شناساگرهای شیمیایی 

در حالت کلی ، شناساگرها موادی رنگی هستند که معمولا از مواد گیاهی اخذ می‌شوند و می‌توانند به شکل اسیدی یا بازی موجودیت یابند. شناساگرها برای شناسایی اسیدها و بازها به ما کمک می‌کنند. 

● انواع شناساگرها
دو نوع شناساگر داخلی و خارجی را معرفی می‌کنیم: 

▪ شناساگر داخلی
اگر به محلول تیتر شونده ، چند قطره از یک شناساگر افزوده شود و پس از پایان عمل تغییر رنگ در محلول ایجاد شود، چنین شناساگری را شناساگر داخلی یا درونی نامند.
▪ شناساگر خارجی
در برخی حالات قبل از آن که نقطه پایان به ظهور برسد، بین شناساگر و محلول تیتر شونده یک واکنش صورت می‌گیرد و در این حالت نقطه پایان بسیار سریع پدیدار می‌شود، مثل تیتر کردن فسفات با استات اورانیل در حضور شناساگر فروسیانور پتاسیم ، فروسیانور پتاسیم با یونهای اورانیل قبل از رسیدن به نقطه پایان واکنش می‌دهد.
برای بدست آوردن نتیجه صحیح و خوب باید به دفعات لازم چند قطره از محلول بالای رسوب ( یا محلولی که پس از صاف کردن رسوب بدست می‌آید ) را در فاصله زمانهای مساوی ، روی یک قطعه کاغذ صافی با شناساگر سیانور پتاسیم آزمایش کرد. چنین شناساگری ، شناساگر خارجی نامیده می‌شود.
 

فاصله تغییر PH و تغییر رنگ برخی از شناساگرهای مهم اسید و باز که متداولند در جدول بالا آمده است.

منواکسید کربن (CO)، ماده‌ای سمی است که با اتصال به هموگلوبین خون، که حمل‌کننده‌ی اکسیژن است، مانع از انتقال اکسیژن در بدن می‌شود. تبدیل این ماده به دی اکسید کربن، یکی از مهم‌ترین فرایندهایی است که می‌توان در بسیار از بخش‌ها مانند زیردریایی‌ها، صنایع حفاری و سفرهای فضایی مورد استفاده قرار گیرد. با استفاده از کاتالیست طلا می‌توان فرایند اکسیداسیون را در دمای اتاق انجام داد.

اخیراً محققان به‌جای پرداختن به ساز و کار واکنش، روی بررسی سایت‌های فعال کاتالیست متمرکز شده‌اند. پژوهشگران دانشگاه کاردیف روی ساز و کار واکنشی که بر روی کاتالیست Au/Fe2O3 اتفاق می‌افتد، تحقیق کرده و دریافتند که اگر منواکسیدکربن به همراه اکسیژن روی کاتالیست جذب شود، می‌تواند تجزیه شود. از آنجایی که شکسته شدن پیوند در CO به‌دلیل استحکام این پیوند کمتر دیده شده، نتایج اکسید شدن گاز منواکسید کربن روی کاتالیست طلا بسیار غافل‌گیرکننده است.

مرجع

1. مقدمه

کامپوزیت ترکیبی است که از لحاظ ماکروسکوپی از چند ماده متمایز ساخته شده باشد، به طوری که این اجزاء به آسانی از یکدیگر قابل تشخیص باشند. به طور نمونه، یکی از کامپوزیت های آشنا بتن است که از دو جزء سیمان و ماسه ساخته شده است.
برای ایجاد تغییر و بهینه کردن خواص فیزیکی و شیمیایی مواد، آن ها را ترکیب یا کامپوزیت می کنیم. به طور مثال پلی اتیلن (PE) که در ساخت چمن های مصنوعی از آن استفاده می گردد، رنگ پذیر نیست و به همین سبب رنگ این چمن ها اغلب مات است. برای برطرف نمودن این نقص به آن وینیل استات می افزایند تا خواص پلاستیکی، نرمیت و رنگ پذیری آن اصلاح شود. در واقع، هدف از ایجاد کامپوزیت، به دست آوردن ماده ای ترکیبی با خواص مورد انتظار می باشد.
نانوکامپوزیت نیز همان کامپوزیت است که یک یا چند جزء از آن، ابعاد کمتر از 100 نانومتر دارد. نانوکامپوزیت ها از دو فاز تشکیل شده اند. فاز اول یک ساختار بلوری است که در واقع پایه یا ماتریس نانوکامپوزیت محسوب می شود و ممکن است از جنس پلیمر، فلز و یا سرامیک باشد. فاز دوم نیز ذراتی در مقیاس نانومتر می باشند که به عنوان تقویت کننده (مواد پرکننده Filler) به منظور اهداف خاص از قبیل استحکام، مقاومت، هدایت الکتریکی، خواص مغناطیسی و ... در درون فاز اول (ماده پایه) توزیع می شوند.
در بحث نانومواد، نانوکامپوزیت ها از جایگاه ویژه ای برخوردار هستند. حضور ذرات و الیاف در ساختار نانوکامپوزیت ها معمولاً باعث ایجاد استحکام در ماده ی پایه می شود. در واقع هنگامی که ذرات و یا الیاف درون یک ماده ی پایه توزیع شوند، نیروهای اعمال شده به کامپوزیت به طور یکنواختی به ذرات یا الیاف منتقل می شود. با توزیع مواد پرکننده درون ماده پایه خصوصیاتی نظیر استحکام، سختی، خواص تربیولوژیکی و تخلخل تغییر می کند. ماده ی پایه می تواند ذرات را به گونه ای از هم جدا نگه دارد که رشد ترک به تأخیر افتد. به علاوه اجزاء نانوکامپوزیت ها بر اثر برهمکنش سطحی بین ماده ی پایه و مواد پرکننده، از خواص بهتری برخوردار می شوند. نوع و میزان برهمکنش ها نقش مهمی در خواص مختلف نانوکامپوزیت ها همچون حلالیت، خواص نوری، خواص الکتریکی و مکانیکی آن ها دارد.
2. طبقه بندی نانوکامپوزیت ها

انواع نانوکامپوزیت را می توان بر اساس ماده پایه آن ها به شرح زیر طبقه بندی کرد:
1. نانوکامپوزیت های پایه پلیمری Polymer matrix nanocomposites (PMNCs)
2. نانوکامپوزیت های پایه سرامیکی Ceramic matrix nanocomposites (CMNCs)
3. نانوکامپوززیت های پایه فلزی Metal matrix nanocomposites (MMNCs)
در ادامه به بررسی خواص و کاربرد هر یک از این نانوکامپوزیت ها پرداخته می شود.
2.1. نانوکامپوزیت های پایه پلیمری

در بین نانوکامپوزیت ها بیشترین توجه به نانوکامپوزیت های پایه پلیمری معطوف است. یکی از دلایل گسترش نانوکامپوزیت های پلیمری، خواص بی نظیر مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی آن است. نانوکامپوزیت های پلیمری عموماً دارای استحکام بالا، وزن کم، پایداری حرارتی بالا، رسانایی الکتریکی بالا و مقاومت شیمیایی بالایی هستند. تقویت پلیمرها با استفاده از مواد آلی و معدنی بسیار مرسوم می باشد. بر خلاف تقویت کننده های مرسوم که در مقیاس میکرون می باشند، در نانوکامپوزیت ها تقویت کننده ها ذراتی در ابعاد نانومتر می باشند. با افزودن درصد کمی از نانوذرات به یک پلیمر خالص، استحکام کششی، استحکام تسلیم و مدول یانگ افزایش چشمگیری می یابد. به عنوان مثال، با افزودن تنها 0.04 درصد حجمی میکا (یک نوع سیلیکات) با ابعاد 50 نانومتر به اپوکسی (Epoxy)، مدول یانگ این ماده 58 درصد افزایش خواهد یافت.
دلیل دوم توسعه نانوکامپوزیت های پایه پلیمری و افزایش تحقیقات در این زمینه، کشف نانولوله های کربنی در سال 1991 میلادی است. استحکام و خواص الکتریکی نانولوله های کربنی به طور قابل ملاحظه ای با نانولایه های گرافیت و دیگر مواد پرکننده تفاوت دارد. نانولوله های کربنی موجب رسانایی و استحکام فوق العاده ای در پلیمرها می شوند به طوری که کاربردهای حیرت انگیزی همچون آسانسور فضایی را برای آن می توان متصور شد. از نظر نظامی نیز فراهم کردن هدایت الکتریکی در پلیمرها فرصت های انقلابی را به وجود خواهد آورد. به عنوان مثال از پوسته های الکتریکی-مغناطیسی گرفته تا کامپوزیت های رسانای گرما و لباس های سربازان آینده!
این دسته از کامپوزیت ها به دلیل خواص منحصر به فردی که دارند به طور گسترده ای در صنایع خودرو، هوا-فضا و بسته بندی مواد غذایی گسترش یافته اند. از دیگر کاربردهای نانوکامپوزیت های پلیمری پوشش های مقاوم به سایش، پوشش های مقاوم به خوردگی، پلاستیک های رسانا، حسگرها، آسترهای مقاوم در دمای بالا و غشاهای جداسازی گازها و سیالات نفتی می باشند. به عنوان مثال می توان به نوعی غشاء نانوکامپوزیتی ساخته شده از یک نوع پلیمر و نانولایه های سیلیکا اشاره کرد که توسط محققان دانشگاه کارولینای شمالی ساخته شده است. این غشاء توانایی فوق العاده ای در جداسازی مولکول های آلی از گازها دارد.
2.2. نانوکامپوزیت های پایه سرامیکی
به مواد (معمولاً جامد) ی که بخش عمده ی تشکیل دهنده آن ها غیرفلزی و غیرآلی باشد، سرامیک گفته می شود. سرامیک ها خواص بسیار خوبی نظیر مقاومت حرارتی بالا، پایداری شیمیایی خوب و استحکام مکانیکی مناسبی دارند، اما به دلیل پیوندهای یونی و کووالانس موجود در سرامیک ها چقرمگی شکست آن ها پایین است و تغییر شکل پلاستیک این مواد محدود می باشد. به منظور رفع این مشکل با اضافه کردن و جداسازی الیاف و ذرات مناسب، می توان چقرمگی شکست را بالا برد. اگر این تقویت کننده ها ابعاد نانومتری داشته باشند بالاترین چقرمگی شکست به دست می آید.
به طور مثال در شکل1 نانوکامپوزیت نیترید سیلیسیم حاوی نانولوله های کربنی چند دیواره، نشان داده شده است. برای ساخت این نانوکامپوزیت از پرس ایزواستاتیک گرم استفاده می شود. از خواص مکانیکی قابل توجه این نانوکامپوزیت ها می توان به استحکام خمشی و مدول الاستیک قابل توجه آن ها اشاره کرد.  

 شکل13.2. نانوکامپوزیت های پایه فلزی
کامپوزیت های پایه فلزی، کم وزن و سبک بوده و به علت استحکام و سختی بالا کاربردهای وسیعی در صنایع خودرو و هوا-فضا پیدا کرده اند. اما این کاربردها به لحاظ کم بودن قابلیت کشش در این کامپوزیت ها محدود شده است. تبدیل کامپوزیت به نانوکامپوزیت سبب افزایش استحکام و رفع محدودیت های مذکور می شود.
نانوکامپوزیت های پایه فلزی اصولاً مشابه روش های متالوژی پودر تولید می شوند. این نانوکامپوزیت ها کاربردهای متفاوتی دارند خصوصاً نانوکامپوزیت های پایه منیزیم که در سال های اخیر به دلیل چگالی کم، استحکام بالا، مقاومت به خزش بالا و پایداری حرارتی مناسب، گسترش چشمگیری داشته اند. نانوکامپوزیت های پایه منیزیم کاربردهای گسترده ای در صنایع هوایی و خودروسازی دارند.
نانوکامپوزیت های پایه فلزی حاوی نانولوله های کربنی نیز از اهمیت ویژه ای برخوردارند. نانولوله ها می توانند سبب افزایش و یا بهبود خواصی نظیر رسانایی، استحکام، مقاومت و .. در فلزات شوند.
3. نانوکامپوزیت و فردا

مهمترین تأثیر نانوکامپوزیت ها در آینده از طریق کاهش وزن خواهد بود. اخیراً کامپوزیت های نانوذره سیلیکاتی به بازار خودروها وارد شده اند. در سال 2001 هم جنرال موتور و هم تویوتا شروع تولید محصول با این مواد را اعلام کردند. مزیت این مواد استحکام و کاهش وزن است که مورد آخر صرفه جویی در سوخت را نیز به همراه خواهد داشت.
علاوه بر این نانوکامپوزیت ها به صنعت بسته بندی مواد غذایی نیز راه یافته اند تا سدی بزرگتر در برابر نفوذ گازها و کاهش فساد باشند. محققان معتقدند که افزودن دو درصد نانوذره رس به بسته بندی، 75 درصد تبادل اکسیژن و دی اکسید کربن را کاهش می دهد که این امر به افزایش طول مدت نگهداری مواد غذایی کمک می کند. در مورد ضدباکتریهایی نظیر نانوذرات نقره، این نانوذرات از رشد عوامل زنده فاسده کننده مواد غذایی مانند باکتریها و قارچ ها جلوگیری می کنند.
خواص تعویق آتشگیری نانوکامپوزیت های حاوی نانوذرات سیلیکا، می تواند به خوبی مصارفی در سرویس خواب، پرده ها و محصولاتی از این دست پیدا کند.

مراجع:
1. H. Fischer,. “polymer nanocomposites fundamental research to specific applications”. Mater. Sci. Eng:C, 23 (2002) 763.
2. E. T. Thostenson, C. Li, T. W. Chou, “nanocomposites in context”, Composite Sci. Tech. 65 (2005) 491.
3. Bala’zsi, Z. Ko’nya, F. We’ber, L. P. Biro’ and P. Arato’, “preparation and characterization of carbon nanotube reinfarced silicon nitride composites”, Mater. Sci. Eng:C, 23 (2003) 1133.
4.
فتح الله کریم زاده، احسان قاسمعلی، سامان سالمی زاده، "نانومواد؛ خواص، تولید و کاربرد"، جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان، 1384
5. تبیان


نویسنده: مریم ملک دار  

با تشکر از ایشان 

مرجع: http://forum.nanopark.ir/viewtopic-528.html#528

لینک۱  

 لینک ۲

مولاریته یا غلظت مولار که با (M) نشان داده می‌شود، عبارت است از تعداد وزن مولکول گرم (یا تعداد مول) از یک جسم حل شده در یک لیتر محلول. مول کمیت اساسی است که یک شیمیدان تجزیه با آن سر و کار زیادی دارند. یک مول برابر با 6.023X1023 مولکول از یک جسم است. اصطلاح مول در یک مفهوم وسیع برای توصیف مقادیر ترکیبات مولکولی ، عناصر آزاد و یونها بکار می‌رود. به بیان دیگر وزن تعداد 6.023X1023 عدد مولکول ، یون یا عنصر برابر با 1 مول مولکول ، یون یا عنصر است که به صورت مولکول گرم ، یون گرم یا عنصر گرم نامیده می‌شود.
برای محاسبه غلظت یک محلول بر حسب مولاریته ابتدا باید تعداد مولهای جسم حل شده را بدست آوریم. تعداد مولهای جسم حل شده از تقسیم کردن وزن آن (برحسب گرم) به وزن فرمولی بدست می‌آید.

تهیه محلولهای مولار
برای تهیه یک محلول مولار از یک ترکیب باید یک مول از آن را وزن کرده و به مقدار کافی به آن آب اضافه کنیم تا دقیقا یک لیتر محلول بدست آید. به عنوان مثال برای تهیه یک محلول 2M از اسید سولفوریک باید گرم 196.16=98.08×2 از اسید سولفوریک را در مقدار کافی آب حل کنیم تا یک لیتر محلول 2M اسید سولفوریک بدست آید. وقتی یک محلول مایع تهیه می‌کنیم، حجم محلول به ندرت مساوی مجموع حجمهای اجزا خالص سازنده آن است. معمولا حجم نهایی محلول بیشتر یا کمتر از مجموع حجمهای اجزا سازنده آن است.

از این رو برای تهیه یک محلول معین عملا نمی‌توانیم مقدار حلال لازم را پیش‌بینی کنیم. برای تهیه محلولهای مولار و سایر محلولهایی که بر اساس حجم کل است، معمولا از بالنهای حجم‌سنجی استفاده می‌شود. در این صورت برای تهیه یک محلول مقدار دقیق ماده حل شونده را در بالن جای می‌هیم و با دقت آن قدر آب می‌افزائیم و بطور مداوم و با احتیاط هم می‌زنیم تا سطح محلول به خط نشانه‌ای که روی گردن بالن مشخص شده برسد.
محاسبه غلظت یک محلول بر حسب مولاریته

برای محاسبه غلظت یک محلول بر حسب مولاریته ابتدا باید تعداد مولهای جسم حل شده را بدست آوریم. تعداد مولهای جسم حل شده از تقسیم کردن وزن آن (برحسب گرم) به وزن فرمولی بدست می‌آید.

