع نفت خليج فارس دوام دارند. اما نمونه هاي بازيافتي جذب نفت بالاتري (7/1 گرم در گرم) نسبت به نمونه هاي نو (3/1 گرم در گرم) نشان دادند. راندمان جداسازي نفت خليج فارس براي تمام نمونه هاي اصلاح شده بالاي 95 درصد بود. نتايج نشان داد كه نانو سيليس اصلاح‌شده در 5 درصد وزني، باعث افزايش زاويه تماس با آب از 89/89 و 3/95 درجه (به ترتيب براي NBR و NBR بازيافتي) به 56/151 و 3/153 درجه و كاهش زاويه تماس روغن از 39/73 و 3/71 درجه (به ترتيب براي NBR و NBR بازيافتي) به 1/14 و 1/11 درجه شد. نتايج اين تحقيق نشان داد كه با توجه به مقرون به صرفه بودن، راندمان مناسب و در دسترس بودن لاستيك هاي ضايعاتي، مي توان از اين لاستيك ها براي رفع يك مشكل بزرگتر محيط زيستي (يعني جداسازي نفت از آب دريا) استفاده كرد.

1401/07/30

Enhancing Hydrophobicity and Lipophilicity of Devulcanized Nitrile Rubber (NBR) to Increase It’s Oil Absorption Capability

10/13/2023 12:00:00 AM

Two environmental problems that threaten the international community are oil spills and waste rubbers which have caused both health and environmental problems. In this work, we provide a new way to dispose NBR waste rubbers by reusing the waste rubber for separation of oil from seawater. To investigate this feasibility, firstly, Silica nanoparticles were modified with vinyl silane. To achieve the optimal concentration, silane with three different concentrations (X, 5X and 10X) was added to the silica nanoparticles according to the formulation. Optimized modified nanoparticles were selected according to the analysis of FTIR, TGA, XRD and BET. XPS analysis was performed to confirm the surface modification which confirmed the emergence of peak C1s in interval 284eV which was related to grafted silane. Then, recycled/devulcanized NBR composites were selected and prepared due to their resistance to petroleum solvents. To select the optimal content of pristine nanosilica, rubbery composites were prepared at different nanopartcle concentrations (1%, 2%, 3%, 5% and 10%). To select the optimal samples, MDR and tensile tests were performed. Then, modified nanosilica was added to the selected compound samples. The mechanical and curing behavior of recycled NBR were compared to new NBR samples. Modified nanocomposites showed very good performaces in terms of chemical and mechanical properties which were confirmed by payne effect, wet skid resistance and heat build up test too. Finally, the modified composites were tested for absorption of Persian Gulf oil. The modified recycled samples lasted up to 700 cycles and the modified pristine samples lasted up to 1000 cycles of oil absorption/desorption cycles. However, the recycled samples had higher absorption (1.5 g/g) than pure samples (1.3 g/g). Persian gulf oil separation efficiency was above 99% for all modified samples. The oil contact angle (OCA) for the optimal sample of modified recycled nanocomposite was 11.1° and the water contact angle (WCA) was 153.3°. Due to their cost-effectiveness, high efficiency and the availability of waste rubbers in the community, these waste rubbers can be used for a bigger problem, namely oil/water separation and separation of oil from seawater.

جداسازي نفت از آب , نانوذره سيليكا , لاستيك نيتريله واپخت شده , سيلان وينيلي

Oil-Water separation , devulcanization NBR rubber , Silica nano particles , vinyl silane

reza ghamarpoor

masoud jamshidi