عنوان

مطالعات ترمودینامیکی سیستم های دو فازی آبی متشکل از مایعات یونی و برخی الکترولیت ها(فسفات ها، سیترات ها و...) گزینه ای بدیع در جهت ص‌استخراج مایع-مایع پاک

‭۱۴۰۴پ‬

per

مطالعات ترمودینامیکی سیستم های دو فازی آبی متشکل از مایعات یونی و برخی الکترولیت ها(فسفات ها، سیترات ها و...) گزینه ای بدیع در جهت ص‌استخراج مایع-مایع پاک

/شعله حمزه زاده دارم

تبریز،دانشگاه تبریز،دانشکده شیمی ،گروه شیمی فیزیک

‮‭۲۲۰‬ص.‬

:مصور،جدول،نمودار،عکس‮‭۳۰‬*‮‭۲۹‬س.م-+لوح فشرده

چاپی

واژه نامه به صورت زیر نویس

کتابنامه ص.: ‮‭۱۹۹-۲۲۰‬

دکتری

شیمی فیزیک

‮‭۱۳۸۹/۰۶/۲۵‬

تبریز،دانشگاه تبریز،دانشکده شیمی ،گروه شیمی فیزیک

با توجه به کاربردهای متنوع سیستم های دوفازی آبی، این کار پژوهشی به مطالعه رفتار ترمودینامیکی سیستم های دوفازی آبی متشکل از مایعات یونی آبدوست، به عنوان گزینه ای بدیع در راستای اهداف ص‌تکنولوژی پاک می پردازد .این سیستم ها از انحلال یک مایع یونی آبدوست و یک نمک ص‌سازنده ساختار در آب در بالاتر از یک غلظت معین تهیه می شوند .در این کار پژوهشی، دیاگرام فاز) منحنی باینودال و خطوط ارتباطی (سیستم های دوفازی آبی ‮‭[C۴mim]BrK۳PO۴‬ و ‮‭[C۴mim]BrK۲HPO۴‬در دمای ‮‭۲۹۸.۱۵K‬ = ‮‭T‬ و دیاگرام فاز سیستم های دوفازی آبی‮‭[C۴mim]BrK۳Cite‬ ، ‮‭[C۴mim]BrNa۳Cite‬ و ‮‭[C۴mim]ClK۳Cite‬ در سه دمای ‮‭(۲۷۸.۱۵, ۲۹۸.۱۵ and ۳۱۸.۱۵) K‬ = ‮‭T‬ بطور تجربی اندازه گیری شده است .اثر نوع نمک، نوع مایع یونی و دما بر روی دیاگرام فاز این سیستم ها مورد مطالعه قرار گرفته است .مطالعه اثر نوع نمک بر روی منحنی باینودال نشان می دهد که با افزایش میزان آبپوشی آنیون و کاتیون، ناحیه دوفازی وسیع تر می شود .همچنین، با افزایش میزان آبپوشی آنیون و یا کاتیون نمک فاز غنی از مایع یونی غلیظ تر و فاز نمکی رقیق تر می شود .دما بر روی منحنی باینودال و خطوط ارتباطی این سیستم ها تأثیر قابل ملاحظه ای نداشته، با افزایش دما ناحیه تک فازی بطورجزئی وسیع تر می شود .مطالعه اثر نوع مایع یونی نیز نشان می دهد که با کاهش میزان آبپوشی آنیون تشکیل دهنده مایع یونی ناحیه دوفازی منحنی باینودال وسیع تر، و در ارتباط با خطوط ارتباطی فاز غنی از مایع یونی غلیظ تر و فاز نمکی رقیق تر می شود .