اگر ماده حل شده به صورت مولکولی باشد، در آن صورت تعداد مول از فرمول وزن مولکولی/گرمهای ماده حل شده=تعداد مولها (مولکول حل شده) محاسبه می‌شود.
اگر بخواهیم تعداد مولهای یک یون را محاسبه کنیم، باید بجای وزن مولکولی وزن یون مربوطه را در فرمول قرار دهیم. یعنی وزن یونی/گرمهای ماده حل شده=تعداد مول‌ها (یون حل شده).
اگر ماده حل شده به صورت اتمی باشد، مثلا نقره فلزی در آن صورت تعداد مولها از فرمول وزن اتمی/گرمهای ماده حل شده = تعداد مولها (اتم حل شده) بدست می‌آید. بعد از بدست آوردن تعداد مولهای ماده حل شده با قرار دادن آن در فرمول غلظت مولار ، مولاریته محلول بدست می‌آید. یعنی داریم

لیتر محلول/میلی مولهای ماده حل شده= M

یا
لیتر محلول/تعداد مول‌های حل شده=M

وقتی غلظت محلول بر حسب مولاریته بیان می‌شود، محاسبه مقدار ماده حل شده موجود در یک نمونه معین از محلول آسان است. به عنوان مثال یک لیتر محلول 2 مولار دارای 2 مول ماده حل شده است. 500ml آن دارای یک مول ماده حل شده ، 100ml آن دارای 0.2 مول ماده حل شده است.
نکته مهم
تنها اشکال تعیین غلظتها بر اساس حجم محلول این است که چنین غلظتهایی با تغییر دما اندکی تغییر می‌کنند، زیرا تغییر دما موجب انقباض یا انبساط محلول می‌شود. بنابراین برای اینکه غلظت محلول تهیه شده دقیق‌تر باشد، باید محلول در دمایی که قرار است استفاده شود، تهیه شده و از بالن حجم ‌سنجی که در این دما مدرج شده است استفاده شود.

سدیم عنصری فلزی نرم به رنگ سفید- نقره ای است و شدیدا” از لحاظ شیمیایی فعال است. این عنصر در سال ۱۸۰۷ توسط Humphry Davy دانشمند انگلیسی کشف گردید سدیم به صورت غیر ترکیبی در طبیعت یافت نمی شود.ترکیبات این عنصر در سنگها, خاک, اقیانوسها , دریاچه های نمک و آب های معدنی یافت می شود.این فلز معمولا” از طریق الکترولیز کلرید سدیم ، بوراکس و کریولیت مذاب تهیه می شود.

فراونی فلز سدیم در ستاره ها و خورشید زیاد است. خطوط D فلز سدیم در طیف های خورشیدی به صورت برجسته ای دیده می شود. سدیم چهارمین عنصر از نظر فراوانی در طبیعت است که میزان ۲٫۶ درصد از ترکیب پوسته زمین را شامل می شود. این عنصر بیشتر در فلزات آلکالی یافت می شود. این عنصر توسط الکترولیز کلرید سدیم حاصل می شود. این روش ارزانترین روش برای تولید فلز سدیم در چندین سال گذشته می باشد.
بیشترین ترکیب این فلز کلرید سدیم است که در مواد معدنی مثل جوش شیرین و نیترات سدیم و فلوئورید آلومینیوم و سدیم ، آمفیبولها ، زئولیت و غیره وجود دارد.
سدیم فلزی واکنش پذیر است که

سدیم فلزی واکنش پذیر است که به صورت آزاد در طبیعت یافت می شود. سدیم عنصری نرم، شفاف، با رنگ نقره ای و شناور در آب می باشد. این عنصر به علت میل ترکیبی شدید با اکسیژن هوا به خودی خود و به سرعت آتش می گیرد. ولی در حرارت پایینتر از ۱۱۵۰ درجه آتش نمی گیرد.
فلز سدیم عنصری حیاتی در ساختارهای استرها و ترکیبات آلی است. این فلز در ساخت آلیاژها، و تصفیه فلزات آلوده مورد استفاده قرار می گیرد. آلیاژ سدیم و پتاسیم عامل مهم انتقال گرما هستند .
ترکیبات سدیم در صنایع مهمی چون کاغذسازی، شیشه، صابون سازی، پارچه، صنایع شیمایی و فلزی کاربرد دارد. در صنایع صابون سازی نمک سدیم به همراه اسیدهای چرب کاربرد دارد. نمک طعام برای تغذیه جانوران بسیار با اهمیت است.
مهمترین ترکیبات سدیم دار در صنایع عبارتند از NaCl نمک طعام، Na2CO3 خاکستر جوش شیرین، NaHCO3 بی کربنات سدیم، NaOH سود سوز آور، NaNO3 نیترات سدیم، در و تری فسفات سدیم، تری سولفات سدیم و بوراکس Na2B4O7 . 10H2O.
برای این عنصر ۱۳ ایزوتوپ شناخته شده است.
قیمت این فلز در صنعت حدود ۱۵ تا ۲۰ سنت د ر lb است. این فلز در بین فلزات دیگر عنصر ارزانی است.
در موقع کار با این عنصر باید بسیار دقت نمود این عنصر را در نفت نگهدارای می کنند چون با اکسیژن هوا به سرعت واکنش داده و اکسیده می شود.

اثرات سدیم بر سلامتی انسان :سدیم یکی از ترکیبات تشکیل دهنده مواد غذایی به شمار می رود. معمولترین شکل استفاده سدیم در مواد غذایی نمک است. سدیم عنصر شیمیایی است که بدن انسان به آن نیازمند است زیرا سدیم تعادل سیستم های مایعات بدن را ایجاد میکند. همچنین سدیم در سیستم عصبی و عضلات بدن مورد استفاده قرار میگیرد. مقدار زیاد سدیم باعث آسیب شدید به کلیه ها میشود و باعث افزایش فشار خون میگردد.
تماس سدیم با آب مثلاً در هنگام عرق کردن بدن باعث تشکیل بخار هیدروکسید سدیم میشود. بخار هیدروکسید سدیم به پوست، چشمها، گوش و گلو آسیب میرساند. بخار هیدروکسید سدیم باعث عطسه و سرفه شده و باعث سختی تنفس و در نهایت برونشیت شیمیایی میشود. بر اثر تماس با پوست در بدن انسان خارش، سوزش، یا سوختگی جزئی و گاهی اوقات آسیب دائمی ایجاد میکند. اگر بخار سدیم وارد چشم شود باعث آسیب دائمی در چشم شده و سبب کاهش دید میشود.

اثرات سدیم بر محیط زیست :مقدار سدیمی که انواع مختلف ماهی میتوانند تحمل کنند برابر ۱۲۵ ppm در ۹۶ ساعت (در آب شیرین) و مقدار سدیمی که آبشش ماهی ها میتواند تحمل کند ۸۸ میلی گرم در ۴۸ ساعت (آب شیر) میباشد.
در حالت جامد، سدیم فاقد تحرک است، اگر چه در این حالت به سرعت رطوبت را جذب میکند. در حالت مایع هیدروکسید سدیم خاک شسته شده، وارد منابع آب شده و آنها را آلوده میکند.

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی عنصر سدیم :
عدد اتمی: ۱۱
جرم اتمی: ۲۲٫۹۸۹۷۷
نقطه ذوب C° ۹۸٫۷
نقطه جوشC° ۸۸۳
شعاع اتمی? ۲٫۲۳
ظرفیت: ۱
رنگ: سفید نقره ای
حالت استاندارد: جامد در ۲۹۸ k
نام گروه:۱- قلیایی
انرژی یونیزاسیون Kj/mol 495.8
شکل الکترونی: ۱۱s2 2s2p6 3s1
شعاع یونی? ۱٫۰۲
الکترونگاتیوی: ۰٫۹۳
حالت اکسیداسیون: ۱
دانسیته: ۰٫۹۷۱
گرمای فروپاشی Kj/mol 2.598
گرمای تبخیر Kj/mol 96.96kJ
مقاومت الکتریکی Ohm m 4.89
گرمای ویژه: J/g Ko 1.23
دوره تناوبی:۳

شماره سطح انرژی : ۳
اولین انرژی : ۲
دومین انرژی : ۸
سومین انرژی : ۱
شماره ایزوتوپ : ۱

ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
Na-22 2.6 سال
Na-23 پایدار
Na-24 14.96 ساعت

اشکال دیگر :اکسید سدیم Na2O
هیدرید سدیم NaH
کلرید سدیم NaCl

منابع : نمک طعام ، سطوح نمکی و انواع غذاها
کاربرد: در پزشکی ، کشاورزی و عکاسی به کار می رود . سدیم مایع برخی مواقع برای خنک کردن راکتور هسته ای به کار می رود . در ساخت باطریها ، نمک طعام و شیشه به کار می رود .

اندازه‌گیری گازهای خطرناک روز به روز در صنعت امروز اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. کارخانه‌ها کمیته‌ای برای ایجاد استانداردهای محیطی تشکیل داده‌اند و شرایط و استانداردهای بسیار سخت‌گیرانه‌ای برای جلوگیری از انتشار این گازها تعیین شده است. ‏ABB(uk)‎‏ سیستمی دایمی را پیشنهاد داده است که اندازه‌گیری گازها را با کیفیت بسیار بالا انجام می‌دهد و با اینکه هزینه بسیار اندکی را در طول دوره کار کارخانه تحمیل می‌کند، اما تحلیل‌گرهای ‏NDIR‏ و ‏FTIR‏ بسیار قدرتمندی دارد که توانایی مانیتورینگ خودکار و از راه دور را نیز دارد. فناوری قدرتمند ‏FTIR‏ می‌تواند به صورت هم زمان بیش از ۱۲ نوع از ترکیبات گازی شامل ‏HCL، ‏CO، ‏NO، ‏SO_۲‎، ‏NO_۲‎، ‏N_۲O، ‏NH_۳‎‏ و ‏H_۲O، ‏HF، ‏O_۲‎‏ و هیدروکربن‌ها را شناسایی و اندازه‌گیری کند. 

بادسنج‌های جدید التراسونیک ‏Gill (uk)‎‏ اعلام کرده است که به زودی بادسنج‌های التراسونیک جدیدی را عرضه می‌کند که در ساختن آنها از نمونه‌های ابتدایی ‏Windmaster‏ نیز استفاده نموده است. بادسنج‌های جدید به طور قابل توجهی توانایی‌های انواع قبلی را افزایش داده است. ‏Windmasterهای جدید به طور ایده‌آل می‌تواند برای اندازه‌گیری اغتشاشات هوا در اطراف پل‌هاف ساختمان‌ها، توربین‌های بادی و مکان‌های اندازه‌گیری جریان هوا مورد استفاده قرار گیرند. در هر دو نمونه ‏windmaster‏ و التراسونیک خروجی به صورت دیجیتال نمایش داده می‌شود و علاوه بر این می‌توان سرعت صدا و دما را نیز در خروجی مشاهده نمود. ساختار ‏windmaster‏ از آلومینیوم و فیبرهای کربن تشکیل شده است و نرخ اطلاعات خروجی آن می‌تواند از ۲۰ هرتز تا ۳۲ هرتز متغیر باشد. ورودی‌ها و خروجی‌های آنالوگ را نیز می‌توان با رزالوشن ۱۲ یا ۱۴ بیت در این سیستم به‌کار برد. در حالی که ‏windmaster‏ جدید از فولاد ضد زنگ ساخته شده است و می‌توان آن را برای بادهایی با سرعت ‏M/S‏ ۶۵ به کار برد. نرخ دیتای خروجی می‌تواند تا ۳۲ هرتز باشد و با کمترین اغتشاش و از دست دادن اطلاعات مقادیر دقیق در خروجی نمایش داده می‌شود.‏

کنسول‌‌های سه بعدی ‏‎(USA) Apex‎‏ کنسول‌های سه بعدی جدیدی را ساخته است که در کنار پروب‌های سه بعدی می‌تواند برای اندازه‌گیری و تعیین سرعت فشار، انحراف و زاویه شیب بردار سرعت جریان در لوله کانال‌ها به کار رود. پروب سه بعدی توانایی اندازه‌گیری انحراف و شیب جریان‌های غیریکنواخت را نیز دارد.
زاویه انحراف به طور مستقیم با چرخش پروب اندازه‌گیری می‌‌شود یا به عبارتی توسط شیب‌سنجی که به پروب متصل شده است اندازه‌گیری می‌شود و به صورت دیجیتال روی کنسول نمایش داده می‌شود. زاویه شیب نیز با استفاده از نمودارهای کالیبراسیون خاصی که برای پروب تهیه شده است محاسبه می‌شود. نرخ حجم جریان گاز در کانال نیز با میانگین‌گیری از محور سرعت به دست می‌آید. کنسول ‏MC-۳D۵۲‎‏ دارای مبدل‌های فشاری است که به طور ویژه‌ای پایدار است. مبدل‌های از نوع ‏NIST‏ و با دقت ‏‎+-۰.۵%‎‏ است و می‌تواند به طور قابل توجهی در برابر فشارهای بالا در شرایط آزمایش از خود مقاومت نشان دهد.‏
 

نمونه‌بردار خاک نمونه‌بردار خاک ‏HVS ۳۰‎‏ که کمپانی آلمانی "‏Ingenieurburo Norbert Derenda‏" آن را ساخته است. نمونه‌برداری با ظرفیت بالا است که دارای پمپی ‏m۳‎‏ ۴۰ است. نرخ جریان در حدود ‏m۳/h‎‏۴۰ و فیلتری از جنس فیبر شیشه‌ای از ویژگی‌های این نمونه‌ بردار است. همچنین منوی آن به راحتی قابل استفاده و دارای کلیدهای عملیاتی خاصی است. این نمونه‌بردار می‌تواند تمام پارامترها از جمله فشار، دما و رطوبت را به خوبی نمایش دهد. نرم‌افزار آن به راحتی قابل استفاده ‏update‏ کردن توسط ‏flash-RAM‏ است.‏
 

تحلیل‌گر پرتابل گاز ‏ ‏ محصول ‏PG-۲۵۰‎‏ شرکت اروپایی "‏Horiba‏" یک تحلیل‌گر گازی بسیار ایده‌آل است که می‌تواند به طور همزمان ۵ گاز متفاوت ‏NO۲‎، ‏SO۲‎، ‏CO، ‏CO۲‎‏ و ‏O۲‎‏ را مورد آنالیز قرار دهد. از ویژگی‌های اصلی آن داشتن پمپ نمونه، فیلترها و سردکننده‌های ترموالکتریک، کالیبراسیون بسیار ساده و راحت و نمایش واضح آنالیز گازها است. وزن این تحلیل‌گر ‏kg‏۱۷ است و همین وزن پایین باعث شده که انتقال آن به راحتی صورت گیرد و به ابازری ایده‌آل برای استفاده در محیط‌های مختلف و شرایط متفاوت تبدیل شود.
 

فناوری جدید در سنسورها ‏ ثبت مقادیر کوچک از گازهای قابل اشتعال و بخارها در اتمسفر یکی از مهم‌ترین مسائل در صنعت و حتی منازل به خصوص در جاهایی که گازهای طبیعی منابع اصلی انرژی برای آشپزی و سیستم‌های گرمازا هستند، است.‏
در صنعت، حلال‌های قابل اشتعال و فرار به وفور مورد استفاده قرار می‌گیرند، بنابراین اتمسفر باید به خوبی مورد بررسی قرار بگیرد تا از میزان آسیب به آن اطلاع کافی به دست آید. مقادیر بسیار کوچک از گازهای قابل اشتعال و حلال‌های فراری که با هوا ترکیب می‌شوند می‌توانند ترکیبات قابل انفجاری را به وجود آورند، بنابراین خیلی مهم است که پیش از آنکه این ترکیبات به سطح بالایی که خطرآفرین برسند، مقادیر آنها شناسایی و تحت کنترل درآیند.‏
سنسورهای گازی مینیاتوری توسط ‏shinwoo‏ در کره طراحی شده‌اند تا میزان گازهای قابل اشتعال در هوا مخصوصاً متان ‏CH۴‎‏ و ایزوبوتان (‏‎(iso-C۴H۱۰‎، ترکیبات اصلی گازهای سوختی، گازهای مایع ‏LNG‏ و ‏LPG‏ را اندازه‌گیری کنند. این سنسورها به سرعت پاسخ می‌دهند و در عین داشتن حساسیت بالا، پایداری زیادی دارند و هزینه بسیار پایینی را نیز به دنبال دارند.
 

