مدلسازی مهاجرت یونهای حاصل از نانوذرات نقره و نانو تیتانیوم دیاکسید از نانوکامپوزیتهای بر پایپلیاستایرن به داخل سیمولانتهای غذایی
/جابر سلیمانی
: کشاورزی
، ۱۳۹۶
، افشاری
چاپی
دکتری
علوم و صنایع غذایی - مهندسی صنایع غذایی
۱۳۹۶/۰۸/۰۳
تبریز
جهت بررسی ریختشناسی، خواص مکانیکی، ترموفیزیکی و نحوهی مهاجرت یونهای حاصل از نانوذرات تیتانیوم و نقره، این دو ماده با نسبت های وزنی / وزنی ۵/۰ و ۱ با گرانولهای پلیاستایرن برای ایجاد نانوکامپوزیت با هم ترکیب و مخلوط شدند .در نانوکامپوزیتها، نسبت نانوتیتانیوم به نانونقره ۷ به ۳ انتخاب شد .بررسی تصاویر حاصل از میکروسکوپ پویش الکترونی (SEM) نشان داد که هر دو نانوذره در نانوکامپوزیتها وجود داشتند و پخش نانوذرات در پلیمر نسبتا خوب بود، علیرغم اینکه در برخی نقاط تودههای حداکثر تا nm ۵۵ دیده شد .اسپکتروم طیفنگاری پاشندگی انرژی اشعهی (EDS) x نشان داد که نانوکامپوزیت بدون ناخالصی بوده و در ساختار آن، سه عنصر کربن، تیتانیوم و نقره وجود داشت و مقدار نانو تیتانیوم تقریبا ۱۰ برابر نقره بود .افزودن نانوذرات مدول یانگ و تنش در نقطة شکست را به مقدار خیلی کم کاهش داد ولی از نقطه نظر کرنش تا نقطة شکست تفاوت معنیداری نشان نداد، که احتمالا به دلیل ناکافی بودن مقادیر نانوذرات افزوده شده جهت ایجاد تغییرات در پلیاستایرن خالص بود .در بررسی ویژگیهای حرارتی نمونهها از نقطه نظر دمای شیشهای و پایداری حرارتی پلیاستایرن و نانوکامپوزیت ها تفاوت چندانی با یکدیگر نشان ندادند .ارزیابی مهاجرت با استفاده از سیمولانتهای غذایی ۳ استیکاسید ، ۱۰ اتانل و ۹۵ اتانل در زمانهای مختلف۲ ،۴ ،۶ ، ۸ و ۱۰ روز در دمای ۴۰ Cبر روی نانوکامپوزیت ۱ انجام گرفت .نتایج نشان داد که در هردو نانوذره، میزان مهاجرت در سیمولانت ۳ استیکاسید بیشتر از سایر سیمولانتها بود و کمترین میزان مهاجرت در ۹۵ اتانل دیده شد .همچنین، نانوذره تیتانیوم مهاجرت بیشتری از نانونقره در همة سیمولانتها نشان داد .ضرایب انتشار نانوذرات توسط شبیهسازی معکوس فرآیند مهاجرت با استفاده از روش المان محدود بهوسیلهی نرم افزار Comsol Multyphysics تخمین زده شد .برای این کار از دادههای تجربی به دست آمده از آزمایشها استفاده گردید .نتایج به دست آمده از محاسبات عددی بیانگر تطابق خوب بین دادههای تجربی و دادههای حاصل از شبیهسازی بود .نتایج محاسبات عددی نشان داد که بالاترین میزان ضریب انتشار برای نانو تیتانیوم در سیمولانت ۳ استیکاسیدE۸/۲ -۱ ۱۰- m۲ sتاE۱/۴ -۱ ۹- m۲ sبه ترتیب از روز دوم تا روز دهم به دست آمد .همچنین، کمترین مقادیر ضریب انتشار برای نانونقره در سیمولانت ۹۵ اتانل،E۶/۴ -۱ ۱۳- m۲ sتاE۱/۸ -۱ ۱۲- m۲ sحاصل شد .نتایج پخش غلظت نشان داد که هر دو نانو ذره در سیمولانت ۳ استیکاسید پخش یکنواخت داشته، اما نانوذرهی تیتانیوم دارای نرخ رهایش بیشتر و پخش یکنواختتری بود .همچنین، تا روز دوم غلظت نانوذرات در سطح بین دو فاز جامد- مایع بیشتر از روزهای بعد بود، اما با گذشت زمان تا دهمین روز، به دلیل افزایش ضریب انتشار با زمان، غلظت نانوذرات در همهی جهات و حتی نقاط دورتر از سطح بین دو فاز افزایش یافته و عمق نفوذ بیشتری نشان داد .نتایج به دست آمده از رابطهی ضریب انتشار با غلظت نانوذرات در سیمولانت نشان داد که ضریب انتشار علاوه بر زمان با غلظت هم رابطهی مستقیم دارد