سیستم دو فازی آبی متشکل از یک مایع یونی آبدوست و یک نمک سیترات - که به آسانی زیست تخریب پذیر است - می تواند محیط پاکی را برای جداسازی ص‌سبز بیومولکول ها فرآهم آورد .مطالعات فوق نشان داده است که سیستم دوفازی متشکل از مایع یونی ‮‭[C۴mim]Br‬و نمک پتاسیم سیترات نسبت به دیگر سیستم های دوفازی آبی ص‌مایع یونی- نمک سیترات‌مورد مطالعه در این کار پژوهشی، ناحیه دوفازی وسیع تری را در دمای ‮‭۲۹۸.۱۵ K‬ = ‮‭T‬ داراست .از اینرو، علاوه بر بررسی تأثیر دما که در بالا به آن اشاره شد، تأثیر ‮‭pH‬ محیط آبی نیز بر روی قابلیت تشکیل دو فاز در این سیستم مورد ارزیابی قرار گرفته است .در این راستا، دیاگرام فاز سیستم دوفازی آبی ادامه چکیده ‮‭[C۴mim]BrPotassium citrate‬در چهار ‮‭pH‬ محیط آبی ‮‭pH = (۵.۰۰, ۶.۰۰, ۷.۰۰ and ۸.۰۰)‬ بطور تجربی اندازه گیری شده است .تأثیر ‮‭pH‬ محیط آبی بر روی دیاگرام فاز این سیستم ها مورد مطالعه قرار گرفته، معلوم شده است که با افزایش ‮‭pH‬ محیط آبی ناحیه دوفازی منحنی باینودال وسیع تر می شود .در ارتباط با تأثیر ‮‭pH‬ محیط آبی بر روی خطوط ارتباطی این سیستم نیز، نشان داده شده است که با افزایش ‮‭pH‬ محیط آبی فاز غنی از مایع یونی غلیظ تر و فاز نمکی رقیق تر می شود .لازم به ذکر است که از شاخص های ترمودینامیکی مانند ضریب ‮‭B‬ ویسکوزیته، و ضریب‮‭B' NMR‬ و یا انرژی آزاد گیبس آبپوشی،‮‭Ghyd‬ ، به عنوان مقیاسی برای میزان آبپوشی یون ها استفاده شده است.همچنین، اثر نوع نمک، نوع مایع یونی، دما و ‮‭pH‬ محیط آبی، بر روی توانایی تشکیل دوفاز در سیستم های حاوی نمک سیترات مورد مطالعه در این کار پژوهشی، بر اساس مقدار ص‌ضریب نمک زدایی که از برازش داده های خطوط ارتباطی این سیستم ها با معادله ص‌ستسچینو بدست می آید، مورد ارزیابی قرار گرفته است .این مطالعات نشان داده است که مقدار این ص‌ضریب نمک زدایی با افزایش میزان ص‌آبپوشی ترجیحی مایع یونی در این سیستم ها افزایش می یابد .شایان ذکر است که داده های منحنی باینودال سیستم های دوفازی آبی متشکل از مایع یونی ‮‭[C۴mim]Cl‬و نمک های‮‭K۳PO۴‬ ، ‮‭K۲HPO۴‬ و یا ‮‭K۲CO۳‬ نیز که جهت بررسی اثر نوع نمک مورد نیاز بوده است بطورتجربی در دمای ‮‭۲۹۸.