تحلیل‌گر پرتابل ‏XRF Niton‏ آلمان تحلیل‌گر پرتابل ‏Xli‏ و ‏XLt‏ را به تازگی عرضه کرده است که پردازش سیگنال در آن با کیفیت بسیار بالا انجام می‌شود و گیرنده‌های آن برای آنالیزهای شیمیایی فلزات، فلزات مرکب، خاک و ... بسیار مناسب است. این ابزار منحصر به فرد می‌تواند به طور مستقل، اطلاعات مربوط به آزمایش‌‌ها را برای دانلود در ‏PC‏ ذخیره کند یا به صورت بی‌سیم و کنترل از راه دور اطلاعات را به ‏PC‏ یا ‏PDA‏ منتقل کند.
همچنین "‏NITON‏" اخیراً تحلیل‌گرهای ‏XRF‏ بسیار زیادی را ‏update‏ کرده است. بدنه جدیدی که برای این تحلیل‌گرها طراحی شده است، انعطاف‌پذیری و کنترل آن را بسیار راحت‌تر کرده و مقاومت آن را در محیط‌های خطرناک و آسیب‌پذیر بالاتر برده است. به عنوان مثال تحلیل‌گرهای جدید ‏NITON‏ در برابر محیط‌های مربوط مقاومت بسیار خوبی از خود نشان می‌دهند و می‌توان حتی در شرایط بارانی نیز از آنها استفاده کرد. در ضمن علاوه بر بالا رفتن مقاومت وزن آنها نیز پایین‌‌تر آمده است.‏

همچنین ‏NIton‏ مکانیسم تعویض فیلتر جدیدی را برای تحلیل‌گرهای "‏Xlt X-ray‏" قرار داده است. این ویژگی جدید باعث شده است که حساسیت در شرایط حساس بالاتر برود و همچنین توانایی‌های آن نسبت به قبل بسیار بالاتر رفته است.‏
تمام این قابلیت‌ها و امکانات در تحلیل‌گر پلاستیکی جدید ‏XLt۷۹۴‎‏ جمع شده است. ‏‎ XLT ۷۹۴‎‏ اولین ابزار دستی از این نوع است که آنالیز همزمان المان‌های مختلف شامل ‏cd، ‏pb،As،‎ Hg‎، ‏Cr‏ و ‏Br‏ در پلیمرها را امکان‌پذیر می‌کند.‏
 

ترسیمتورهای بی‌سیم ‏ ‏ ترنسیمتور بی‌سیم ‏XYR۵۰۰۰‎‏ ابزار بسیار کارآمدی است که توسط ‏Honeywell‏ ساخته شده است. ‏XYR۵۰۰۰‎‏ می‌تواند در مکان‌هایی که استفاده از ترنسیمتورهای با وایرهای سخت، هزینه بر است یا به سختی و با صرف زمان زیادی جایگذاری می‌شود، مورد استفاده قرار گیرد. اطلاعات اضافی که توسط این ترنسیمتورها جمع‌آور می‌شود می‌تواند به بهبود کیفیت کالاها کمک کند و علاوه بر این هزینه‌ها را نیز به میزان زیادی پایین می‌آورد.‏
 

ترمومتر دستی ۴ کاناله جدید ‏ ‏"‏Omega‏" به تازگی ترمومتر چهارکاناله دستی ‏HH۱۴۷‎‏ را به بازار ارائه کرده است که دارای ۴ کانکتور ورودی است و می‌تواند ۷ جفت دمای متفاوت را بپذیرد. ‏HH۱۴۷‎‏ تمام ۴ ورودی را می‌تواند به طور همزمان نمایش دهد. در ضمن مصرف باتری در آن بسیار پایین است و دارای تقویمی دایمی است و به طور اتوماتیک خاموش می‌شود.
محدوده دمای این ترمومتر از ‏‎-۱۰۰C‎‏ تا ‏‎۱۳۰۰C‎‏ برای ترموکوپل‌های ‏K‏ و ‏N‏ و از ‏‎۰‎‏ تا ۱۷۰۰‏‎ ‎‏ درجه سانتی‌گراد برای ترموکوپل‌‌های ‏R/S‎‏ است. ولی دقت هر دو در حد ۱/۰% است. ‏HH۱۴۷‎‏ با چهار باتری کار می‌کند که طول عمر آنها تا ۱۰۰۰ ساعت است.‏
 

الکترودهایی با طول عمر بالا سال‌های متمادی ‏‎(uk)‎‏ "‏sentek‏" الکترودهای ‏PH‏ و ‏Redox‏ را برای اندازه‌گیری در استخرها تولید می‌کرد. مشکلات اندازه‌گیری در گذشته این بود که الکترودها طول عمر بسیار کوتاهی داشت. ولی کاربران همیشه احتیاج به الکترودهایی با کیفیت بالا در کنار نرخ پایین و قابل قبول قیمت داشتند. بنابراین تیم "‏Sentek‏" به صورت فشرده روی این پروژه مشغول به کار شد تا این مشکل را برطرف سازد و بهترین راه حل را که همان ساختن الکترودهایی با طول عمر بالا بود ارائه کردند. الکترودهای جدید کالیبراسیون خاصی را نیاز دارد و در اولین سال عمرشان باید یک بار در ماه کالیبره شود.‏
از دیگر مزایای این الکترودها این است که در برابر صدمات و ضربات متعدد از خود مقاومت نشان می‌دهد و بدون اینکه در عملکردش خللی به وجود آید می‌تواند برای مدت یک سال در محیط‌های خشک نگهداری شود.
 

مانیتورینگ همزمان چند پارامتر ‏Tethys Instruments (France)‎‏ به تازگی تحلیل‌گرهای ‏on-line‏ آب ‏ur۴۰۰‎‏ را روانه بازار کرده است و تا ۱۲ پارامتر به طور همزمان می‌تواند توسط یک ابزار مانیتور شود. پورت ‏USB‏ دانلود اندازه‌ها و پارامترهای به دست آمده را با هر کلید ‏USB‏ مقدور می‌سازد رنگ ‏user-friendly‏ صفحه نمایش باعث شده که پارامترها و کالیبراسیون به راحتی قابل دنبال کردن و بررسی باشد.‏
با توجه به تیوب سوراخی که در آن تعبیه شده است این ابزار می‌تواند به طور مستقیم وارد فاضلاب شود (بدون اینکه از فیلتری استفاده کند) و حتی می‌توان آن را برای اندازه‌گیری وارد گل کرد. فسفات توسط متدهای رنگ سنجی اندازه‌گیری می‌شود و برای اندازه‌گیری ‏PH‏ باید از پروب‌های خارجی استفاده کرد.
 

مانیتورینگ خودکار فلزات سنگین امکان‌پذیر شد تا چندی پیش هیچ متد قابل قبولی برای نظارت بر وجود فلزات سنگین در آب وجود نداشت. چنین روش‌هایی نیاز به پایداری بالا، حساسیت کافی و قیمت مناسب دارد. در ضمن در ساختار آن نباید از معرف‌های سمی استفاده شود چون بسیار خطرناک است و برای کاربر مشکلات متعددی را ایجاد می‌کند. پس از سال‌ها تلاش و تحقیق که شامل آزمایش‌ها و تست‌های متفاوت محیطی است، کمپانی ‏sensAque AS‏ موفق به ساخت تجهیزاتی جهت مانیتورینگ فلزات سنگین شد که در حال حاضر وارد بازارشده و مورد استفاده قرار می‌گیرد.‏
 

پلاری‌متر خودکار با دقت بالا‏ ‏ پلاری‌مترهای معمول و رایج معمولاً فقط از یک منبع نور و یک طول موج خاص استفاده می‌کند ولی در تحقیقات شیمی و داروسازی یا در کنترل کیفیت ابزارهای متفاوتی لازم است تا با استانداردهای ملی و بین‌المللی مطابقت پیدا کند. ‏GYROMAT-HP‏ پلاری‌متر خودکار با دقت بسیار بالایی است که توسط ‏Dr.KERNCHEN GMBH‏ (آلمان) ساخته شده است و می‌تواند شامل سه منبع نور و ۶ طول موج استاندارد با محدوده ‏UR/VIS‏ باشد و برای استفاده در آزمایشگاه‌های مدرن بسیار ایده‌آل است.‏
به علاوه این پلاری‌متر دقت بسیار بالایی دارد که می‌توان آن را با استاندارد کوارتز مورد کنترل قرار داد و می‌تواند داده‌های اندازه‌گیری شده را به صورت دیجیتال روی صفحه نمایش نشان دهد. این دستگاه به راحتی به ‏PC‏ متصل می‌شود و اطلاعات آن قابل چاپ توسط چاپگر است.‏

http://che-engineering.mihanblog.com/post/87

ظاهر و باطن

در جامع الاخبار : رسول خدا فرمودند: خداوند به موسی ابن عمران وحی کرد یا موسی: 

1 – کسی که ظاهرش از باطنش بهتر است، دشمن خداست. 

2 – کسی که ظاهر و باطنش یکی است، مومن واقعی است. 

3 – کسی که باطنش بهتر از ظاهرش باشد، ولی خداست.  

اندازه گیری نیتروژن کل Total  Nitrogen :

( روش میکروکجلدال )

 

مواد مورد نیاز :

1- محلول استاندارد مادر آمونیاک :

819/3 گرم کلرید آمونیوم (NH4Cl) را در مقدار کمی آب مقطر حل کرده سپس با آب مقطر به حجم یک لیتر برسانید.

ml = 1 mg  N-NH3 1

2- محلول استاندارد آمونیاک :

cc 10 از محلول مادر استاندارد را در بالن ژوژه ریخته و با آب مقطر به حجم یک لیتر برسانید.      

 ml = 0.1 mg  N-NH3 1

3-محلول اسید بوریک 2 % :

 20گرم اسید بوریک (H3BO3) را در آب مقطر حل کرده و به حجم یک لیتر برسانید.

4- محلول سولفات جیوه :

مقدار 8 گرم اکسید جیوه ( HgO) قرمز رنگ را در cc 10 اسید سولفوریک حل کرده و آنرا به cc 40 آب مقطر افزوده سپس حجم را به cc 100 برسانید.

5- معرف متیل رد – متیلن بلو :

2 حجم از مخلوط متیل رد 2 % و اتانول 95 % را به 1 حجم از مخلوط متیلن بلو 2/0 % و اتانول 95 % بیافزایید. پس از یک ماه معرف تازه ای تهیه نمایید.

6- محلول هیدروکسید سدیم - تیو سولفات سدیم :

500 گرم سود و 25 گرم تیوسولفات سدیم ( Na2S2O3 , 5H2O ) را در کمی آب مقطر حل کرده سپس حجم را به یک لیتر برسانید.

7- محلول استاندارد اسید سولفوریک 005/0 نرمال :

ابتدا یک محلول مادر استاندارد 1/0 نرمال که از حل کردن cc 3 اسید سولفوریک غلیظ با وزن مخصوص 84/1 در یک لیتر آب مقطر بدست می آید تهیه کنید . برای تهیه اسید 005/0 نرمال cc 100 از این محلول را به حجم دو لیتر برسانید . آنگاه این محلول را با محلول کربنات سدیم (Na2CO3) 02/0 نرمال استاندارد نمایید . بدین منظور 060/1 گرم کربنات سدیم بی آب (خشک شده درکوره با دمای 140 درجه سانتیگراد) را در آب مقطر حل کرده و به حجم یک لیتر برسانید.

 H2SO4 (0.005 N)  = 0.07  mg  N-NH3

8- محلول هضم :

267 گرم سولفات پتاسیم را در cc 1300 آب مقطر و cc400 اسید سولفوریک غلیظ حل کنید و به این محلول cc50 از محلول سولفات جیوه ای که در بالا ذکر شده بیافزایید و حجم آن را با آب مقطر به 2 لیتر برسانید.

روش آزمایش :

قبل از شروع آزمایش باید دستگاه تقطیر مورد استفاده در این آزمایش را با محلول 1+1 آب و هیدروکسید سدیم- تیو سولفات سدیم بشوئید تا قسمتهای تقطیر عاری از آمونیاک باشد.

مرحله هضم :

1-cc50 از آب صاف نشده نمونه را داخل یک فلاسک cc100 بریزید.

2-cc10 محلول به آن اضافه کنید. (تمام این اعمال را برای نمونه شاهد نیز انجام دهید.)

*برای جلوگیری از انتشار گاز SO3 در بالای بالن هضم کمی آب مقطر بریزید.

*نیتروژن کل شامل تمام اشکال آلی و معدنی غیر از نیتروژن مولکولی (N2  ) می شود که در شرایط هضم تبدیل به سولفات آمونیوم می شوند.

3- عمل تبخیر را ادامه دهید تا نمونه بیرنگ یا زرد کمرنگ شود.

4- بعد از مرحله 3 ، 30 دقیقه دیگر نیز عمل تبخیر را ادامه دهید.

5- آنگاه پس از سرد شدن نمونه به آن cc 30 آب مقطر بیافزایید.

مرحله تقطیر :

1- cc 10 محلول هیدروکسید - تیوسولفات را به آرامی از قیف دستگاه کجلدال به نمونه بیافزایید.

2- در زیر کندانسور یک ارلن که حاوی cc 5 اسید بوریک 2 % است بگذارید .

3- سپس cc 30 از محلول تقطیر شده داخل ارلن را با آب مقطر به حجم cc50 برسانید و خوب مخلوط کنید.

مرحله تیتراسیون :

4- cc 25 از محلول آماده شده بالا را برداشته و 2 تا 3 قطره معرف متیل رد - متیلن بلو به آن بیافزایید.

5- با اسید سولفوریک 005/0 نرمال تیتر کنید. تغییر رنگ از سبز زمردی به بنفش می باشد. cc25 باقیمانده نمونه را نیز تیتر کنید.

 

D/C         *1000 / S * F * T.N mg/l = (A-B) N

                 

حجم مصرفی اسید سولفوریک برای نمونه  A = ml 

حجم مصرفی اسید سولفوریک برای شاهد  B = ml 

نرمالیته اسید سولفوریک N=

mg14 = وزن میلی اکی والان نیتروژن= F

حجم نمونه هضم شده S = ml

25 = حجم نمونه تقطیر شده برای تیتراسیون C = ml

50  =  حجم کل  =  D

و استمرار حیات میباشد . میزان نیاز روزمره هر فرد ۱ تا ۲ لیتر میباشد که بستگی به شرایط آب و هوایی و سن و سال دارد . استفاده از آب آشامیدنی سالم و گوارا یکی از مهمترین فاکتورهای مصرف آب میباشد که از سالیان بسیار دور به آن توجه شده است . منشا حدود ۸۰٪ از بیماریهای انسان عدم دسترسی به آب سالم است . ۷۵٪ از مردم جهان سوم از امکانات آب برای مصارف بهداشتی محرومند بنابر این زمان این تصور نادرست که آب سالم به هر میزان که مورد نیاز باشد به وفور در دسترس است دیگر سپری شده است واقعیت آن است که آب سالم و گوارا کمیاب و گرانبها میباشد آلودگیها با ایجاد تغییرات نامطلوب در خواص فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی کیفیت آب را تنزل میدهند و در مراحلی آب را از حیطه انتقاع ساقط مینمایند . برخی از آلودگی ها زوال پذیرند و به آسانی تجزیه و یا تقلیل داده میشوند نظیر مواد زائد کشاورزی و حیوانی و فاضلابهای انسانی بعضی از آلاینده ها نیز انحطاط ناپذیرند مانند جیوه و سرب و برخی از ترکیبات پلاستیکها که از افزایش آنها در آب باید جدا جلوگیری شود .

آب معدنی:

تعریف : آب معدنی محصول بسته بندی شده آب گوارا و قابل شربی است با ویژگیهای فیزیکوشیمیایی و میکرو بیولوژی و ارگانو لپیتیکی تعریف شده که مستقیما از چشمه و یا نقاط حفر شده از طبقات زیر زمینی به دست میآید و دارای خواص بهداشتی و درمانی باشد و در معرض هیچگونه پالایش خارج از استانداردهای مربوطه قرار نگیرد و در محل چشمه و یا منابع آبی مربوطه در شرایط خاص بهداشتی بسته بندی میگردد .

انواع آب معدنی :

الف : ۱- گازدار ۲- بدون گاز ۳- گاز دار شده

آب معدنی گازدار : آبی است که پس از تصفیه های لازم و بسته بندی مقدار گاز آن برابر با مقدار گازی میباشد که آب در مظهر چشمه دارد .

آب معدنی بدون گاز : آب معدنی است که پس از تصفیه و بسته بندی فاقد گاز کربنیک مازاد بر مقدار لازم جهت نگاهداری املاح بی کربنات موجود و یا گازهای دیگر باشد .

آب معدنی گازدار شده : آب معدنی است که پس از تصفیه های لازم از منبع دیگری گازکربنیک به آن اضافه شود .

ب : ۱- قلیایی ۲- اسیدی ۳- نمکین ۴- فلئوردار ۵- آهن دار

تعریف و منشا آبهای معدنی :

آبهای معدنی طبیعی و گازهای معدنی طبیعی ،آبها و گازهایی هستند که از تشکیلات زمین شناسی خارج و دارای خواص درمانی بوده که توسط مجمع علمی پزشکی شناخته و دارای اجازه رسمی دولتی برای بهره برداری می باشند .

منشاء آبهای معدنی :

1) سطحی یا ژئوترمال :

این دسته آبها دارای منشاء خارجی یا جوی بوده که به داخل زمین نفوذ کرده و حتی تا عمق زیاد پایین رفته و در این جریان تغییراتی در ترکیب شیمیایی آب حاصل و در یک شاخه صعودی به طرف بالا جریان پیدا کرده است . آب دو حرکت پایین رو سرد و حرکت صعودی گرم را دارا است . در صورتیکه ستون آبگرم در نزدیک زمین به یک منطقه بسته برخورد کند سفره آبدار محصور را بوجود میآورد در این صورت میتوان از این آبها به مقدار فراوان با حفر چاههای عمیق بهره برداری کرد و گاهی ترکیب شیمیایی این آبها مشابه آبهای خوراکی میباشد .

۲) عمقی یا ژوونیل:

آبهای عمقی یا سنتز شده یا بکر دسته آبهایی هستند که از اعماق بسیار زیاد زمین منشاء گرفته و میتوانند حاصل بخار آخرین مرحله ماگمای مذاب درون زمین بوده که با تظاهرات آتشفشانی در ارتباط میباشند . غالب آبهایی که در طبیعت وجود دارد از دسته آبهای با منشا خارجی میباشند و مقدار کمی عمقی هستند .

تقسیم بندی چشمه ها بر اساس املاح محلول - گازهای محلول و درجه حرارت :

۱) چشمه های معدنی

به آبی گفته میشود که مقدار املاح محلول در آن حداقل یک گرم در لیتر باشد . به چشمه ای که املاح محلول در آن به میزان مذبور باشد چشمه آب معدنی گویند که در سطح زمین از راههای مختلف ظاهر میشود بسته به اینکه کدامیک از یونهای موجود در آب نسبت به یونهای دیگر برتری داشته باشد آبها را تقسیم بندی میکنند .

- آبهای سدیک کلروره : میزان یونهای سدیم و

کلسیم بیشتر از سایر یونها میباشد .

- آبهای کلسیم کلروره : مقدار کلسیم و کلر بیشتر از سایر یونها میباشد .

- آبهای سدیک هیدروژن کربنات : یون سدیم و هیدروژن کربنات بیشتری دارند .