۱۵ K‬ = ‮‭T‬ اندازه گیری شده است .در بخش تئوری، از معادله ریاضی مرچاک برای همبستگی داده های تجربی و همچنین پیش بینی منحنی های باینودال در سیستم های مورد مطالعه استفاده می شود .مدل های ترکیب موضعی ‮‭NRTL‬و ‮‭Wilson‬ اصلاح شده برای سیستم های سه تایی پلیمر-نمک-آب، برای سیستم های سه تایی مایع یونی-نمک- آب مورد مطالعه در این کار پژوهشی توسعه داده شده اند و از آنها برای مدل سازی داده های تجربی تعادل مایع-مایع سیستم های مذکور استفاده شده است.در بخش دیگر از این کار پژوهشی، در سیستم دوفازی آبی ‮‭[C۴mim]BrPotassium citrate‬ به عنوان یک سیستم ص‌پاک، رفتار توزیع بین دو فاز برخی اسیدهای آمینه شامل تریپتوفان‮‭(Trp)‬ ، فنیل آلانین‮‭(Phe)‬ ، تیروزین‮‭(Tyr)‬ ، لوسین‮‭(Leu)‬ ، و والین ‮‭(Val)‬ که دارای شاخص های ساختاری /فیزیکوشیمیایی متمایز می باشند، تحت شرایط توزیع مختلف) ترکیب سیستم و‮‭pH)‬، مورد ارزیابی قرار گرفته است .توزیع اسیدهای آمینه در بین دوفاز در حال تعادل در سه ‮‭pH‬ محیط آبی ‮‭pH = (۵.۰۰, ۶.۰۰, and ۷.۰۰)‬ مورد مطالعه قرار گرفته است .مطالعات این بخش از کار پژوهشی نشان می دهد که تحت شرایط توزیع) ترکیب سیستم و ‮‭pH)‬مورد مطالعه، اگرچه برهمکنش های الکترواستاتیک و اثرات ص‌نمک زدایی در سیستم، در انتقال اسیدهای آمینه) بویژه اسیدهای آمینه آروماتیک حجیم (به یک فاز معین مهم می باشند ولی، برهمکنش های آبگریزی مهمترین فاکتور تعیین کننده توزیع اسیدهای آمینه در بین دوفاز در حال تعادل می باشند .همچنین، از آنجایی که کاربرد موفق یک سیستم دوفازی آبی در فرآیندهای استخراج بوضوح منوط به پیش بینی رفتار توزیع بین دو فاز مولکول هدف در آن می باشد از این رو، با تجزیه و تحلیل آماری فاکتورهای تعیین کننده توزیع اسیدهای آمینه در سیستم دوفازی آبی مایع یونی-نمک مورد مطالعه، یک مدل ریاضی جهت همبستگی ضرایب توزیع سه اسید آمینه مدل‮‭Trp‬ ،‮‭Phe‬ ، و ‮‭Val‬ ارائه شده و برای پیش بینی ضرایب‌توزیع دو اسید آمینه مدل دیگر، یعنی ‮‭Tyr‬و ‮‭Leu‬ مورد استفاده قرار گرفته است.