- آبهای منیزیم - هیدروژن کربنات : یون منیزیم و هیدروژن کربنات بیشتری دارند .

- آبهای سدیک - سولفات : یون سدیم و سولفات بیشتری دارند .

- آبهای منیزیم - سولفات : یون منیزیم و سولفات بیشتری دارند .

- آبهای کلسیم سولفات : یون کلسیم و سولفات بیشتری دارند .

- چشمه های آهن دار چشمه هایی هستند که میزان آهن آن حداقل ۱۵ میلی گرم در لیتر باشد .

۲) چشمه های گاز دار :

در این گونه چشمه ها گازهای متعددی مانند اکسیژن و هیدروژن و ازت و انیدرید کربنیک و هیدروژن و سولفوره و متان و ..... وجود دارد .

منشا اکسیژن آبهای جوی است که هوا به داخل آب منتقل میکند هیدروژن در چشمه های آب فشان که منشاء عمیق و آتشفشانی دارد یافت میشود .

گاز هیدروژن سولفوره که در چشمه های گوگردی یافت میشود منشا آن عمدتا آتشفشان است . اندرید سولفوره و متان اغلب با هیدرو کربنها مرتبط است و همچنین در اثر احیاء سولفاتها به وجود میآید .

۳) چشمه های طبی :

نقش درمانی دارند و بیماریهای جلدی را از بین میبرند .

۴) چشمه های آبگرم :

در صورتی که با حرارت سنج معمولی درجه حرارت آب چند دهانه چشمه را اندازه بگیریم متفاوت خواهد بود . این دما در فصول مختلف و با توجه به گرمای زمین و فعالیت آتشفشانی در مناطق مختلف متفاوت است .

اختصاصات آبهای معدنی :

اختصاصات ظاهری :

املاح موجود در آب عموما سازنده اختصاصات ظاهری آب نیز میباشند . آبهای گوگردی میتوانند دارای کدورتی کم و بیش زیاد بوده که ممکن است از محل مظهر و یا پس از قرار گرفتن در مقابل هوا و یا بالاخره پس از رسوب گوگرد کلوئیدی ظاهر شده باشد همینطور هیدروژن سولفوره نیز ممکن است در مراحل مختلف از آب خارج گردد . غالبا آبهای معدنی بدون رنگ بوده ولی در برخی مواقع مانند آبهای آهن و یا گوگرددار به رنگهای قرمز و یا شیری میتوانند باشند . مزه آبهای معدنی نیز در رابطه با املاح موجود در آنهاست چنانچه آبهای کلرورسدیک شور و آهن دار قابض و منیزیم دار تلخ میباشد و بالاخره آبهای سیلیس دار دارای لمس چسبنده هستند .

اختصاصات فیزیکی :

الف ) آبده چشمه ها :

آبده چشمه عبارت از مقدار آب حاصله از چشمه در واحد زمان میباشد آبده چشمه ها همیشه ثابت نبوده و تحت اثر عوامل مختلفی مانند تغییرات فشار اتمسفر و باران و ذوب برف و یخچال و بسته شدن مجرای خروج گاز در اثر رسوبگذاری توسط خود آب و تغییرات سطح آب در اثر برداشت آب کم و زیاد میشود به هر حال وجود مجرایی ثابت جهت خروج آب معدنی لازم بوده تا بتوان با کاپتاژ مناسب از آب معدنی استفاده کرد .

ب ) درجه حرارت :

حرارت آب معدنی در رابطه با منشا آن میباشد عمق منشا آب ( در سه هزار متری از سطح زمین حرارت آب به صد درجه سانتیگراد میرسد ) و سرعت بالا آمدن آب دو عامل اصلی در درجه حرارت آب میباشند .

درجه حرارت آبهای معدنی با عواملی مانند حرکات ارتعاشی زمین و اختلاط با آبهای خارجی که باعث تغییرات فصلی میشود در رابطه است تغییرات ناگهانی درجه حرارت میتواند در اثر وارد شدن آب به سفره آبهای سطحی باشد که احتمالا باعث آلودگی میگردد . درجه حرارت آب چشمه ها از کم تا حد جوشش میباشد آبهای معدنی را از نظر درجه حرارت تقسیم بندی کرده اند که در زیر به یک نوع آن اشاره میشود :

آبهای خیلی گرم : بالای ۴۵ درجه سانتی گراد

آبهای گرم : ۳۵ الی ۴۵

آبهای نیمه گرم : ۲۸ الی ۳۵

آبهای معتدل : ۲۳ الی ۲۸

آبهای سرد : زیر ۲۳ درجه سانتی گراد

ب ) مقاومت الکتریکی

اندازه گیری مقاومت الکتریکی نشان دهنده میزان املاح موجود در آب میباشد این میزان در آبهای سنگین خیلی کم و برای آبهای سبک زیاد میباشد از این خاصیت برای کنترل آبهای معدنی استفاده میشود ( عکس مقاومت الکتریکی هدایت الکتریکی میباشد که گاهی آنرا محاسبه میکنند )

ت ) رادیو اکتیویته :

رادیو اکتیویته آبهای معدنی که یکی از اختصاصات درمانی آنها میتواند باشد مورد مطالعه فراوان بوده است رادیو اکتیویته به دو صورت گازی شکل که معمولا به صورت گاز رادن با نیمه عمر کم میباشد و یا به سبب عناصر رادیو اکتیویته آبها در رابطه با زمینهایی میباشد که آب از آن عبور کرده که عموما چشمه هایی که بیشتر رادیو اکتیو هستند از زمینهای قدیمی تر سرچشمه گرفته اند .

اختصاصات شیمیایی :

اختصاصات شیمیایی در رابطه با املاح و گازهای موجود میباشد که خود در رابطه با منشا آب است همچنین عواملی چون ترکیب زمینهایی که آب از آنها گذشته و فشار و حرارت و سرعت حرکت و مدت جریان آب در زمین نیز در آن موثر است در آبهای معدنی از نظر ترکیب شیمیایی اختلافاتی با آبهای سطحی خوراکی دیده میشود مانند عدم وجود ترکیبات ازته به طور طبیعی در آنها و چنانچه یافت شوند علامت آلودگی آنها میباشد ولی ممکن است نمکهای آمونیوم که از منشا آتشفشانی میباشد در آبها یافت شود پس از خروج از زمین در آبهای معدنی تغییرات سریع رخ میدهد مانند کم شدن رادیو اکتیویته آب و از دست دادن گازها - اکسیداسیون و تعلیق و احتمالا رسوب مواد آن .

الف - PH (حالت اسیدی قلیایی )

یکی از عوامل مشخص کننده آبهای معدنی است و در تفسیر نتایج آزمایش آب به کار میرود آبهایی با PH کم معمولا دارای اسید کربنیک آزاد - هیدروژن سولفوره آزاد و اسید های هومیک میباشند . آبهای زمینی آتشفشانی داری اسید کلرید ریک و اسید سولفوریک هستند آبهای زمینهای سیلیسی دارای PH پایینتر از ۷ میباشند . آبهای آهکی و سولفور سدیک دارای PH بالا بین ۸ الی ۱۰ و آبهای سولفوره کلسیک PH بین ۵/۶ تا ۷/۵ دارند . آبهای بی کربنات سدیک معمولا داری PH کمی پایینتر از ۷ میباشند . PH آب پس از خروج از چشمه در طول زمان تغییراتی را به سبب از دست دادن گاز کربنیک و یا اکسیداسیون و غیره حاصل میکند در اثر اکسیداسیون سولفورهای آب به سولفات تبدیل و در نتیجه PHآب کم میشود و چنانچه اسید کربنیک آب از دست داده شود PH زیاد میشود .

گازها :

گازهایی که در آبهای معدنی یافت میشوند عبارتند از اکسیژن که به ندرت به مقدار قابل تشخیص بوده و اگر در آب پیدا شود بیشتر دارای منشا خارجی میباشد . هیدروژن در آبهای آب فشانها که دارای منشا عمیق هستند یافت میشود . ازت دارای منشا خارجی بوده و در آبهای معدنی غالبا وجو دارد ولی این گاز میتواند دارای منشا آتشفشانی نیز باشد هیدروژن سولفوره که در آبهای سولفوره وجود دارد غالبا از هیدرولیز سولفورهای قلیایی خاکی و یا احیا سولفاتها حاصل میشود اندرید کربنیک که دارای منشا عمیق است تشکیل آن در رابطه با کربنات ها و خصوصا کربنات کلسیم میباشد . متان نیز از زمینهایی که دارای منابع هیدروکربور هستند مانند برخی از نقاط ایران از زمین خارج شده و یا از منشا تخمیری مواد عالی که باعث احیا سولفاتهای آبهای سولفاته کلسیک شدید میشوند منشا میگیرد در آبهای معدنی علاوه بر گازهای فوق گازهای کمیابی چون هلیم - نیون - آرگون - کریپتون و گزنون نیز به مقدار متفاوت یافت میشود .

املاح محلول :

۱- املاح تام

املاح تام آب که به وجود آورنده هدایت الکتریکی آب است یکی از عوامل مشخص کننده آبهای معدنی میباشد تغییرات آن نشان دهنده اختلاط آب معدنی با آبهای نافذ میباشد .

۲- هالوژنها

فلئور در آبهای معدنی به مقدار کم و بیش یافت میشود .

کلرورها که از زمینهای دوران سوم که نمکی میباشند گرفته میشود در آبهای معدنی با منشا سطحی به مقدار فراوان یافت میشود .

برم وید که در آبهای معدنی یافت میشود غالبا دارای منشا مردابی هستند .

گوگرد به صور مختلف در آبهای معدنی وجود دارد سولفات که به صورت املاح مختلف در آبهاست از زمینهای دوره تریاس و یا از اکسیداسیون آبهای زمینهای پیریتی حاصل میشود گوگردی که از نظر درمانی حائز اهمیت است به صورت تیوسولفات - پلی سولفور و سولفیت که از انواع سولفورها میباشند یافت میگردد .

ترکیبات ازته :

دارای اهمیت خاصی از آبهای مشروب میباشند و در آبهای معدنی هیچگونه اهمیتی نداشته و وجود آنها در آبهای معدنی میتواند نشان دهنده آلودگی با آبهای سطحی باشد . در موارد استثنایی در آبهای معدنی با منشا آتش فشانی نیترات و نمکهای آمونیوم یافت میشود .

آرسنیک :

در برخی از آبهای معدنی یافت میشود که در زمین به صورت ۳ ظرفیتی و پس از خروج اکسیده شده به ظرفیت های بالا تبدیل میشود .

کربن و کربناتها :

در آبهای معدنی کربن به صورت انیدریدکربنیک - کربنات و اسیدهای هومیک یافت میشود . انیدریدکربنیک نقش تنظیم کننده کربناتهای آب را دارا است پس از خروج از زمین یه سبک کم شدن فشار خارجی از آب خارج شده و باعث به هم زدن تعادل کربناتهای آب و در نتیجه عمل رسوبگذاری کربناتهای مختلف را در اطراف چشمه میشود .

سیلسیم :

غالب آبهای معدنی دارای مقداری سیلیس به صورت یونی یا کلوئیدی آزاد میباشند . سیلیکاتها در جریان تماس با آبها به صورت محلول در آمده که به سادگی در اثر عمل هیدرولیز به سبب کم قلیایی بودن آب تجزیه میشوند انیدرید کربنیک که در این عمل نقش مهمی را دارد باعث تجزیه آن در آب و ایجاد رسوبات کلوئیدی سیلیس میگردد .

بور :

در آبهای معدنی بطور پراکنده وجود دارد . منشا آن میتواند از سطح زمین و بیشتر از کانیهای براته یا عمقی باشد .

کاتیونهای قلیایی :

سدیم و پتاسیم که در طبیعت تقریبا بصورت مساوی وجود دارند در آبها نسبت آنها متفاوت و سدیم ۱۰ تا ۲۰ برابر پتاسیم میباشد . سدیم غالبابه همراه آنیون کلرور در آبهای معدنی وجود دارد . در کنار این دو عنصر روبیدیم و سزیم نیز به مقدار کمی در آبهای معدنی یافت میشوند . کلسیم در غالب آبهای معدنی وجود دارد و میزان آن با ازدیاد انیدرید کربنیک آزاد آب بالا رفته و عموما به صورت کربنات یا سولفات یا سولفور میباشد به همراه کلسیم و استرانسیم و باریم به مقدار کمی در آبهای معدنی وجود دارد . منیزیم و لیتیم نیز به مقدار ناچیز یافت میشوند .

آلومینیوم :

در آبهای معدنی به مقدار کمی وجود دارد .

آهن :

در غالب آبهای معدنی به مقدار کم یا زیاد آهن یافت میشود . آهن از انحلال اکسیدها یا کربناتهای آهن در اثر زیادی اسید کربنیک یا اسید سولفوریک حاصل از تجزیه پیریت در آب حاصل میشود . وجود آهن در آبهای معدنی مساله فلوکوله شدن آنرا پس از خروج از زمین یا در بطری کردن مطرح میسازد که برای جلوگیری از آن مقداری از آهن را از آب حذف میکنند منگنز نیز به مقدار کم همراه آهن وجود دارد در آبهای معدنی علاوه بر عناصر فوق عناصر کمیاب نیز یافت میشود مانند روی - کادمیم - مولیبدن - تنگستن - ژرمانیم - تلور - نیکل - کبالت - مس و نقره .

گاز

- بررسی اجمالی تکنولوژی تولید آب معدنی و روش های آن و عرضه محصول در کشور و مقایسه با سایر کشورها

تکنولوژی و روش های تولید آب معدنی را میتوان بدوبخش عمده تقسیم نمود :

۱) آماده سازی و سالمسازی و پر کردن آب معدنی یا ( filling)

۲) تولید ظروف مورد نیاز جهت بسته بندی آب .

۱- آماده سازی و سالمسازی آب :

در این قسمت آب معدنی هدایت شده از منابع آب معدنی طی مراحل زیر جهت انتقال به خط پرکن آماده میگردد ازآنجائی که بر اساس تعاریف انجام شده - محصول آب معدنی - آب طبیعی خارج شده از منابع آب (چشمه یا چاه) میباشد که بدون هیچگونه تغییری در ترکیبات شیمیایی آن پر شده باشد لذا جهت آماده سازی صرفا از مراحل زیر استفاده میگردد .

الف ) انتقال آب از منابع آب : در این مرحله با توجه به محل استقرار چشمه و یا آب زیر زمینی آب از منابع مذکور به صور ت کاملا بهداشتی به منابع ذخیره آب هوایی یا زیر زمینی واحد منتقل میگردد . طی این مرحله ضمن ته نشینی مواد خارجی سنگین سعی میگردد از هر گونه آلودگی جنبی آب جلوگیری بعمل آید .

ب ) مخازن ذخیره آب : جهت هدایت آب به داخل واحد از منابع هوایی یا زیر زمینی باید با توجه به ظرفیت خط تولید استفاده گردد و این منابع از هرگونه آلودگی شیمیائی و میکروبیولوژیک به دور باشند .

ج ) فیلتراسیون آب : جهت حذف مواد معلق و شناور در آب از فیلترهای شنی مناسب در این مرحله استفاده میشود این فیلترها طوری طراحی میشود که آب با فشار معینی از یک بستر شنی با سایزهای متفاوت عبور داده میشود و مواد معلق در آن حذف میگردد این فیلتر ها با مکانیسم یکسان به صور مختلفی ساخته میشود که صرفنظر از نوع آلودگی همگی دارای مکانیسم یکسان و مشابه هستند .

د ) تعدیل طعم - رنگ و بوی آب (puriffication) : جهت حذف هرگونه بو احتمالی در آب و همچنین حذف رنگهای احتمالی آن در این مرحله آب را از یک بستر کربن اکتیوعبور میدهند که طی آن از هر گونه بو و رنگ غیر طبیعی عاری میگردد .

ه ) مرحله فیلتراسیون نهایی آب (polishing) : طی این مرحله آب از یک فیلتر کارتریجی به نام پولیشر عبور داده میشود با توجه به اینکه این فیلترها بسیار ریز است ( در حدود ۱۳۰ تا ۱۴۰ میکرون ) آب از هرگونه مواد معلق که با چشم غیر مسلح قابل رویت نمیباشد عاری میگردد این فیلترها با مکانیسم یکسان ولی به اشکال مختلف ساخته میشوند .

و ) مرحله استریلیزاسیون آب : جهت حذف هرگونه آلودگی احتمالی میکروبی در آب و بهداشتی کردن آن از یک سیستم uv استفاده میگردد در این مرحله آب با دبی و فشار معینی از یک بستر نور uv عبور داده میشود که طی زمان مذکور هرگونه آلودگی میکروبیولوژیکی آن از بین رفته و آب ۱۰۰٪ استریل و آماده پر کردن میباشد .

۲- تصفیه آب :

- شفاف کردن آب : ( clarification)

ساده ترین راه برای جدا کردن مواد معلق آب وارد کردن در حوضچه های بزرگ میباشد که به این حوضچه ها اصطلاحا شفاف کننده (clarifier) گویند . این حوضچه ها بدودسته تقسیم میشوند :

۱) ته نشین کننده های ساکن : آب آب وارد شده به اینها چندین ساعت راکد میمانند تا مواد معلق آن ته نشین شوند .

۲) ته نشین کننده های مداوم : این ته نشین کننده ها که به فرم های مختلف ساخته میشوند آب را دائما تصفیه و شفاف میسازند . ته نشین کننده های ساکن از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیستند و بیشتر ته نشین کننده های با جریان مداوم مورد مصرف دارد .

- مراحل شفاف سازی :

۱- برای خنثی کردن کاتیونهایی مثل Al وFe که جذب یونهای منفی ذرات سطحی میشوند از یونهای ساده یا کمپکس های هیدراته قوی استفاده میشود .

۲- استفاده از ماده عالی محلول در آب که یونیزه شده و تولید یون مثبت نماید . این کاتیونها بار منفی ذرات آب را جذب کرده و مانع دفع بارهای هم نام ذرات آب میشود .

۳- استفاده از کاتیونهای معدنی که پس از جذب کدورت آبها هیدرولیز شده تا رسوب نامحلول بوجود آورند که در حین رسوب کردن سایز ذرات را با خود ته نشین نمایند . بعنوان نمونه میتوان از املاح Al یا آهن نام برد که بصورت هیدروکسید رسوب میکنند .

جداسازی مواد معلق در سه مرحله انعقاد - لخته شدن و ته نشین سازی انجام میشود .

- انعقاد ( Cogaulation)

انعقاد عملی است که طی آن با خنثی سازی بار ذرات آنها را به حالت ناپایدار و فاقد بار کرده و مانع دفع ذرات شده در نتیجه ذرات در کنار هم مجتمع میشوند .

- لخته شدن ( Flocculation)

لخته شدن ذرات مرحله ای است که طی آن ذرات ناپایدار به یکدیگر متصل شده و لخته ایجاد مینماید .

- ته نشین سازی ( Sedaimentation)

مرحله ای است که مواد معلق لخته شده ته نشین میشود . در سالهای اخیر روش های ته نشین مداوم بر پایه روشهای بالا متداول گردیده و به منظور بالا بردن راندمان شفاف سازی آب به آن موا شیمیایی یا پلمیری بعنوان مواد منعقد کننده اضافه میکنند .

کلاویفایر (Clarifier)

معمولا ۴ عمل بطور همزمان در دستگاه کلاویفایر صورت میگیرد :

۱- منعقد کردن مواد معلق کلوئیدی

۲- لخته کردن مواد منعقد شده

۳- ته نشینی لخته تشکیل شده

۴- سرازیر شدن آب از حوضچه ته نشینی

- فیلتراسیون ( Filteration)

با انجام عمل انعقاد ته نشین سازی مواد معلق آب برای اکثر مصارف صنعتی مناسب میشود . چنانچه آب برای آشامیدن - استفاده در دیگهای بخار - برج های خنک کننده مصرف شوند باید مواد معلق آن را جدا کرد . میتوان این مواد معلق را با عبور دادن آب از فیلترهایی با درجه تخلخل متوسط فیلتر شنی عبور داد .

شن کواترز - شن سیلیس - زغال آنتراسیت - کلسیت - مگنتیت یا سایر مواد ممکن است برای فیلترها مورد استفاده قرار گیرد . معمولا در صنایع شنی - سیلیس و انتراسیت بیشتر مصرف دارد .

- انواع فیلتر ها :

فیلتر ها بدو دسته گراویتی و فشاری تفسیم میشوند :

الف - فیلتر های گراویتی : جریان آب در این فیلتر با وزن ( سنگین ) آن انجام میشود . در فیلتر های شنی یا زغالی آب با استفاده از وزن خود و با سرعت نسبتا بالا که حدو 4-2 GPM است عبور مینماید .

قسمتهای اساسی این فیلترها عبارتند از :

۱- پوسته فیلتر که ممکن است از جنس سیمان - استیل یا چوب و به شکل مربع - مستطیل یا کروی باشد نوع مستطیل شکل که با بتون مسلح ساخته شده رایج تر است .

۲- ته بستر را قلوه سنگ های درشت تشکیل میدهد و مانع از این میشود که شن و آنتراسیت از بستر بگذرد و در عین حال پخش کننده مناسبی برای آب است .

۳- محفظه پایین فیلتر که بدومنظور در نظر گرفته میشود :

جمع آوری آب تصفیه شده و توزیع آب شستشوی معکوس

۴- قسمتی (trough) به منظور فرِآوری و جمع آوری آب شستشوی معکوس که معمولا از جنس استیل - چدن و یا سیمان میباشد .

۵- از وسایل کنترل کننده جریان آب که روی فیلتر نصب میشود نیز میتوان استفاده کرد .

ب ) فیلتر فشاری : نسبت به نوع قبلی کاربرد وسیعتری دارد یکی از مزایای این فیلتر ها این است که میتوان آنرا مستقیما در مسیر تولید و ارسال به واحدهای فرآیند قرار داد و از پمپاژ مجدد جلوگیری نمود .

فیلترهای فشاری ممکن است عمودی یا افقی باشد و پوسته آن از جنس استیل به شکل استوانه ای باشد .

محدودیت روش فیلتراسیون در این است که فقط ذرات درشت را جدا میکند .

- کلر زنی ( Cloronization )

کلر از مهمترین عناصری است که در میکروب زدایی آبها به کار میرود ترکیبات کلر همانند هیپوکلریت سدیم و کلسیم و کلرآمین ها نقش میکرب زدایی را ایفا میکنند . چناچه کلر به آبهای طبیعی اضافه نمایند ایجاد واکنش شیمیایی میکند برخی از کاربردهای مهم کلر به شرح زیر است :

۱- میکرب زدایی

۲- جداسازی آمونیاک و دیگر ترکیبات عالی ازت دار

۳- کنترل بو و طعم

۴- جداسازی هیدروژن سولفوره

۵- جداسازی آهن و منگنز

۶- تخریب تجمع های آلی

۷- برطرف نمودن جلبک

۸- از بین بردن رنگ

۹- کنترل آهن منگنز و باکتریهای احیا کننده سولفات و ....

۱۰- کمک به انعقاد آب

- استفاده از اشعه ماورابنفش:

گرایش به کاربرد اشعه ماورابنفش بعنوان گندزدا درتصفیه آب وفاضلاب را میتوان به این دلیل نسبت داد که کاربرد کلر و ترکیبات آن در آب تولید محصولات جانبی ( DBPs) بخصوص تری هالو متان ها ( THMs) میکنند که با توجه به مطالعات انجام گرفته خواص سرطان زائی برخی از آنها مورد بحث است .

برای تولید اشعه uv میتوان از لامپهای بخار جیوه با فشار کم که بطور تجارتی در بازار است استفاده کرد . برای گندزدایی آب و فاضلاب این لامپها را در یک پوشش شیشه ای از جنس کوارتز قرار میدهند ( جهت محافظت و جلوگیری از صدمه ) و آنها را در آب غوطه ور کرده یا در بالای محل عبور جریان آب نصب میکنند .

- مزایای استفاده از اشعه ماوراء بنفش :

۱- عدم نیاز به مصرف مواد شیمیایی و در نتیجه کاهش هزینه های خرید و جابجائی و حمل و نقل و ذخیره سازی مواد شیمیائی .

۲- زمان تماس کوتاه باعث میشود که به گندزدائی نیازی نباشد و نتیجه آن کاهش مساحت لازم برای تاسیسات است .

۳- عدم تولید محصولات جانبی مضر مثل (THMs)

۴- بالا بودن ضریب اطمینان سیستم

۵- کم بودن مصرف انرژی

- معایب این روش :

از ایرادات اساسی وارد به این سیستم عدم تولید باقی یون پایدار در آب است . در مورد بهره برداری از سیستم گندزدائی با اشعه ماوراء بنفش همیشه نیروی برق باید در دسترس باشد .

- استفاده از ازن در تصفیه آب :

تصفیه آب و فاضلاب با گاز ازن در CIP X طی بیست سال اخیر عمومیت یافته و بتدریج جایگزین کلر میشود . علت آن است که ازن عامل اکسید کننده ای است که از کلر قوی تر و ایمن تر است .

خصوصیت ناپایداری ازن این گاز را برای عملیات مربوطه به تصفیه ضایعات مناسب ساخته است . پایین بودن درجه حرارت تجزیه اجازه میدهد تا ازن در محیط هم بتواند تجزیه شود دلیل دیگر استفاده عام از ازن آن است که از کلر ایمن تر است . معمولا کلر مایع در مخازن فشار بالا نگاهداری میشود ( atm ۳۰ و بالاتر ) . بدلیل سمی و فرار بودن کلر نشت کردن آن از محل آب بندی نشط خطر ناک است . ازن به دلیل عمر کوتاهش بلافاصله پس از تولید مصرف میشود . لذا اگر نشتی در دستگاههای سازنده باشد مقدار آن بسیار کم است .

فشار عملیاتی ساختی ازن بین ۱ الی ۲ atm است بوی ازن باعث شناخته شدن سریع میشود تنفس آن نیز تا محدوده خاصی زیان آور نیست . ازن بر خلاف کلر میتواند Mo های فاضلاب را بکشد همچنین مواد عالی و غیر آلی را اکسید و بی رنگ و بو کند . بار سطحی مواد جامد معلق را نیز خنثی میکند .

۳- پر کردن آب معدنی در بطری :

شامل مراحل زیر است :

الف ) مرحله ردیف کردن بطری : طی این مرحله بطری های خالی جهت هدایت به دستگاه فیلتر به صورت دستی و یا ماشینی ردیف میگردند و در صورتی که این عملیات دستی انجام گیرد توسط نیروی انسانی بطری خالی به روی نوار نقاله انتقال بطری خالی قرار داده میشود در این روش احتمال آلودگیهای ثانویه محصول بالا میباشد و در روش ماشینی با استفاده از یک دستگاه unsereambla بطری به صورت خودکار بر روی نوار نقاله مربوطه قرار گرفته و توسط یک نوار نقاله بادی ( Airsonveyer ) به طف دستگاه پرکن هدایت میگردند .

ب ) شستشوی بطری - پرکردن و دربندی :

طی این مرحله بطریها توسط یک دستگاه Rinser روتاری شستشو میگردند و سژس بطریها جهت پر شدن بدستگاه پر کن هدایت شده و پر میشوند . بدین ترتیب که آب گاز دار پس از عبور از رابط های لوله ای در دستگاه فیلتر به سرشیر فیلتر میآید بطری های خالی پس از قرار گرفتن در دایره دستگاه فیلتر توسط یک پایه به سمت بالا حرکت میکنند و فنر بالای شیر فیلر را فشرده میکنند و سر شیر فیلر روی دهانه بطری قرار میگیرد و در اثر مکش هوای داخل بطری و باز شدن شیر بطری در طول مسیر خلقه ای فیلتر پر میشود سرعت فیلر باید مطابق با سرعت پر شدن بطریها در طول مسیر باشد بطریهای پر شده بعد از اینکه به انتهای حلقه فیلر رسیدند در اثر ضربه زدن تیغه ای شیر بسته میشود و در اثر پایین آمدن پایه زیر بطری و فشار به قسمت بالای فنر شیر بطریهای پر شده از مسیر حلقه ای فیلتر جدا میشوند و به قسمت در بندی میروند و توسط دستگاه دربندی روتاری در آنها بسته میشود در دستگاههای جدید عمل پر کردن و در بندی به طور همزمان انجام میشود فیلتری که در اینجا برای آب گاز دار مورد استفاده قرار میگیرد باید سربسته باشد .

ج ) مرحله برچسب زنی : بطریهای پر و دربندی شده توسط یک نوار نقاله به این دستگاه هدایت شده و برچسب زده میشود این مرحله نیز صرفنظر از نوع ماشین آلات انتخابی و میزان اتوماسیون آن دارای مکانیسم کار یکسان میباشد .

د ) مرحله چاپ مشخصات تولید (jet printing ) در این مرحله بطریها ضمن عبور از دستگاه اطلاعات مورد نظر از قبیل تاریخ تولید و انقضا و سایر اطلاعات روی قسمتی از بطری یا در چاپ میشود .

ه ) مرحله Shirink wrapper : طی این مرحله بطریها در ردیفهای مورد نظر که معمولا ۲ در ۳ تایی است شیرینگ میگردد این ماشین آلات نیز صرف نظر از نوع و اتوماسیون همگی داراری مکانیسم یکسانی هستند .

و ) Pallate shirink wrapper : طی این مرحله بنا به خواست بازار و مشتریا در صورتی که نیاز به شیرینگ کردن Pallate محصول باشد بسته های شیرینگ شده توسط یک نوار نقاله به این دستگاه هدایت میشود و پس از پالت شدن شیرینگ میشوند در صورتی که محصول جهت صادرات باشد عملیات شیرینگ پالتها یکی از مراحل لازم و ضروری تولید محصول میباشد .

شناور سازی (Floatation) 

شناورسازی عملیاتی است که برای جداسازی ذرات جامد یا مایع از یک فاز مایع بکار می رود. مواد قابل شناوری (بطور عمده روغنهای امولسیونی و مواد آلی) معمولاً در طراحی تجهیزات تصفیه مقدماتی در صنعت نسبت به مواد قابل ته نشینی از اهمیت بیشتری برخوردارند. به این منظور در بیشتر پالایشگاهها، واحدهای شیمیایی و سایر کارگاههای صنعتی از تجهیزات جداسازی آب - روغن، بجای تانکهای ته نشینی اولیه استفاده می شود.
مزیت اصلی شناورسازی بر ته نشینی این است که با این روش، ذراتی را که بسیار کوچک و یا سبک هستند و به آرامی ته نشین می شوند، می توان بطور کاملتر و در زمان کوتاهتری حذف کرد. به محض شناور شدن ذرات در سطح، می توان آنها را از طریق کف روبی جمع آوری کرد.
در ادامه، روشهای مختلف شناورسازی با تأکید بر روش DAF مورد بررسی قرار می گیرند.

شناورسازی ثقلی (جدا کننده های ثقلی) (Gravity Separators)
    جدا کننده های ثقلی معمولاً برای زدودن و حذف روغن، گریس و نفت بصورت آزاد و غیرامولسیون بکار می روند. از نظر تئوری فرآیند جداسازی در جدا کننده های ثقلی بوسیله قانون استوکس در غیاب جریان توربولانسی و جریانهای گردشی پیش بینی می شود. بنابراین در عمل، بازدهی جدا کننده ثقلی بستگی به طراحی دقیق هیدرولیک جدا کننده و زمان ماند پساب دارد. جدا کننده های ثقلی عمدتاً به دو دسته:

    API: American Petroleum Institute

 و

CPI: Corrugatted Plate Interceptors

تقسیم بندی می شوند.

خلاصه
پیشرفت های زیادی برای توسعه پوشش های پلیمری بوسیله نانوتکنولوژی انجام شده است. این مقاله پیشرفت های جدید در زمینه ساختارهای پلیمری هوشمند را نشان می دهد که در پوشش های محافظتی بکار می رود و موارد محرک و پاسخ، مکانیسم تشخیص و اعمال جریان یا پتانسیل را بررسی میکند. برخی ساختارها برپایه پلیمرهای اصلاح شده بوسیله افزودنی های آلی یا معدنی است. تاکید بر روی حسگرهای هوشمندی است که برای شناسایی شروع خوردگی در سطوح آهنی و غیرآهنی پوشش شده با پلیمر بکار می روند. مثال هایی از خودترمیم شوندگی بوسیله فعالیت میکروکپسول ها آورده شده است.

مقدمه
تغییر در خواص و ساختار در پاسخ به تغییرات محیط،

در خیلی از موارد قابل بازگشت است. پاسخ ها معمولا باعث یک فعالیت می شوند. فعالیت های اصلاحی از قبیل خودتعمیر شوندگی یا خودترمیم شوندگی. انتظار می رود که مواد هوشمند فقط به عنوان یک ماده عامل دار بکار نروند، بلکه به عنوان قسمتی از یک ساختار هوشمند باشند که شامل اجزای مختلفی مثل حسگرها، فعال کننده ها، روش کنترل و کنترل اجزای ساختار می باشد.
محدوده موادی که دارای این خواص هستند و به آنها اجازه می دهد به عنوان حسگر یا فعال کننده بکار روند تقریبا محدود است. تکنولوژی های توسعه یافته شامل حافظه هایی از جنس آلیاژهای فلزی و پلیمری، حسگرهای فیبر نوری، مواد پیزوالکتریک، مواد الکتروکروم، جریان الکترورئولوژیکال و مگنتورئولوژیکال می باشد. در رابطه با پوشش ها علاوه بر پوشش های پلیمری محافظتی در کاربردهای نظامی و غیر نظامی، استفاده از سیستم های آلی و غیرآلی هوشمند برای کاربردهای زیر هم در نظر گرفته شده است.
• غشاهای کنترل کننده آزادسازی دارو
• پوشش هایی با قابلیت های جذب متفاوت برای پروتئین ها
• پنجره های هوشمند گرمارنگ (thermochromic)، الکترورنگ (Electrochromic) و گازرنگ (gasochromic)
• حسگرهایی برای آلودگی ترکیبات آلی فرار، مین های زمینی، تشعشع و گازهای شیمیایی جنگی

تحقیقات مواد در رشته های مختلف در دانشگاهها، مراکز تحقیقاتی، شرکت ها، آزمایشگاه R&D صنایع به سرعت درحال پیشرفت هستند تا بتوانند پوشش های غیر هوشمند را به پوشش های هوشمند تبدیل کنند. این مقاله بر روی ساختارهای پلیمری متمرکز شده است که در خیلی از موارد بوسیله افزودنی های آلی یا غیرآلی اصلاح می شوند و در پوشش های پلیمری بکار می روند. تاکید بر روی حسگرهای هوشمند است که برای شناسایی شروع خوردگی در پوشش سطوح فلزی بکار می رود.

پوشش های پلیمری هوشمند برپایه پاسخ رنگی
برای حسگرهای هوشمند برپایه پاسخ رنگی، پاسخ می تواند تغییر رنگ، فلورسنس یا فسفرسنس در نتیجه محرک های مختلف باشد. مثل :
• تغییر PH
• واکنش های اکسایش-کاهش
• حضور فلزات سنگین
• جذب سطحی
• تشعشع
• فعالیت های مکانیکی
• تغییرات دما
• جریان الکتریکی
جدول 1 خصوصیات پوشش های پلیمری توضیح داده شده در این مقاله را نشان می دهد. اطلاعات با توجه به نوع تحریک و پاسخ، نوع حسگر، مکانیزم احساس و نوع کاربرد وجود دارند. عاملیت های هوشمند بوسیله یکسری افزودنی ها ( مواد رنگی) بصورت جداگانه به پوشش اضافه می شوند. (سیستم 4-1 و 8-6 ). مثال برایاین قبیل کاربردها شامل شناسایی خوردگی، خودترمیم شوندگی، رفع آلودگی سطح و شناسایی تشعشع می باشد. عاملیت های هوشمند همچنین می توانند در ساختارهای پلیمری وارد شوند ( سیستم 5و9و10) مثل :
الف) پلیمرهای آکریلیک با شاخه های هیدروکربنی کریستالی بزرگ که می توانند با دما فعال شوند و بین حالت بلورینگی/نفوذپذیری تغییر کنند. در یک کاربرد معمولی در رشد دانه با دمای خاک، زیر 13 درجه، پوشش دانه کریستالی است و از نفوذ رطوبت جلوگیری میکند و مانع رشد می شود، در دماهای بالا پوشش آمورف اجازه نفوذ و رشد را به دانه می دهد.
ب) حالت رسانای پلی پیرول، پلی تیوفن و پلی آنیلین، خواصشان در طول واکنش های اکسایش-کاهش و تغییر PH تغییر میکند. خواصی از قبیل رنگ، هدایت الکتریکی، نفوذپذیری، چگالی و چگالی بار. برخی پلیمرها می توانند برای محافظت ار خوردگی استیل، فولاد ضدزنگ، آلومینیوم و مس استفاده شوند. پلیمرهای هادی می توانند با ایجاد یک لایه اکسیدی غیرفعال بصورت حفاظت آندی از فلز محافظت کنند.
مواد رنگی می توانند مواد رنگزا یا رنگدانه های ساده نشان داده شده در سیستم 8-1 جدول 1 باشند،یا هیبریدهای پیچیده و مواد رنگی برپایه مواد غیرآلی که با افزودنی های آلی یا غیرآلی پوشش می شوند و اثرات خاصی دارند. ( جدول 2). شکل 1 ساختار رنگدانه صدفی میکا را نشان می دهد که TiO2 روی آن پوشش داده شده است.
برخی از تلاش های تحقیقاتی اخیر در مورد مواد هوشمند bioinspired هستند. رنگ و تغییر رنگ براثر تغییر محیط زیست ممکن است بدلیل خواص برخی موجودات زنده باشد.برای پرندگان، ماهی ها، مارها و پروانه های خاص رنگ ظاهری به خاطر وجود رنگدانه است ولی بصورت رنگین کمان می باشد. بدلیل همپوشانی کربوهیدرات ها رنگ ها تغییر می کنند. این اثر به زاویه مشاهده کننده، طول موج و ضریب پخش محمل بستگی دارد. سوسمار می تواند وسعت سطح لایه های سلول های رنگی را کنترل کند. در برخی اختاپوس ها تغییر حجم و تغییر رنگ کیسه های حاوی رنگدانه بر اثر انبساط و انقباض عضله ها صورت می گیرد.
یک نمونه از سیستم های هوشمند bioinspired ژل N-isopropyl acrylamide حاوی رنگدانه دوده است. با تغییر دما، سیستم دستخوش تغییرات حجم برگشت پذیر می شود، در نتیجه در کنفورماسیون زنجیرهای پلیمری تغییری روی می دهد. در دمای بحرانی پایین محلول یعنی 31 درجه (LCST) این تغییرات باعث تغییر رنگ ظاهری می شوند. کاربردهای این گونه سیستم ها در پنجره های هوشمند و استتار است.

پوشش های پلیمری هوشمند برپایه پاسخ های غیررنگی
پلیمرهای هوشمند با عکس العمل های غیر رنگی نیز در این مقاله بررسی شده اند. در جدول 3 خصوصیات پلیمرهای هوشمند بر اساس محرک، پاسخ، نوع حسگر، مکانیزم احساس و نوع کاربرد بطور خلاصه نوشته شده است. عاملیت هوشمند می تواند هم بصورت جداگانه قبل از استفاده به پوشش اضافه شود و هم می تواند در ساختار پلیمری قرار گیرد. برای مثال خودترمیم شوندگی ترک ها در پوشش ها ( سیستم 1)، جذب انتخابی آلودگی گازها (سیستم 2)، بهبود خواص جذبی در پوشش های بایو (سیستم 3و4)، محافظت موقتی پوشش ها که می تواند در صورت نیاز بوسیله یک واکنشگر مناسب برطرف شود ( سیستم 5) و نظارت پایداری پوشش ها بوسیله حسگرهای دی الکتریک (سیستم 6).

ردیابی خوردگی
عمومی
خوردگی در محیط های صنعتی و داخلی اتفاق می افتد و خوردگی سطح فلزات با گذشت زمان افزایش مییابد. تخریب ناشی از خوردگی باعث از بین رفتن سازه می شود. بنابراین شناسایی خوردگی در مراحل اولیه برای کاهش هزینه ها و بهبود ایمنی بسیار مهم است. تکنیک ها و حسگرهای زیادی برای شناسایی خوردگی وجود دارند. روش هایی که برای شناسایی خوردگی بکار می روند شامل X-ray, ultrasound, optical, flash thermography and electrochemical impedance spectroscopyمی باشد.
استفاده از مواد هوشمند برای شناسایی خوردگی تکیه بر موادی دارد که در محیط خورده شده دچار تغییر می شوند. تغییرات زیادی برای شناسایی خوردگی وجود دارد. یک نمونه از پوشش غیرپلیمری هوشمند، آلیاژ آمورف Al-Co-Ce که روی آلومینیوم اعمال شده، می باشد. تغییر PHحاصل از خوردگی موجب تجزیه پوشش و آزادسازی یونهای بازدارنده و مهاجرت آنها به نقاط حساس می شود. وقتی خوردگی تمام شد، pH به حالت عادی برمی گردد و تجزیه پوشش به کمترین حد خود می رسد. در مثالی دیگر تغییر pH در فلزاتی که در محیط خورنده قرار گرفته اند، بوسیله تکنیک غلظت یونها در محل اندازه گیری می شود. استفاده از یک حسگر pH کوچک و الکترود مرجع که می تواند pH را تا 12 بالا ببرد، برای شناسایی خوردگی پوشش ها بعد از 5 ساعت غوطه وری در محلول NaCl بکار می رود.
مثال های دیگر مربوط به استفاده از پوشش های هادی است که برای جلوگیری از خوردگی بوسیله غیرفعال کردن سطح فلز بکار می رود. در این روش از پلی آنیلین های حاوی بازدارنده های آندی استفاده می شود که در طول پلاریزاسیون پلیمر-پلیمر آزاد می شوند که یکی از اجزا پلیمر هادی است. برای مثال :
• پوشش های اپوکسی، پلی استر یا وینیل الکل کراسلینک شده حاوی پلی آنیلین افزایش مقاومت به خوردگی روی سطح آلومینیوم نشان داده اند، این ممکن است بدلیل برهم کنش پلیمر هادی با سطح آلومینیوم یا گروههای فعال رزین باشد.
• پوشش متیل متاکریلات حاوی پلی آنیلین دوپه شده با آنیون روی آهن اعمال شد، ابتدا آنیون ها در حین کاهش پلی آنیلین آزاد شدند، آنیون ها یک لایه غیرفعال با کاتیون های آهن ایجاد کردند که بعنوان یک محافظ سدی روی سطح آهن عمل می کند.

پوشش های حساس به خوردگی
مقاومت های مختلف در برابر خوردگی یا پوشش ها و پوشرنگ های پلیمری هوشمند در این مقاله شرح داده شده اند. برخی مثال ها در جدول 1و3 آمده است. اصول پوشش های هوشمند و ارتباط آنها با احساس خوردگی در زیر آمده است:
• سیستم های پوشرنگ حاوی ترکیباتی که رنگشان متغیر است، پاسخ به تغییر pH درنتیجه فرآیند خوردگی
• تغییر در ترکیبات پوشش از غیرفلورسنس به حالت فلورسنس، بر اثر اکسیداسیون یا ترکیب با کاتیون های فلزی
• آزادسازی مواد رنگزا و مواد افزودنی ضدخوردگی از غشای میکروکپسول ها بر اثر تخریب مکانیکی کپسول ها در پوشش
• استفاده از رنگدانه هایی که مواد شیمیایی خورنده را جذب می کنند یا مواد بازدارنده آزاد می کنند، با یا بدون تغییر رنگ
• ترکیباتی که در محدوده UVیا IR نزدیک فلورسنس دارند به عنوان تشخیص دهنده خوردگی بررسی می شوند وقتی که بر اثر دما، pH، اکسایش و کاهش تغییر می کنند. برای تشخیص خوردگی ماده فقط باید بر اثر اکسیداسیون یا واکنش با محصولات خوردگی فلورسنس شود. ترکیباتی مثل فلورسین، مورین یا باز شیفت، اکسین ها و هیدروکینولین ها وقتی با یون آلومینیوم ترکیب می شوند و در هوا اکسید می شوند فلورسنس شده که به عنوان آستری روی سطح آلومینیوم بکار می روند.
مواد رنگزای فلورسنس که در وسایل تست میکروالکترونیک برای تشخیص تغییر pH بکار می روند، به خوردگیAlیا Au در اثر اعمال ولتاژ در محیط مرطوب وابسته اند. مواد رنگزای فلورسنسی و رنگ متغیر رویAl بعد از خوردگی اعمال می شوند تا محلی که محصول خوردگی اکسید آلومینیوم وجود دارد مشخص شود.Johnson و Agarwala پوشرنگ متفاوتی تولید کردند که بر اثر اکسیداسیون یا ترکیب با کاتیون های فلزی حاصل از خوردگی فلورسنس می شود. این فرآیند در شکل 2 نشان داده شده، براییک پوشش اپوکسی حاوی فلورسین بر روی صفحه آلومینیوم محل آزمایش خوردگی زیر نور UV فلورسنس است. این مطالعه توانایی ترکیب فلورسنس را به عنوان هشدار دهنده سریع خوردگی و استفاده در سطوح وسیع مثل هواپیما را نشان می دهد. این ترکیب می تواند با اپوکسی پوشش شود و محل های خورده شده با طول موج مناسبی از نور شناسایی می شوند.
همچنین ترکیباتی که خصوصیات نوری آنها در اثر واکنش های اکسایش و کاهش تغییر می کند، اجزایی دارند که رنگشان با تغییر pH، تغییر می کند. Frankel و Zhang و همکارانش ترکیبات فلورسنس و رنگ متغیر زیادی را استفاده کردند که حساس به افزایش pH بر اثر واکنش کاتدی هستند.
O2 + 2H2O + 4e−→4OH−
که همراه با واکنش آندی باعث تولید اکسید آلومینیوم آبدار می شود.
شکل 3 شماتیکی از یک پوشرنگ را در لبه های روی هم افتاده برای تشخیص خوردگی شکافی در سطح آلومینیوم (3a) نشان می دهد. و نتایج روی سطح پوشش شده با پوشرنگ آکریلیک حاوی شناساگر pH بعد از غوطه وری در محلول 1 مولار NaCl در 3b آمده است. تغییر رنگ در پوشش، محل های خورده شده را مشخص می کند. در نگاه دیگر، مواد رنگزای حساس به pH در یک پوسته پلیمری کپسوله شده اند که این پوسته در محیط قلیایی براثر واکنش کاتدی مستعد تخریب است. ماده رنگزای آزاد شده به عنوان شناساگر خوردگی در محل های خورده شده بکار می رود.
فیبرهای نوری به عنوان شناساگر خوردگی در سازه های هوانوردی پوشش شده یا پوشش نشده بکار می رود. با عکسبرداری از پوشش های حاوی مواد رنگزای حساس به pH نقاط خورده شده مشخص می شوند. با اندازه گیری غلظت شیمیایی این نقاط نتایج برای تشخیص خوردگی از قبیل خوردگی گالوانیک، شیاری و حفره ای بکار رود.
شکل 4 یک برش عرضی از این سیستم را نشان می دهد. ترکیب شماره 18 یک ترکیب شیمیایی حساس به خوردگی است که با تغییر رنگ یا فلورسنس عمل می کند. برای مثال 1،10- فنانترولین برای آهن و فلورسین برای آلومینیوم. بدلیل خوردگی، ترکیبات نور های پخش شده را منعکس میکنند و می تواند پهنای باند کوچک را هم شناسایی و نمایش دهد.
اخیرا، هیدروتالسیت مبدل آنیون و بنتونیت مبدل کاتیون، که هردو بواسطه یونهای خاصی شناخته می شوند در پوشش های آلی برای شناسایی و محافظت از خوردگی استفاده می شوند. نشان داده شده که تغییر در ساختار کریستالی که با پراش اشعه X مشخص می شود، بدلیل واکنش های خوردگی است. طبق شکل 5 پوششdecavanadate modified hydrotalcite (HT-V) در تست اسپری مه نمکی محافظت بهتری را نسبت به پوشش های دیگر نشان می دهد. شکل 6(چپ) دو نمودار X-ray پوشش اپوکسی حاویHT-V روی سطح آلومینیوم را قبل و بعد از قرارگیری در محلول 5/0 مولار NaCl به مدت 450 ساعت مقایسه می کند. شکل 6(راست) نشان می دهد که تغییرات زیادی در پوشش در نتیجه تبادل یون صورت گرفته است که باعث تشکیل HT-Cl و آزاد سازی مواد بازدارنده خوردگی شده است.
Vanadate در یک pH خاص یا با کاهش ناگهانی پتانسیل الکتروشیمیایی آزاد می شود. بازدارنده های خوردگی متصل به نانوذرات که در آستری اپوکسی هستند بر اثر قلیایی شدن محیط آزاد می شوند تا خوردگی بین سطحی پوشش/فلز را به تاخیر اندازند.
پوشش های پلیمری حاوی مواد غیرقابل نفوذ یا افزودنی های فعال در برابر خوردگی، به میزان زیادی نفوذ آب و بخار را کاهش می دهند. این کاهش نفوذپذیری باعث افزایش خواص سدگری و جلوگیری از خوردگی آلومینیوم پوشش شده با اپوکسی حاوی میکا می شود. استفاده از نانورس های کاتیونیک ( مثل montmorillonite) یا آنیونیک ( مثل hydrotalcite) بعد از پوسته پوسته شدن می تواند خواص سدگری را بهبود ببخشد. عکس العمل سایت های فعال در این رس ها همچنین می تواند آنها را به عنوان حسگر pH، حسگر تغییر رنگ مثل مواد رنگزای قابل یونیزه معرفی کند.
ارزیابی نانورس های اصلاح شده با مواد رنگزای حساس به PH به عنوان حسگرهای خوردگی در پوشش های پلیمری روی آلومینیوم و آهن، یکی از اهداف مهم تحقیقاتی در پوشش های هوشمند مورد استفاده در صنایع نظامی است. داده های اولیه نشان می دهد که می توان نانورس هایی با پراکنش¬پذیری بالا بر پایه مواد رنگزا، برای حسگرهای خوردگی و بهبود محافظت سدگری ایجاد کرد بطوریکه مواد رنگزا در غلظت های کمتر از 1% وزنی با رس پیوند برقرار کنند. بنابراین می توان بر روی صفحات فلزی که با آکریلیک، پلی یورتان یا اپوکسی پوشش شده اند محل های خورده شده ( قلیایی) را بصورت تغییر رنگ بر حسب تابعی از زمان مشخص کرد.تشخیص خوردگی به شدت به رنگ اولیه پوشرنگ پلیمری وابسته است. شکل 7 نتایج تست تشدید شده خوردگی (ASTM B117) برای سطح آلومینیوم پوشش شده با دولایه پوشرنگ را نشان می دهد. لایه پایینی با محافظت ضعیف شامل پوشش آکریلیک مایع حاوی مواد رنگزای اصلاح شده با نانورس و لایه بالایی یک شفاف پوشه پودری آکریلیکی با خواص محافظتی عالی است. آشکار شدن رنگ آبی در نتیجه افزایش قلیا بدلیل خوردگی کاملا بدیهی است.

پوشش های خودترمیم شونده
میکروکپسول های حاوی مقداری عامل ترمیم کننده که با ایجاد ترک آزاد می شوند با پوشش های پلیمری مخلوط شده اند. این فرآیند که در پلیمرهای خودترمیم شونده استفاده می شود بواسطه آزاد شدن عامل ترمیم کننده با قابلیت پلیمریزه شدن بعد از واکنش با یک کنشیار می تواند ترک ها را پر کند.( شکل 8) این مواد می توانند بر روی سطوح سیمانی اعمال شوند، با ایجاد ترک روی سطح این مواد آزاد شده و میکروترک های ایجاد شده را پر می کنند. افزایش ماده رنگزای فلورسنس باعث مشخص شدن محل آسیب دیده در پلاستیک های تقویت شده می شود. یک فرآیند مشابه برای پوشش آکریلیک بر روی پوشرنگ حاوی قلع آسیب دیده استفاده می شود. شکل 9 میکروکپسول های حاوی مواد تشکیل دهنده فیلم را نشان می دهد که مانع آزاد شدن ذرات قلع می شود. اگر افزودنی های مقاوم در برابر خوردگی داخل میکروکپسول ها قرار گیرند، این فرآیند برای محافظت یا تشخیص خوردگی بکار می رود. کپسول های پلیمری در اثر محیط قلیایی ایجاد شده بدلیل خوردگی باز می شوند، بنابراین عامل ترمیم کننده برای جلوگیری از خوردگی آزاد می شود.
قابل توجه است که فناوری رنگ بواسطه باز شدن کپسول و بعد از آن واکنش شیمیایی ماده رنگزای بی رنگ حساس به اسید، سال ها در کاغذهایcarbonless استفاده می شده است. در ورقه های سه لایه ماده رنگزای آزاد شده در پایین ترین سطح، از لایه اول و دوم عبور کرده و به سطح بالایی و لایه سوم می رسد و در آنجا با رس اسیدی یا رزین واکنش داده و به دلیل تغییر PHیا اکسیداسیون شکل مورد نظر را ایجاد می کند. شکل 10 سیستم یک کاغذ کپیcarbonless سه لایه را نشان می دهد.

نتیجه
کارهای زیادی انجام می شود تا پوشش های پلیمری هوشمند از نوع آزمایشگاهی به تجاری و کاربردی تبدیل شوند. این تلاش ها با افزایش تعامل بین دانشگاه و صنعت و تمرکز بر روی برنامه های بازار و منسجم نمودن استراتژی فنی و مالی دولت ها، تسهیل خواهد شد. زمینه های اولیه که برای چنین تلاش هایی مناسب است، حمل و نقل، هوافضا، نظامی و کامپوزیت های خودترمیم شونده می باشد. نمونه هایی از زمینه های فعال و جدید تحقیقاتی شامل پلیمرهای هادی، طراحی سطح مولکولی، استفاده از مایعات یونی در پوشش های کاربردی، قلم های پلیمری از ترکیب پلیمرهای غیرقابل امتزاج، پوشش های هوشمند برای رفع آلودگی یا پوشش هایی که از ایجاد خزه جلوگیری می کنند. چالش های موجود در تحقیقات برای تجاری شدن عبارتند از: الف) درک مکانیسم محافظت در برابر خوردگی توسط پلیمرهای هادی ب) پیشرفت در میکرو-نانوکپسوله کردن به عنوان خودترمیم شونده یا بازپوشانی در پوشش های پلیمری نازک ج) محدودیت هایشناسایی خوردگی سیستم های رنگی در محصولات تجاری که شامل رنگدانه های رنگی مزاحم هستند.  

مرجع: http://chemistry87.mihanblog.com/post/65

ابر رساناها(superconductivity )

مکانیسم ضدعفونی با اشعه ماورای بنفش

محدوده طول موج اشعه uv برای ضدعفونی

موارد بکارگیری روش ضدعفونی با اشعه uv

• ضدعفونی مایعات
• ضدعفونی فضاها
• ضدعفونی سطوح اجسام

ضدعفونی مایعات

• صنایع غذایی
• آبهای فرایندی و آب آشامیدنی
• پرورش ماهی ، میگو ، دام و طیور
• فاضلابهای شهری و صنعتی
• صنایع آرایشی و بهداشتی ، شیمیایی ، دارویی و الکترونیک (آب فوق العاده تمیز)
• استخرهای شنا ، آب‌نماها و جکوزیها
• سیستمهای آب خنک کننده مدار بسته و سیستمهای تهویه مطبوع

ضدعفونی فضاها و سطوح

• بیمارستانها (اتاق عمل ، اتاق انتظار ، بخشها و لباسشوییها)
• داروسازی ، آزمایشگاهها و آشپزخانه ها
• صنایع غذایی ، کشتارگاهها ، صنایع لبنی ، پرورش دام و طیور ، تولید خشکبار
• تهویه مطبوع

• ضدعفونی مواد بسته در صنایع غذایی مانند فویل ، قوطی و بطری
• جلوگیری از آلودگی مواد در فرآیند تولید و بسته بندی
• مخازن ، ظروف و بطری و همچنین دستگاههای پرکن

عوامل موثر بر بازده ضدعفونی توسط اشعه uv

• فیلمهای شیمیایی و مواد آلی و غیر آلی حل شده:  
• رسوب جامدات روی سطح لامپ uv می‌تواند شدت اشعه uv را کاهش داده، در نتیجه باعث کاهش بازده ضدعفونی گردد. به علاوه فیلمهای تشکیل شده، ناشی از تاثیر مواد آلی ، منیزیم ، کلسیم و رسوبات آهن هستند که گزارش شده است. آب که غلظت آهن ، سختی ، سولفید هیدروژن و مواد آلی در آن زیاد باشد بسیار مستعد تشکیل رسوب است، که به تدریج شدت کارایی اشعه uv را کاهش می‌دهد. تنوع مواد شیمیایی می‌تواند عبوردهی اشعه uv را کاهش دهد، که آنها شامل اسیدهای هیومیک ، مواد فنولیک و سولفونات لیگنین ، کروم ، کبالت ، مسنیکل هستند. همچنین عوامل رنگی مانند چای و مواد استخراج شده برگ گیاهان باعث کاهش شدت uv می‌شود. و

• اجتماع میکروارگانیسمها و کدورت: 
•  سطح ذرات ، محل پرورش و نگهداری باکتریها و دیگر باکتریهای بیماریزا است. لذا وجود ذرات روی بازده ضدعفونی به دلیل اینکه باکتریها را از پرتو اشعه uv محافظت و نیز نور اشعه uv را متفرق می‌کند موثر است به هر حال کدورت زیاد باعث تاثیر ، روی ضدعفونی می‌شود. همانند ذرات که باعث کدورت می‌شوند، اجتماع میکروارگانیسمها نیز می تواند روی بازده ضدعفونی موثر باشد و آن به این دلیل است که باعث می‌شود با کتریهای بیماریزا در آنها جایگزین شده، عملا در پناه قرار گیرند.

مزایای کاربرد اشعه uv

• رفع موثر آلودگی میکروبی بدون آلودگی شیمیایی
• ضدعفونی فوری بدون نیاز به مخزن تماس
• ضدعفونی موثر میکروارگانیسمهای مقاوم در برابر کلر و اوزون
• عدم ایجاد ترکیبات جانبی مضر و بیماری‌زای شیمیایی
• عدم ایجاد طعم و بوی شیمیایی
• عدم تغییر در کیفیت فیزیکی و شیمیایی
• عدم ایجاد عوارض فوری و حساسیت
• عدم تخریب محیط زیست

تاثیر زیست محیطی استفاده از اشعه ماورای بنفش

مادر 

رخت هایم را دوباره شسته ای         

                                            بقچه هایم را مرتب کرده ای

نیستی , اما صدایم می کنی

                                        با صدایت زندگی آورده ای 

می گشایم بقچه را با یاد تو

                                      خستگی های تو را بو می کنم 

باز هم می بینمت در پیش چشم

                                      با خیالت رو به هر سو می کنم 

بازهم با چشم های مهربان

                                       باز می یابی مرا در  هر کنار 

خانه را از عطر خود پر می کنی

                                           می شوی تا بار دیگر گرم کار 

در دل آیینه کنج اتاق

                                       مانده طرحی از بهار روی تو 

هست بر یک شانه چوبی هنوز

                                     یادگاری , چند تار از موی تو 

محمد رضا اصلانی-خبر جنوب ۲۷/۰۴/۱۳۸۸

پلیمرها، بخش عمده‌ای از مشتقات نفتی هستند که در انواع مختلف در صنعت پتروشیمی، تولید و در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند.

امروزه استفاده از پلیمرها به اندازه‌ای رایج شده که می‌توان گفت بدونِ استفاده از آنها بسیاری از نیازهای روزمره ما مختل خواهد شد. مقاله حاضر، پلیمرهای مقاوم حرارتی را مورد مطالعه قرار می‌دهد که علاوه بر مصارف متعدد، در صنایع هوا فضا نیز نقش عمده‌ای ایفا می‌کنند.

هنگامی که ترکیبات آلی در دمای بالا.....

هنگامی که ترکیبات آلی در دمای بالا حرارت داده می‌شوند، به تشکیل ترکیبات آروماتیک تمایل پیدا می‌کنند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که پلیمرهای آروماتیک باید در مقابل دماهای بالا مقاوم باشند. انواع وسیعی از پلیمرها که واحدهای تکراری آروماتیک دارند، در سال‌های اخیر توسعه و تکامل داده شده‌اند.

 این پلیمرها در صنایع هوا فضا مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا در برابر دمای زیاد پایداری مطلوبی از خود نشان می‌دهند. برای این که یک پلیمر در برابر حرارت و در برابر گرما مقاوم تلقی شود، نباید در زیر دمای ۴۰۰ درجه سانتی گراد تجزیه شود. هم چنین باید خواص مورد نیاز و سودمند خود را تا دماهای نزدیک به دمای تجزیه حفظ کند. این گونه پلیمرها دارای T_g بالا و دمای ذوب بالا هستند. پس می‌توان گفت پلیمرهای مقاوم حرارتی به پلیمرهایی گفته می‌شود که در دمای بالا بکار برده می‌شوند، به طوری که خواص مکانیکی، شیمیایی و ساختاری آنها، با خواص سایر پلیمرها در دماهای پایین متفاوت باشد. پلیمرهای مقاوم حرارتی به طور عمده در صنایع اتومبیل سازی، صنایع هوا فضا، قطعات الکترونیکی، عایق ها، لوله ها، انواع صافی ها، صنایع آشپزی و خانگی، چسب‌ها و پوشش سیم‌های مخصوص مورد استفاده قرار می‌گیرد. پلیمرهای یاد شده هم به روش آلی و هم به روش معدنی تهیه می‌شوند. ذکر این نکته مهم است که روش آلی متداول‌تر بوده و اغلب پژوهش‌ها توسط دانشمندان پلیمر در این زمینه‌ها به ثمر رسیده است.

پایداری حرارتی

پایداری حرارتی پلیمرها، تابع فاکتورهای گوناگونی است. از آنجا که مقاومت حرارتی تابعی از انرژی پیوندی است، وقتی دما به حدی برسد که باعث شود پیوندها گسیخته شوند، پلیمر از طریق انرژی ارتعاشی شکسته می‌شود. پس پلیمرهایی که دارای پیوند ضعیفی هستند، در دمای بالا قابل استفاده نیستند و از بکار بردن مونومرها و هم چنین گروه‌های عاملی که باعث می‌شود این پدیده تشدید شود، باید خودداری کرد.

  البته گروه هایی مانند اتر یا سولفون، نسبت به گروه هایی مانند آلکیل و NH و OH پایدارتر هستند، ولی وارد کردن گروه هایی مانند اتر و سولفون و یا گروه‌های پایدار دیگر صرفاً بخاطر بالا بردن مقاومت حرارتی نیست، بلکه باعث بالا رفتن حلالیت نیز می‌شوند. تاثیرات متقابلی که بین دو گونه پلیمری وجود دارد، ناشی از تاثیرات متقابل قطبی- قطبی، و پیوند هیدروژنی (kcal/mol ۶-۱۰) است که باعث بالا رفتن مقاومت حرارتی در پلیمرها می‌شوند. این قبیل پلیمرها باید قطبی و دارای عامل هایی باشند که پیوند هیدروژنی را بوجود آورند، مانند: پلی ایمیدها و پلی یورتان ها. انرژی رزونانسی که به وضوح در آروماتیک‌ها به چشم می‌خورد، مخصوصاً در حلقه‌های هتروسیکل و فنیل‌ها و کلاً پلیمرهایی که استخوان بندی آروماتیکی دارند، باعث افزایش مقاومت حرارتی می‌شوند.

 در مورد واحدهای تکراری حلقوی، شکستگی یک پیوند در یک حلقه باعث پایین آمدن وزن مولکولی نمی‌شود و احتمال شکستگی دو پیوند در یک حلقه کم است. پلیمرهای نردبانی یا نیمه نردبانی پایداری حرارتی بالاتری نسبت به پلیمرهای زنجیره باز دارند. بنابراین اتصالات عرضی موجب صلب پلیمرهای خطی می‌شوند که شامل حلقه‌های آروماتیک با چند پیوند یگانه مجزا هستند. با توجه به نکاتی که ذکر شد برای تهیه پلیمرهای مقاوم حرارتی بایستی نکات زیر رعایت شوند:

• استفاده از ساختارهایی که شامل قوی ترین پیوندهای شیمیایی هستند. مانند ترکیبات هتروآروماتیک، آروماتیک اترها، و عدم استفاده از ساختارهایی که دارای پیوند ضعیف مثل آلکیلن- آلیسیکلیک و هیدروکربن‌های غیر اشباع می‌باشند.
• ساختمان ترکیب باید به گونه‌ای باشد که به سمت پایدار بودن میل کند، پایداری رزونانسی آن زیاد باشد و بالاخره ساختارهای حلقوی باید طول پیوند عادی داشته باشند، به نحوی که اگر یک پیوند شکسته شد، ساختار اصلی، اتم‌ها را کنار هم نگه دارد.

لباس فضا نوردان

لباس فضانوردان مقاوم در برابر شعله

امروزه در زمینه پلیمرهای مقاوم حرارتی پیشرفت‌های زیادی حاصل شده است. پژوهشگری به نام کارل اسی مارول که یک محقق برجسته در زمینه مقاومت حرارتی پلیمرها است، باعث توسعه تجارتی پلی بنزوایمیدازول، با نام تجارتی PBI، شده است که به شکل الیاف برای تهیه لباس فضانوردان مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته این تنها یکی از موارد کاربردهای متنوع پلیمرهای مقاوم حرارتی در برنامه‌های فضایی است. بی تردید اگر سال ها پژوهش علمی و آزمایش‌های گوناگون موجب کشف الیاف پلیمری مقاوم برای تهیه لباس فضا نوردان نمی‌شد، هیچ فضا نوردی نمی‌توانست به فضا سفر کند.

 طی سال‌های اخیر گونه‌های وسیعی از پلیمرهای آروماتیک و آلی فلزی مقاوم در برابر گرما، توسعه و تکامل داده شده اند، که تعداد کمی از آنها به علت قیمت بالای آنها در تجارت قابل قبول نبوده‌اند. پلیمرهای آروماتیک، به خاطر اسکلت ساختاری صلب، دمای گذار شیشه‌ای Tg و ویسکوزیته بالا، قابلیت حلالیت کم دارند، بنابراین سخت تر از سایر پلیمرها هستند. در حال حاضر بالاترین حد مقاومت گرمایی از پلیمرهای آلی بدست آمده است، بنابراین در سال‌های اخیر تاکید روی معرفی تفاوت‌های ساختاری پلیمرها بوده است.

 پیوستن گروه‌های انعطاف پذیر مانند اتر یا سولفون در اسکلت، یک راهکار است. هر چند این اقدامات باعث حلالیت بیشتر، ویسکوزیته کمتر و معمولاً پایداری حرارتی کم می‌شود. نگرش دیگر برای وارد کردن گروه های آروماتیک حلقه‌ای این است که به صورت عمودی در اسکلت صفحه‌ای آروماتیک قرار می‌گیرد. همان طور که در پلی بنزوایمیدازول اشاره شد، این ساختارها که «کاردو پلیمر» نامیده می‌شوند معمولاً پایداری بالایی دارند، بدون این که خواص دمایی آنها از بین برود. وارد کردن اسکلت با گروه های فعال که در اثر گرما موجب افزایش واکنش حلقه‌ای بین مولکولی می‌شوند، راهی دیگر برای پیشرفت روندکار است.

مهم ترین و پرمحصول ترین راه از نقطه نظر توسعه تجارتی، سنتز الیگومرهای آروماتیک یا پلیمرهایی است که با گروه های پایانی فعالی، خاتمه داده شده‌اند. الیگومرهایی که انتهای آنها فعال شده اند، در دمای نسبتاً پایین ذوب می‌شوند و در انواع حلال‌ها نیز حل می‌شوند. هم چنین در موقع حرارت دادن به پلیمرهای شبکه‌ای پایدار تبدیل می‌شوند.

ساختار پلی بنزیمیدازول

مقاومت در برابر حرارت

هنگامی که از پلیمرهای مقاومت حرارتی صحبت می‌شود باید مقاومت حرارتی آنها را برحسب زمان و دما تعریف کنیم. افزایش هر کدام از فاکتورهای ذکر شده موجب کاهش طول عمر پلیمر می‌شود و اگر هر دو فاکتور افزایش یابند طول عمر به صورت لگاریتمی کاهش می‌یابد. به طور کلی اگر یک پلیمر به عنوان پلیمر مقاوم حرارتی در نظر گرفته می‌شود، باید به مدت طولانی در ۲۵۰ درجه سانتی گراد، در زمان‌های متوسط در پانصد درجه سانتی گراد و در کوتاه مدت در دمای هزار درجه سانتی گراد خواص فیزیکی خود را حفظ کند. به طور دقیق تر یک پلیمر مقاوم حرارتی باید طی سه هزار ساعت و در حرارت ۱۷۷ درجه سانتی گراد، یا طی یکهزار ساعت در ۲۶۰ درجه سانتی گراد، یا طی یک ساعت در ۵۳۸ درجه سانتی گراد و یا طی ۵ دقیقه در ۸۱۶ درجه سانتی گراد، خواص فیزیکی خود را از دست ندهد.

نمودار TGA یک پلیمر مقاوم حرارتی تحت نیتروژن و هوا

 برخی از شرایط ضروری برای پلیمرهای مقاوم حرارتی، بالا بودن نقطه ذوب، پایداری در برابر تخریب اکسیداسیونی در دمای بالا، مقاومت در برابر فرآیندهای حرارتی و واکنش گرمای شیمیایی است. سه روش اصلی برای بالا بردن مقاومت حرارتی پلیمرها وجود دارد. افزایش بلورینگی، افزایش اتصال عرضی و حذف اتصال‌های ضعیفی که در اثر حرارت اکسید می‌شوند. افزایش بلورینگی، کاربرد پلیمرها را در دمای بالا محدود می‌کند. زیرا موجب کاهش حلالیت و اختلال در فرآورش می‌شود. برقرار کردن اتصال‌های عرضی در الیگومرها روش مناسبی است و خواص پلیمر را به طور واقعی، اما غیر قابل برگشت تغییر می‌دهد.

  اتصالاتی که باید حذف شود شامل اتصال‌های آلکیلی، آلیسیکلی، غیر اشباع و هیدروکربن‌های غیر آروماتیک و پیوند NH است . اما اتصالاتی که مفید است شامل سیستم‌های آروماتیکی، اتر، سولفون و ایمید و آمیدها هستند. این عوامل پایدار کننده به صورت پل در ساختار پلیمر واقع و موجب پایداری آنها می‌شوند. از طرفی ضروری است که پلیمر از قابلیت به کار گیری و امکان فرآورش مناسب برخوردار باشد.

 پس باید تغییرات ساختاری طوری باشد که حلالیت و فرآورش مناسب تر داشته باشند. برای این منظور باید از واحد‌های انعطاف پذیرِ اتر، سولفون، آلکیل و همچنین از کوپلیمر کردن، و تهیه ساختارهایی با زنجیر نامنظم استفاده کرد. به طور کلی پلیمرهای مقاوم حرارتی به چهار دسته تقسیم می‌شوند. پلیمرهای تراکم ساده، مانند پلیمرهایی که از حلقه آروماتیک تشکیل شده‌اند و با اتصالات تراکمی به یکدیگر متصل هستند. پلیمرهای هتروسیکل، یعنی پلیمرهایی که از حلقه‌های آروماتیک تشکیل شده‌اند اما از طریق حلقه‌های هتروسیکل به هم وصل شده‌اند. کوپلیمرهای ترکیبی تراکمی هتروسیکل، یعنی پلیمرهایی که شامل ترکیبی از اتصال‌های تراکمی ساده و حلقه‌های هتروسیکل می‌باشند و پلیمرهای نردبانی که شامل دو رشته زنجیر هستند.

مواد خود ترمیم شونده موادی با قابلیت ترمیم در مقابل خراش و خمش می‌باشند که امروزه توجه زیادی را در علم مواد به خصوص در مواد پلیمری با این خاصیت به خود جلب کرده‌اند. با استفاده از این مواد هواپیماها می‌توانند ایمنی سفر خود را حتی در صورت آسیب دیدن حفظ کنند، پل‌ها می‌توانند در حین زلزله و بعد از زلزله پایدار بمانند، کشتی‌ها می‌توانند با وجود صدمه دیدن در دریاهای بزرگ شناور بمانند، تجهیزات نفتی و خط لوله‌ها می‌توانند در برابر آسیب های طبیعی مقاومت کنند. به علت نیاز به ارتقاء پایداری، ایمنی و زیبایی محصولات، بازارهای آینده بیشتر نیازمند این مواد خواهد بود. 

کاتالیزورهای پنهان 

..........

پیشرفت های تازه‌ای در زمینه مواد خود ترمیم شونده توسط تیم تحقیقاتی دانشگاه Eindhoven هلند انجام شده است. در این مواد کاتالیزور‌های پلیمریزاسیون همگن و پنهان بکار رفته است که با قرار گرفتن در معرض نیروهای مکانیکی مانند خمش، خراش، پارگی و یا افزایش تنش فعال می‌شوند. قبلاً نیز کاتالیست هایی ساخته شده بود که با انرژی حرارتی و نور و مواد ترمیم کننده فعال می‌شدند.

کاتالیست تولیدی این گروه تحقیقاتی شامل هسته‌ی فلزی (نقره یا روتنیوم) ترکیب شده با یک جفت لیگاند آلی است که به انتهای زنجیر پلیمر متصل می شود. در غیاب فلز نیز این دو لیگاند کار کاتالیزوری را انجام می‌دهند. ماده‌ی ساخته شده توسط گروه در محلول حل شد و در آزمایشی با اعمال نیروی مکانیکی بوسیله منبع پالس‌های فراصوت، پیوند بین کمپلکس فلز و یکی از لیگاندهای آلی متصل به زنجیر (ضعیف ترین نقطه در زنجیر) شکسته می شود. در نتیجه مرکز هسته‌ی فلزی آزاد و به عنوان کاتالیزور پلیمریزاسیون عمل می‌کند. تحت شرایط نرمال (نبود تنش مکانیکی) این کاتالیزور‌های پنهان، دست نخورده باقی می‌مانند. 

با جدا شدن یکی از لیگاندهای پلیمری، کاتالیست فعال شده و واکنش پلیمریزاسیون انجام می شود. 

به این ترتیب حضور این کاتالیزورهای پنهان در مواد و پوشش‌ها باعث ترمیم ماده تحت تنش های اعمال شده به ترک ها و خمیدگی‌ها می‌شود. هدف این گروه استفاده از این کاتالیزورها در ساختار ماده است تا ماده توانایی ترمیم تحت تنش های مکانیکی اضافی را پیدا کند. در کار آزمایشگاهی تنش های ایجاد شده توسط مایع فرا صوت، انتهای پلیمر متصل به یون فلزی را برای انجام پلیمریزاسیون در ماده می‌شکند. این نوع مهندسی مولکولی دو نوع واکنش متفاوت را ممکن می‌سازد: پلیمریزاسیون و واکنش های انتقال استریفیکاسیون.

در ضمن این گروه تحقیقاتی برای آزمایش تنها از روش فرا صوتی استفاده کرده است. فعال سازی فراصوتی در محلول های مایع، شامل چند کمبود و نقص از جمله عدم کنترل روی نیروهای مکانیکی و بازگشت ناپذیر بودن فعال سازی کاتالیزور می باشد. محققان انتظار داشتند وقتی پالس‌های فراصوتی قطع می‌شوند پلیمرهای لیگاند دار و فلز، پیوند تشکیل داده و کاتالیست دوباره تشکیل شود. به هر حال وقتی ترکیب در مواد شبکه ای با اتصال عرضی یا پوشش ها اتفاق می‌افتد، این محدودیت برای این کاتالیست های جدید کم می‌شود. اگرچه این کار امیدهای زیادی را نشان می‌دهد، این گروه قصد دارد در کار بعدی پایداری کاتالیست و توانایی آنرا برای فعالیت افزایش دهد. نتایج این تحقیقات در مجله Nature Chemistry منتشر شده است. 

شبیه سازی سیستم گردش خون 

ترک های پوشش به واسطه مواد ترمیمی موجود در شبکه زیرلایه، خود به خود ترمیم می شوند. مواد ترمیمی موجود در شبکه میکروکانال ها (قرمز رنگ) در اثر تماس با ذرات کاتالیست (بنفش) در ناحیه ترک تشکیل پلیمر می دهند. 

دانشمندان دانشگاهIllinois یک شبکه سه بعدی عروقی ساخته‌اند که بسیار شبیه سیستم لنفاوی (عروقی) بدن است که مکانیسم خود ترمیم شوندگی را بهبود می‌دهد. همانطور که در زخم پوست، خون جلوی آسیب را می‌گیرد، با ایجاد خراش در این مواد پلیمری جدید، عامل ترمیم کننده موجود در شبکه فعال می‌شود تا با کاتالیست برای پر کردن شکاف های سطح واکنش دهد.

این ماده به صورت دو لایه می باشد. زیرلایه (قسمت قرمز رنگ) حاوی مجموعه ای از میکروکانال ها، مانند یک سیستم عروقی، می باشد که یک مایع ترمیمی را حمل می کنند. پوشش پلیمری (لایه سطحی) حاوی ذرات کاتالیست (به رنگ بنفش) می باشد که در آن پخش شده است و در اثر تماس با مایع ترمیمی پلیمریزاسیون انجام می شود. تا زمانی که ترکی در سطح ایجاد نشده است، مواد ترمیمی در داخل میکروکانال ها در حالت مایع باقی می ماند. زمانی که ترک رشد می کند و به زیر لایه می رسد، مایع ترمیمی از داخل میکروکانال ها به بیرون تراوش نموده، در اثر تماس با کاتالیست پلیمر تشکیل شده و ترک پر می شود. نکته حائز اهمیت این است که ترک در یک نقطه تا هفت بار می تواند ترمیم شود. 

ترمیم تحت نور ماورا بنفش

مطالعات دیگری بر روی مواد خود ترمیم شونده توسط دانشمندان مواد دانشگاه می‌سی سی پی جنوبی منجر به تولید پوشش‌های بی نظیری شده است. به طور مثال یکی از این پلیمرها شامل سه ماده‌ی شیمیایی اصلی پلی یورتان، چیتوسان(CHI) و اکستان(OXE) است که ماده تحت تاثیر اشعه فرابنفش خورشید ترمیم می‌شود. چیتوسان CHI چقرمه بوده و بسیار حساس به نور ماورا بنفش است و پوشش خارجی خرچنگ ها و حشرات را تشکیل می‌دهد، ونیز اکستان OXE از چهار حلقه‌ی ناپایدار تشکیل شده است. وقتی تنش‌های اضافی منجر به ایجاد خراش بر روی پلی یورتان می‌شود، حلقه‌های OXE باز شده و تمایل زیادی را برای تشکیل پیوند نشان می‌دهند. به طور همزمان اشعه UV خورشید CHI را برای ایجاد پیوندهای جدید با حلقه‌‌های باز شده‌ی فعال OXE آماده می‌کند و به این ترتیب مکان آسیب دیده ترمیم شده و سطحی صاف بدست می‌آید. 

اتصالات عرضی غیر کوالانسی زنجیرهای پلی‌ایمید. گروه های انتهایی غنی از الکترون (قرمز) در پلی‌ایمید با زنجیر تاه خورده فاقد الکترون (آبی) جا می گیرد.

ترک هایی که با افزایش دما از بین می روند

یک پلیمر با باندهای ضعیف برگشت پذیر که قادر به ترمیم خود در گرماست توسط شیمیدان های انگلیسی و امریکایی ساخته شده است. این پروژه تلاشی برای طراحی پلیمرهایی با خاصیت جمع شدگی و برگشت پذیری است. این گروه یک ساختار پلیمری را طراحی کرد که با استفاده از برهم‌کنش‌های آروماتیک الکتریکی کنار هم قرار می‌گیرند و با حرارت دادن به دماهای معتدل به راحتی آسیب را برطرف می‌نمایند. در پلیمرهای خود ترمیم شونده قبلی اغلب به واکنش های قوی و مواد افزودنی برای راحت‌تر کردن پروسه‌ی ترمیم نیاز بود. در سیستم هایی که از دو پلیمر استفاده می‌شود، اغلب یکی بزرگتر از دیگری است. پلیمر بزرگتر به طور طبیعی تاه می‌خورد تا برهمکنش‌های جاذب با بخش های گیرنده کم الکترون قیچی مانند بیشینه شود. پلیمر کوچکتر خطی، با یک گروه آروماتیک انتهایی داخل تاهای پلیمر بزرگ قرار می‌گیرد. اجزاء آروماتیک کنار هم جمع شده و تشکیل سیستم هایی با باندهای ضعیف می‌دهند. اما اگر تعداد آنها کافی باشد در سراسر ماده پیوندهای قوی ایجاد می‌شود. 

در دمای اتاق این مخلوط پلیمر، تشکیل ماده ای منعطف با خاصیت ترمیم شوندگی می‌دهد. وقتی دما بالا می رود، پیوندهای نگه دارنده‌ی ساختار سست شده و به پلیمر اجازه جاری شدن به ناحیه‌ی آسیب دیده را می‌دهد. در یک آزمایش یک فیلم شکسته شده با فشار دادن ساده به دو انتها و حرارت دادن در C° ۸۰ می‌تواند ترمیم شود. بر اساس نتایج بدست آمده توسط این گروه، پلیمر کوچکتر مثل یک نرم کننده یا حلال برای پلیمر بزرگتر عمل می‌کند و به مخلوط اجازه می‌دهد تا مثل مایع جاری شود. وقتی مخلوط سرد می‌شود پیوندها دوباره تشکیل شده و ظاهر اصلی و استحکام ماده دوباره برمی‌گردد و فقط ممکن است اندکی تغییر در رنگ مشاهده شود . در دمای اتاق ماده به خاطر تجمع آروماتیکی رنگ قرمز خونی دارد. با گرم کردن ماده تا ۶۰-۶۵°C این رنگ از بین می‌رود و با سرد کردن ماده دوباره رنگ برمی‌گردد. در ضمن ماده ویسکوزیته‌ی پایینی را نشان می دهد.

عصری که ما در آن زندگی می‌کنیم عصر اطلاعات است؛ بنابراین تجهیزات الکترونیکی قابل حمل، وسیله رفاهی بسیاری از ماست؛ وسایلی که هم می‌توانیم با آن‌ها زندگی کنیم و هم می‌توانیم زندگی سختی را بدون استفاده از آن‌ها تجربه کنیم. بنابراین ما به نسلی مبدل گشته ایم که مقدار زیادی انرژی را در جیب هایشان حمل می‌کنند. این نعمت اثرات محیطی، مالی و خطرات شخصی دارد که با آن آمیخته گشته است. بنابراین فکر کردن در مورد آن بحث خوبی درباره گام بعدی تکنولوژی ذخیره انرژی، یعنی باتری‌های لیتیم-پلیمر است.....

باتری‌های یون-لیتیم سراسر حوزه صنعت وسایل الکترونیکی قابل حمل را در سال‌های اخیر اشغال کرده‌اند. این باتری‌ها در هر وسیله‌ای که انرژی لازم داشته باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرند و از سایر باتری ها، سبک تر، ارزان تر و کوچک ترند. آنها از آثار جانبی و طولانی مدتی که باتری‌های نیکلی را بدنام کرده بود مبرا هستند، نسبتاً فلزات سمی کمتری دارند و انصافاً بازیافت راحتی هم دارند.

اما در سال‌های اخیر تعدادی از سازندگان این باتری ها، مقدار بسیار زیادی ماده مولد انرژی را در باتری‌های یون–لیتیم فشرده کرده‌اند. باتری‌های یون-لیتیم حلال‌های آلی را برای معلق کردن یون‌های لیتیم به کار می‌برند؛ در مواقعی که ساختار باتری به خطر افتد حلال آتش می‌گیرد و از باتری تحت فشار، خارج می‌گردد که نتیجه اش یک آتش بازی خطرناک و تولید کننده گاز سمی است.

برای جلوگیری از خطر فشرده کردن انرژی بیشتر در پک‌های باتری‌های یون-لیتیم، سازندگان وسایل الکترونیکی قابل حمل به سمت استفاده از باتری‌های لیتیم-پلیمر تغییر گرایش داده‌اند. شما ممکن است به جای این کلمه، کلمات مختصر شده‌ای مانندli-po  (مثل نام شاعر چینی) یاli-poly  یا نام تفصیلی و کامل آن را به صورت باتری‌های یونی لیتیم-پلیمر ببینید، که همه این کلمات اشاره به یک چیز دارند.

مهم ترین مزیت این باتری‌ها که اخیراً بر روی آن بحث می‌گردد، بی میلی آن‌ها نسبت به انفجار، تحت فشار است؛ البته آنها هم مانند هر باتری دیگر به علت بیش از حد شارژ شدن منفجر می‌شوند؛ اما قبل از ترکیدن می‌توانند محکم بسته شوند، سوراخ شوند یا به وسیله یک ماشین از محل دور شوند.

این مزیت به خاطر وجود پلیمر در باتری‌های لیتیم-پلیمر است. به جای نگه داری یون‌ها در حلال‌های آلی، در این باتری ها، آنها را در شبکه‌ای از پلیمر‌های غیر قابل اشتعال نگه داری می‌کنند. اما این باتری‌ها مزیت هایی بیش از این دارند. باتری‌های لیتیم-پلیمر احتیاجی به پوشش فلزی برای جای دادن دو قطب باتری در کنار هم ندارند، بنابراین می‌توانند بیش از بیست درصد از باتری‌های یون-لیتیم سبک تر باشند. هم چنین الکترولیت باتری‌های یون-پلیمر انعطاف پذیرتر از باتری‌های جعبه‌ای یا سیلندری یون-لیتیمی است. بنابراین، این باتری‌ها می‌توانند به نازکی یک کارت اعتباری باشند.

البته معایبی هم دارند؛ چیزی که خیلی برای مصرف کننده‌ها اهمیت دارد این است که قیمت گرانتری دارند و ظرفیت خود را زودتر از باتری‌های یون-لیتیم از دست می‌دهند. ولی از دید ما این باتری‌ها ظرفیت بالقوه مناسبی دارند. بیشتر باتری‌های یون-پلیمری که امروزه در مغازه‌ها موجودند مقادیری از فلوئوروپلیمرها را در ساختار خود احتیاج دارند. این مواد گران قیمت هستند، ساخت آنها مشکل است، مقادیر زیادی انرژی و ماده شیمیایی مصرف می‌کنند و مشکلات زیادی دارند. برنامه جاری مناسبی هم برای بازیافت آنها وجود ندارد.

به عنوان یک پدیده پذیرفته شده می‌توانیم امیدوار باشیم که این تکنولوژی ارزانتر شود و روش کم خطر و موثری برای بازیافت این باتری‌ها به وجود آید. امیدواریم این پیشرفت‌های تکنولوژیک به سرعت اتفاق افتد. زیرا افزایش ایمنی، کاهش وزن و الکترود انعطاف پذیر، این باتری‌ها را بی شک برای استفاده در ماشین‌های الکتریکی مناسب خواهد کرد.

منابع:

www.cnet.co.uk