Aqueous two-phase systems (ATPS's) have a wide variety of applications. In this respect, this work is devoted to thermodynamic study of ATPS's containing hydrophilic ionic liquids (ILs), as a novel choice, to emphasize "green technologies". These type of ATPS's usually form when an aqueous solution exceeds specific threshold concentrations of two water-soluble, but mutually incompatible (i.e., an hydrophilic IL vs a kosmotropic salt), components. In this work, phase diagrams (i.e., binodal curves and tie-lines) of [C4mim]Br-K3PO4 and [C4mim]Br-K2HPO4 ATPS's were determined experimentally at T = 298.15 K. The phase diagrams of [C4mim]Br-K3Cite, [C4mim]Br-Na3Cite and [C4mim]Cl-K3Cite ATPS's were also determined at T = (278.15, 298.15, and 318.15) K. The effect of the type of salt, type of IL, and temperature on the phase diagrams of the investigated ATPS's have been evaluated. It was found that, the strongly hydrated salt constituent ions caused the expansion of two-phase area. It was also observed that the slopes of tie-lines increase with increasing charge on the salt constituent anion, the IL concentration at the top IL-rich phase increases, while the salt rich phase will be somewhate more diluted. This is because the anions with a higher charge value hydrate more water than the lower charged anions, thus decreasing the amount of water available to hydrate IL. Also, it was revealed that, temperature has no significant effect on the phase diagrams; the one-phase area is slightly expanded with an increas in temperature. With regard to the effect of the type of IL on the phase diagrams of IL-based ATPS's, it was found that the weakly hydrated IL constituent anion caused the expansion of two-phase area, and with regard to tie-lines, the slope and the length of the tie-lines increases, the IL concentration at the IL-rich phase increases, while the salt-rich phase will be somewhat more diluted (i.e., the required salt will be decreased).ATPS composed of the hydrophilic IL, ([C4mim]Br) and potassium citrate-which is easily degraded-represents a clean media in order to green separation of bio-molecules. The studies that were already mentioned above, reveals that ATPS composed of the hydrophilic ([C4mim]Br) IL and potassium citrate has an extended two-phase area at T = 298.15 K, as compared with other IL-Citrate ATPS's investigated in this work. Hence, the effect of the aqueous medium pH on the two-phase equilibrium behaviour of the aqueous [C4mim]Br + potassium citrate system has also evaluated here in order to obtain further information about the salting-out effect produced by the addition of a kosmotropic salt Abstract continuedto an aqueous solution of a hydrophilic ionic liquid (IL). For this purpose the phase diagrams of the [C4mim]Br + potassium citrate ATPS were determined experimentally at different pH values. Four medium pH values (5.00, 6.00, 7.00 and 8.00) were assayed at T = 298.15 K. The effect of pH on the ATPS-promoting capability of citrate anions in the aqueous [C4mim]Br solutions was explained based on the structural hydration Gibbs free energy of the citrate anions at different pH. It was found that the two-phase area for the binodal curves is expanded with an increase in the aqueous medium pH. With regard to the effect of the aqueous medium pH, it was also observed that the slope and the length of the tie-lines increase as the aqueous medium pH is increased (i.e., the IL concentration at the IL-rich phase increases, while the salt-rich phase will be somewhat more diluted). It is noticeable that the intensity of the phase-forming capability in the investigated IL-based ATPS's was also examined on the basis of the ionic viscosityB-coefficients of the Jones-Dole equation, the ionic NMR B'-coefficients and the structural hydration Gibbs free energy of the salt or IL constituent ions. Furthermore, the effect of temperature, type of salt, type of IL, and aqueous medium pH on the phase-forming ability in the investigated systems was also evaluated based on a salting-out coefficient obtained from fitting the tie-line data to a Setschenow-type equation. The values of the salting-out coefficients may reflect the extent of the preferential hydration of the IL.The binodal data for the ATBS's composed of hydrophilic [C4mim]Cl IL and the kosmotropic salts, K3PO4, K2HPO4, and K2CO3 that were necessary for the study of the effect of salt on the phase-forming capability, were also determined experimentally at T = 298.15 K in this work.The Merchuk equation with three dependent-temperature or pH adjustable parameters was used for reproducing and predicting the binodal curves. The local composition modified NRTL or Wilson models for ternary polymer-salt-water solutions, have been extended to represent the excess Gibbs energy of the investigated IL-salt ATPS's and used to correlate the phase behavior of the studied IL-based ATPS's.Finally, to gain an insight into the driving forces of amino acid partitioning in the studied IL-based ATPS's, the distribution of five model amino acids, L-tryptophan (Trp), L-phenylalanine (Phe), L-tyrosine (Tyr), L-leucine (Leu) and L-valine (Val), at different aqueous medium pH values(5.00, 6.00 and 7.00) and different phase compositions was investigated in the [C4mim]Br-Potassium citrateATPS as a clean media for separation. Experimental measurements have been carried out at T = 298.15 K. The choice of these amino acids was due to their difference in their structural/physicochemical characteristics. The studies indicated that at the investigated partitioning circumstances (i.e., aqueous medium pH and phase compositions), hydrophobic interactions were the main driving force, although electrostatic interactions and salting-out effects were also important for the transfer of the amino acids. Moreover, based on the statistical analysis of the driving forces of amino acid partitioning in the studied IL-based ATPS, a model was established to describe the partition coefficient of three model amino acids, Trp, Phe and Val, and employed to predict the partition coefficient of two other model amino acids, Tyr and Leu, as the successful future application of an ATPS in downstream processing is clearly influenced by the ability to understand or even predict the partitioning of a target molecule between the phases.

Liquid-liquid equilibrium

Ionic liquids

Salts

Partitioning

Modelling

حمزه زاده دارم، شعله

زعفرانی معطر،محمدتقی، استادراهنما

اشعثی سرخابی،حبیب، استادمشاور

تقی زاده،محمد تقی، استادمشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی