تولید بیودیزل از طریق بازیافت روغن سرخ کردنی

پردازنده بیوبات ۲۰ روغن مصرف شده برای سرخ کردن را به بیودیزل تبدیل می کند

یک جنبه مشکل از سبک زندگی سبزتر مستلزم دسترسی به ضایعات روغن های پختنی است. بیشتر مردم این چربی ها را در فاضلاب می ریزند جایی که می تواند برای سال ها بماند و حتی لوله ها را مسدود کند یا اینکه در محیطی ریخته شود که باعث جذب آفات مختلفی می شود آفاتی که به دنبال غذای رایگان هستند. بازیافت به روشنی گزینه بهتری است و این منجر به وسیله ای به نام پردازنده دیزل BioBot 20 شد که رآکتور نسبتا شیمیایی ساده برای تبدیل روغن آشپزخانه به سوخت بیودیزل در خانه است که توسط شرکت بریتانیایی بیوبات معرفی شده است.

چگونه بیودیزل ساخته می شود؟

بیودیزل به طور گسترده ای برای گروهی از اهداف استفاده می شود که موتورهای دیزلی با کارآیی بالا در حمل و نقل جهانی، صنعت و نیازمندی های تولید انرژی است. سوخت دیزل غلیظ تر از گازوییل است و ۱۱ درصد میزان انرژی بیشتر در هر لیتر تولید می کند. تقریبا یک تریلیون لیتر سوخت دیزل هر سال در جهان استفاده می شود که حدود ۱۰ درصد انتشار CO₂ ناشی از فعالیت های بشری درجهان است.
سوخت های بیودیزل جایگزینی سبزتر برای استفاده از سوخت های مواد نفتی محورند. به طریق دیگر به عنوان اسید چرب متیل استر (FAME) شناخته شده اند. بیودیزل از ضایعات روغن های گیاهی حاصل می شود و در استفاده نزدیک به کربن خنثی است. در جهان حدود ۲۰ میلیارد لیتر بیودیزل سالیانه ساخته می شوند که پتانسیل افزایش ۵ برابری را دارد بدون اینکه از میزان تولید روغن خوراکی کم شود. در مقایسه با دیزل تولید شده از نفت، بیودیزل توانایی روغن کاری بهتر، درجه ستان بالاتر دارد و در اساس هم سولفوری ندارد و همین دلایل است که آن را سوخت جایگزین مطلوبی می کند.

استریفیکاسیون A (متیل الکل) و B (روغن گیاهی) را به C(گلیسرین) و D(بیودیزل) تبدیل می کند.



فرآیند ساختن بیودیزل استریفیکاسیون نامیده می شود. روغن گیاهی عمدتا از تری گلیسرید ها ساخته می شوند که دارای سه پیوند اسید چرب استری است که یک واحد مولکول منفرد است. در فرآیند استریفیکاسیون تری گلیسریدها با مخلوطی از متیل الکل و هیدروکسید سدیم واکنش نشان می دهند چون استرهای اسید چرب از مولکول گلیسرین شکسته می شوند و گروه متیلی از الکل متیل پوشش دار هستند. همچنین هیدروکسید پتاسیم می تواند استفاده شوند که بسیاری از تولیدکنندگان بیودیزل آن را ترجیح می دهند.

پردازنده دیزل تیبل تاپ بیوبات ۲۰

احتمالا این ابزار آموزشی است که به عنوان روشی عملی برای تولید بیودیزل می باشد. این پردازنده دیزل بیوبات ۲۰ است که ظرفیت ۲۰ لیتری برای هر دسته را دارد. موقعی که اتاق واکنش را با روغن گیاهی استفاده شده پر می کنید روغن را به دمای تعیین شده می رساند در حالی که روغن با میکسری تکان می دهید. هنگامی که روغن به دمای مورد نظر رسید میزان کوچکی از آن آزمایش می شود تا میزان اسیدهای چرب آزاد آن تعیین شود. میزان کاتالیزور هیدروکسید سدیم مورد نیاز برای فرآیند دسته تعیین می شود.

میزان دلخواهی کاتالیزور به چهار لیتر خالص، متانول خشک افزوده می شود و این ترکیب هم زده می شود تا زمانی که کاتالیزور در متانول حل شود و متوکسید سدیم را ایجاد کند. متوکسید سدیم در مخزن ویژه ای ذخیره می شود که آن را در اتاقک واکنشی پمپ می کنند چون نیاز نیست تا بیشتر از حد لزوم به کار رود (بسیار خورنده است).

پمپ کردن در حالی که روغن داغ است رخ می دهد و تکان داده می شود. این واکنش به طور آهسته ای پیش می رود که اغلب ۱۲ تا ۲۴ ساعت زمان می برد تا پایان یابد و در آن نقطه گلیسرین در پایین اتاقک واکنش تجمع می یابد که با استفاده از شیر در پایین اتاقک واکنش تخلیه می شود. پس مانده بیودیزل است.
بیودیزل خام باید قبل از استفاده از صابون ها، متانول مازاد، باقیمانده هیدروکسید سدیم، گلیسرین آزاد و دیگر آلوده کننده ها شسته شود. این عمل با شستن با آب انجام می شود. در بیوبات ۲۰، آب به مه پاش در بالای اتاقک واکنش پمپ می شود. تکان در طی شستن توصیه نمی شود، آب در بیودیزل حل نمی شود اما چون درطی آن عبور می کند آلاینده ها را بیرون خواهد کشد. فرآیند شستشوی آب تا زمانی که بیودیزل پاک شود تکرار می شود که در نقطه ای در زمان برای حذف رد بقایای آب حرارت می بیند.
آیا ارزش دارد؟ بستگی به این دارد که چگونه شما زمان را بسنجید اما اگر روغن گیاهی ناشی از ضایعات پخت و پز باشد حداقل این است که رایگان می باشد. چهار لیتر هزینه متانول حدود ۳٫۵ دلار آمریکایی است در حالی که هیدروکسید سدیم ممکن است ۰٫۵ دلار آمریکایی شود. اگر عملکرد بیودیزل ۱۵ لیتر است مطابق با کمتر از ۰٫۲۵ یورو لیتری یا یک دلار هر گالن است. هزینه کمی برای تولید آن صرف ذمی شود دارند و بیودیزل خانه ساز می تواند فعالیتی سودآور باشد. بیوبات ۲۰ در حدود ۴۱۵ یورو یا ۶۵۵ دلار آمریکایی فروخته می شود.

sanat.me

بهینه سازی میکروارگانیسمها در تصفیه بیولوژیکی فاظلابهای صنعتی

نگاه کلی

فاضلاب پالایشگاه نفت دارای مقدار زیادی روغن و چربی به صورت ذرات معلق ، هیدروکربنهای سبک و سنگین ، فنل و مواد آ لی حل شده دیگر است که اگر بدون تصفیه به محیط تخلیه شود، خطر آ لودگی محیط زیست را در پی خواهد داشت. برای تصفیه این فاضلابها ابتدا از یک بخش جدا کننده روغن و چربی و به دنبال آن یک فرایند تصفیه بیولوژیکی برای حذف کامل مواد آ لی باقیمانده استفاده می‌کنند که شامل دو بخش زیر است.

مخزن هوا دهی

در این مخزن ، فاضلاب ورودی با هوا و توده‌ای از میکرو ارگانیسم‌های هوازی برای مدتی که می‌تواند از 4 تا بش از 24 ساعت متغییر باشد، در تماس قرار می‌گیرند. عمل هوا دهی برای تامین اکسیژن کافی مورد نیاز فعالیت توده میکروبی (لجن فعال) توسط همزن دائم انجام می‌گیرد.

مخزن ته نشینی

مخزن ته نشینی مایع و ذرات جامد لجن فعال را از هم جدا می‌کند.

عوامل بازدارنده

اصولا هر عاملی که حالت سمی برای میکرو ارگانیسم‌ها داشته باشد یا به هر دلیلی عملکرد آنها را دچار توقف نماید، عامل بازدارنده نام دارد. مسمومیت باکتریها ممکن است به دلیل یکی از عوامل زیر باشد.

• وجود مواد آ لی نظیر فنل ، فورفورال ، هیدروکربنها ، H2S و مواد آروماتیک.
• حضور ترکیبات فلزات سنگین مثل Cr+3 ، Ni+2 و یا pb+2
• غلظت خیلی زیاد مواد معدنی محلول.

بعضی از این مواد خاصیت تسریع کنندگی روی عملکرد لجن فعال داشته و بازدهی آن را بالا می‌برند. در نتیجه سرعت تصفیه فاضلاب افزایش یافته و زمان ماندن فاضلاب در حوضچه هوادهی کاهش می‌یابد.

مواد و روشها

ابتدا برای مطالعه اثر عامل بازدارنده فنل آزمایشها به ترتیب زیر صورت گرفت.
در شش ارلن هر کدام 100 میلی لیتر از لجن فعال گرفته شده از تصفیه خانه پالایشگاه و 150 میلی لیتر فاضلاب ورودی به سیستم بیولوژیکی همان تصفیه خانه ریخته ،به ارلنها به ترتیب 200 , 100 , 50 , 20 , 10 , 0 پی‌پی‌ام (ppm) فنل اضافه می‌کنند و عمل هوا دهی توسط همزدن در شیکر با 270 دور در دقیقه به مدت 6.5 ساعت انجام می‌شود و دمای آزمایشگاه در حدود 18-20 درجه سانتیگراد است. سپس فاضلاب به مدت 19 ساعت در حالت سکون باقی می‌ماند و پس از ته نشینی میزان
CoD فاضلاب همراه با غلظت مشخص فنل ، قبل و بعد از تصفیه اندازه گیری و با هم مقایسه می‌گردد.

در قسمت دوم اثر گلیسیرین به عنوان یک ماده تسریع کننده مورد آزمایش قرار می‌گیرد. در شش ارلن 100 میلی لیتری از لجن فعال و 150 میلی لیتر از فاضلاب ورودی به سیستم هوازی بیولوژیکی ریخته شده و به هر ارلن مقدار مشخص بین 0 الی 400PPM گلیسیرین اضافه می‌گردد و عمل هوادهی توسط شکیر درمدت زمان 48 ساعت در دمای 18-20C0 انجام می‌گیرد. پس عمل ته نشینی به مدت 2 ساعت صورت می‌گیرد و مقادیر CoD بعد از تصفیه و کدورتها اندازه گیری می‌شود. CoD فاضلاب اولیه همراه مقادیر متفاوت گلیسیرین نیز قبلا اندازه گیری می‌شود. بنابراین اعداد بدست آمده در مورد CoD قبل از تصفیه با CoD بعد از تصفیه مربوط به غلظت مشخص گلیسیرین باهم مورد ارزیابی قرار می‌گیرند.

در سری سوم آزمایشها ، اثر یک عامل تسریع کننده یعنی مالتوز روی عملکرد سیستم لجن فعال ارزیابی می‌گردد. آزمایش مطابق روش انجام شده برای گلیسیرین و فنل انجام می‌گردد. غلظتهای متفاوت از مالتوز بین 0 الی 400 PPM بکار می‌رود. شرایطی شامل دمای 18-20 درجه سانتیگراد و زمان هوادهی 48 ساعت و دور شیکر 225 دور و زمان ته نشینی دو ساعت در انتها مقادیر CoD و کدورت بعد از تصفیه اندازه گیری شده با مقادیر CoD فاضلاب اولیه همراه با غلظت مشخص مالتوز مقایسه می‌گردد.

نتایج و بحث

{picture=table> تاثیر فنل بر حذف CoD شکل 1 نشانگر تغییرات CoD فاضلاب قبل (منحنی بالایی) و بعد از انجام عمل تصفیه (منحنی پایین) در مقابل غلظت فنل می‌باشد و چنانکه در شکل دیده می‌شود با افزایش غلظت فنل 0 الی 100PPM مقدار حذف CoD افزایش می‌یابد. این افزایش از 40% به 59% است. ولی از این غلظت به بعد میزان حذف CoD کاهش می‌یابد. بطوریکه در 200PPM به 46% می‌رسد. این مطلب نشان می‌دهد که با افزایش غلظت فنل تا 100PPM یا به عبارتی افزایش CoD اولیه ، درصد حذف توسط میکرو ارگانیسم‌ها بالا می‌رود. ما در غلظتهای بالاتر به دلیل تاثیر سمیت فنل روی فعالیت توده میکروبی درصد حذف CoD کاهش می‌یابد. این نتایج نشانگر این است که فاضلابهای آلوده به فنل تا غلظت 100PPM در زمانهای کوتاه ، مانده تغییر زیادی روی روند تصفیه بیولوژیکی ایجاد نمی‌کنند. ولی از این غلظت بیشتر درصد حذف CoD کم می‌شود. {picture=table> میزان کدورت بر حسب غلظت فنل شکل 2 میزان تغییرات کدورت فاضلاب تصفیه شده نسبت به غلظت فنل فاضلاب اولیه را نشان می‌دهد که می‌بینیم با افزایش غلظت فنل از 20PPM کدورت فاضلاب تصفیه شده به شدت افزایش می‌یابد. علت این امر این است که افزایش غلظت فنل باعث جلوگیری از عمل انعقاد و لخته سازی ذرات معلق و میکرو ارگانیسم‌ها شده است و ذرات معلق همراه با فاضلاب تصفیه شده خارج می‌شوند و کدورت را افزایش می‌دهند. اثر افزایش کدورت از غلظت 50PPM به بالا تقریبا ثابت می‌ماند. {picture=table> تاثیر گلیسیرین بر حذف CoD شکل 3 CoD فاضلاب اولیه همراه مقادیر متفاوت گلیسیرین نسبت به غلظت گلیسیرین را نشان می‌دهد که دیده می‌شود. با افزایش غلظت 100 الی 200PPM گلیسیرین CoD فاضلاب تصفیه شده حدود 12% افزایش می‌یابد. اما درصد حذف CoD نیز به شدت افزایش می‌یابد. بطوری که درصد حذف CoD از 57% در غلظت صفر به 79% در غلظت 200PPM می‌رسد که نشانگر افزایش زمان حذف CoD با افزایش مقدار بار آ لودگی است.< {picture=table> میزان کدورت بر حسب غلظت گلیسییرین شکل 4 کدورت فاضلاب تهیه شده نسبت به غلظت گلیسیرین رسم شده است، که مشاهده می‌شود. کدورت فاضلاب خروجی از غلظت 0 الی 400PPM گلیسیرین ، پیوسته درحال کاهش است. بطوری که در غلظت 200ppM به حدود 0.23NTU می‌رسد که در مقایسه به غلظت صفر که دارای 0.75NTU می‌باشد، حدود 50% کاهش نشان می‌دهد. جالب آنکه در همین زمان کدورت آب لوله کشی (آب چاه) 0.6NTU و کدورت آب مقطر 0.2NTU بدست آمده که نشان می‌دهد که کدورت آب فاضلاب تصفیه شده ، کمتر از ذرات معلق آب چاه می‌باشد. بنابراین اضافه کردن گلیسیرین به فاضلاب باعث حذف مواد جامد معلق گردیده است. {picture=table> تاثیر مالتوز بر حذف CoD شکل 5 نشانگر تغییرات CoD فاضلاب اولیه و مالتوز اضافه شده به آن و CoD فاضلاب تصفیه شده نسبت به غلظت مالتوز می‌باشد که نشان می‌دهد با افزایش غلظت مالتوز درصد حذف CoD تا غلظت 200PPM پیوسته افزایش می‌یابد. با وجودی که به دلیل افزوده شدن مالتوز به فاضلاب اولیه CoD فاضلاب بالا می‌رود. لیکن CoD فاضلاب تصفیه شده تا غلظت 200PPM یک مقدار ثابت است و درصد حذف CoD از 48.7% به 74% در 200PPM افزایش می‌یابد. میزان کدورت بر حسب غلظت مالتوز شکل 6 مقادیر کدورت فاضلاب تصفیه شده خروجی از سیستم نسبت به غلظت مالتوز را نشان می‌دهد که دیده می‌شود بیشترین کاهش کدورت در غلظت 20PPM اتفاق می‌افتد. اما بطور کلی تا غلظت 200PPM کدورت نسبت به مقدار کدورت در غلظت عنصر ، کاهش چشمگیری دارد. بنابراین می‌توان با توجه به درصد حذف CoD در غلظت‌های متفاوت حدود 0الی 400ppM و بویژه 20PPM را غلظت بهینه برای اضافه کردن مالتوز به فاضلاب اولیه دانست.

نفت و قیر در ایران قدیم

تاریخچه استخراج نفت
در میان تمدنهای بین النهرین ، استخراج و استفاده تجارت نفت و قیر رواج داشت، چندان که برخی لوحه‌های سنگی که به خط میخی نگاشته شده است، جزئیات این تجارت و از جمله قیمتهای رسمی آن را گزارش می‌دهد. یکی از این لوحه‌های سنگی به روزگار حمورابی (پادشاه بابل) ، در حدود 3800 سال پیش بر می‌گردد.
موارد استفاده از قیر در دنیای قدیم
باستان شناسان در ویرانه های شهرهای قدیم بین النهرین از قبیل اور و بابل کشف کرده‌اند که قیر به عنوان ملاط در بنای دیوارهای آجری بکار می‌رفته است. همچنین مردم بابل برای مراسم دینی خود جاده‌های آسفالته (متشکل از لایه‌های شن و آجر قیراندود) احداث کرده بودند. به نظر می‌رسد که ایرانیان چندان استفاده از قیر نمی‌کردند، زیرا از آثار معماری باستانی ایران چنین قرائنی بدست نیامده است.
استفاده دیگر قیر این بود که قایقها و ظروف آب را با قیر می‌اندودند، تا منافذ عبور آب را ببندد. در کتاب تورات (سفرتکوین) ، صریحا ذکر شده است که خداوند به حضرت نوح علیه‌السلام دستور داد تا پیش از آمدن طوفان و بلای آسمانی ، کشتی بزرگی بسازد و دیواره‌های درونی و بیرونی آن را قیراندود کند. در داستان دیگر تورات و قرآن می‌خوانیم که مادر حضرت موسی علیه‌السلام طفل خود را در سبد گذاشت و به آب رودخانه نیل انداخت تا از دست جلادان حاکم در امان باشد. احتمالا این سبد قیراندود شده بود، چنانکه رسم آن زمان بود.
ایرانیان گاهی ظروف چرمی را قیراندود می‌کردند. پادشاهان ایران باستان از نفت و قیر به عنوان وسیله جنگی استفاده میکردند. آورده اند که وقتی کوروش در سال 539 قبل از میلاد ، در تدارک حمله به بابل بود، او را از خطرات جنگ خیابانی (به اصطلاح ما) آگاه کردند و کورش پاسخ داد: "ما همچنین مقدار زیادی قیر و طناب داریم که شهر سریع طعمه آتش شود."
"هرودوت" ، مورخ یونانی ، خبر داده است که وقتی سربازان خشاریاشا شهر آتنن را در سال 450 قبل از میلاد مسیح محاصره کردند، تیرهای آتشین (آغشته به نفت) پرتاب می‌کردند. بنا به گزارش "آمیانوس مارسلینوس" ، مورخ رومی ، سربازان پاپور دوم ساسانی همین وسیله را در جنگ با رومیان بکار می بردند. یک مورخ رومی دیگر به نام "هروکوهویس" خبر داده است که جنگاوران ایرانی کوزه های بسیاری را از قیر و گوگرد پر می‌کردند و آتش می‌زدند و به سوی سربازان رومی پرتاب می‌کردند.

استفاده از نفت در جنگهای باستانی
"پلوتارک" ، مورخ یونانی ، می‌نویسد که مردم بابل ، چشمه نفتی و شعله‌های نفت را به اسکندر مقدونی نشان دادند. در آن روزگار ، بابل جزو امپراتوری ایران بود. هنگام عصر ، بابلیان نفت را بر مسیری منتهی به چادر اسکندر روی زمین ریختند و شب هنگام آن را آتش زدند. خیابان شعله پیوسته ای از آتش بود و حتی چادر اسکندر سوخت و این برای اسکندر و سربازان یونانی بسیار تماشایی بود.
فردوسی در شاهنامه آورده است که وقتی اسکندر مقدونی پس از تصرف ایران به هندوستان حمله کرد، برای مقابله با فیلهای نیرومند آن دیار دستور داد که تعداد زیادی اسب و وار آهنین بسازند و آن را با نفت پر کنند. در هنگامه جنگ ، آنها را روی چرخ فرستادند. فیلها که از آتش ترسیده بودند، پا به فرار گذاشتند.
تیمورلنگ و نادرشاه افشار نیز تظیر همین فن را در لشکرکشی به هندوستان بکار بردند. "جان هان وی" جهانگرد انگلیسی که در زمان نادر شاه در ایرن بود، در سفرنامه‌اش (1753 میلادی) جنگ نادر با محمد شاه (امپراتور مغول هند) را به تفصیل نوشته است. از جمله ، در این سفرنامه می‌خوانیم که نادر شاه دستور داد تعدادی سکو بسازد و به شترها وصل کنند. روی این سکوئها نفت ریختند و مخلوطی از مواد آتش‌زا نهادند. فرمان داد که آنها را آتش بزنند. همه می‌دانند که این حیوانات عظیم _فیلها چقدر از آتش می‌ترسند. لذا به عوض آنکه ارتش ایران را پایمال کنند، با نزدیک شدن شترها ، روبرگرداندند و بسیاری از صفوف ارتش هند را بر هم زدند و گیج ساختند.

به میدان آمدن روغن
در سده هفتم میلادی، اولیوم انیسن دیاروم ( روغن آتش‌افروزنه در لاتین ) بُعد تازه ای به استفاده نظامی نفت بخشید. این ماده به آتشپاره یونانی مشهور است، زیرا آن را یونانیان بیزانسی (امپراتوری روم شرقی) بکار می‌بردند. اختراع این سلاح را به شخصی به نام "کالینیکوس" اهل هلیوپولیس (شهر بعلبک امروزی در شمال شرقی لبنان) نسبت می‌دهند که طرز ساختن آن را در قسطنطنیه (پایتخت روم شرقی که قبلا بیزانس نامیده می‌شد) به امپراتور قسطنطنیه چهارم تقدیم کرد.
چند و چون ساختن آتشپاره یونانی را رومیان همچون رازی مهم برای خود نگه می‌داشتند و لذا دقیقا روشن نیست. اما احتمالا مخلوطی از نفت و گوگرد و آهک و شوره (نیترات پتاسیم) بود که حتی روی آب هم می‌سوخت و اصولا وقتی آب به آن می‌رسید، آتش می‌گرفت. این مواد منفجره را با نوعی منجنیق چوبی یا با تیر و کمان به سوی دشمن پرتاب می‌کردند.
بدین ترتیب قسطنطنیه توانست کشتیهای جنگی اعراب را که معاویه بن ابی‌سفیان (اولین خلیفه اموی) برای تصرف قسطنطنیه فرستاده بود، نابود کند (اعراب شهر قسطنطنیه را از 673 الی 678 میلادی در محاصره داشتند.)
آتشپاره های یونانی را ««آتشپاره‌های مادی»» هم می‌نامیدند. احتمالا به این دلیل که نفت و قیر را از ماد (آذربایجان ایران) وارد می‌کردند. آتشپاره‌های یونانی (مادی) نمونه‌های بدوی از ------ ناپالم بود و در واقع امر ، کلمه ناپالم از ترکیب دو واژه نفتین (سیکلوپارافین) و پالمیتات (ماده مرکب دارای اسید پالمیتیک) - مواد سازنده ناپالم- وضع شده است.
منجنیق (منجلیق) ، ابزاری جنگی است که مسلمانان از آن بسیار استفاده می‌کردند، هم سنگ و هم گلوله آتش‌افزا (که از نفت و قیر ساخته می‌شد) را به سوی دشمن پرتاب می‌کرد. اصولا پیش از آنکه باروت (اختراع چینیان) در سده چهاردهم به اروپا برسد، نفت و قیر خطرناکترین مهمات جنگی در بین‌النهرین و ایران و روم بود.

پزشکان قدیم ، از جمله "دیوسکوریدس" طبیب یونانی و صاحب کتاب «ماتریامدیکا» (ترجمه عربی با عنوان کتاب الحشائش فی هیول الطب)، از آن استفاده می کردند. "پلینی" ، طبیعیدان رومی ، در دائرة المعارف تاریخ طبیعی ، خواص طبی نفت و قیر را چنین بر می‌شمارد: خونریزی را متوقف می‌کند، مرهم زخم است، مروارید چشم را درمان می‌کند، مرهم نقرس است، درد دندان را آرام می‌بخشد، سرفه مزمن را تسکین می‌دهد، تنگی نفس را رفع می‌نماید، جلوی آسم را می‌گیرد، ماهیچه بریده را می‌چسباند و روماتیسم و تب را برطرف می‌‌کند.
"ابواسحاق ابراهیم بن محمد استخری" ، جغرافیدان ایرانی که در سده چهارم هجری (قرن دهم میلادی) می‌زیست، در کتاب «المسالک و الممالک» اظهار می‌دارد که در غاری در دارابگرد (دارابجرد) واقع در ولایت فارس ، مومیا یافت می‌شود و قدرت شفابخش آن ، چندان ارزشی دارد که یک نگهبان همیشه در کنار این غار کشیک می‌دهد و این مومیا را یک بار در سال در ظرفی سنگی جمع آوری می‌کنند و نزد حاکم ولایت می‌برند. "ابوعبدا... محمد بن احمد مقدسی" ، صاحب کتاب «احسن التقاسیم فی معرفه الاقالیم» (375 هجری قمری) نیز آن را تایید کرده است.
"مارکوپولو" در سفرنامه‌اش که در سده سیزدهم میلادی تالیف شده است، با اشاره به چشمه‌های نفتی آذربایجان می‌نویسد که این روغن (نفت) برای خوراک خوب نیست، اما برای سوزاندن مفید است و نیز از آن برای معالجه (جرب گیری) شتران استفاده می‌شود.
"ژان شاردن" ، جهانگرد فرانسوی که در سده هفدهم (عهد صفویان) از ایران دیدن می‌کرد، می‌نویسد که در مازندران نفت یافت می‌شود، هم نفت سیاه و هم نفت سفید. نفت برای جلا دادن ، رنگ کردن و نیز به عنوان دارو بکار می‌رود و برای درمان خنازیر (غدد زیر گلو) از آن استفاده می‌شود.
"تامس هربرت" انگلیسی که به دربار شاه عباس کبیر آمده بود، از معدن (زهک) مومیا در جهرم دیدن کرد و در نامه اش نوشته است که این روغن تندبو و مرطوب بر زهر ، کارگر می‌افتد و اگر حرف مردم را باور کنیم، علاج تام و تمامی است برای هر گونه زخم، تا آنجا که وقتی شاهان دیگر طلا و مروارید و هدایای گرانبها برای شاه عباس می‌فرستند، وی در عوض مقداری از این مرهم می‌فرستد.
کاربردهای دیگر
در ایران قدیم همچنین از مواد نفتی برای روشن کردن مشعل‌ها ، روغن‌کاری ارابه‌ها ، تزیین ظروف و کارهای دستی دیگر و نیز از نفت سفید برای پاک کردن لکه‌های روی لباس استفاده می‌کردند.

راه های مقابله با بحران زباله های پلاستيکی

ابتدا بحث را با موضوعی شروع می کنیم که همه به عنوان مهم ترين ضعف پلاستيک ها به آن نگاه می کنند: مشکل زباله های پلاستيکی.
اين مسئله در کشورهای پیشرفته خيلی بيشتر از ايران اهميت پيدا کرده، يعنی مناطقی که مصرف سرانه پلاستيک بسيار بيشتری نسبت به ما دارند. بنابراين تا به حال تحقيقات بسيار زيادی بر روی توسعه روش های جديد برای حل اين مشکل انجام شده و پيشرفت های فراوانی هم به دست اومده.
به طور کلی دو روش اصلی برای حل مشکل زباله های پلاستیکی وجود دارد:
۱. بازيافت
۲. توليد پلاستيک های زيست تخريب پذير
بازيافت به فرايندهايی گفته می شه که در آنها از زباله های پلاستيکی به نحوی استفاده می شه. روش های بازيافت در سه دسته جای می گيرند:
۱- بازيافت انرژی
۲- بازيافت مکانيکی
۳- بازيافت شيميايی
در بازيافت انرژی زباله به عنوان يک سوخت سوزانده می شه. بايد توجه کرد که بازده انرژی (انرژی حاصل از سوختن واحد وزن سوخت) پلاستيک ها نسبت به سوخت های فسيلی مرسوم بيشتره.
بازيافت مکانيکی اون چيزیه که توی ذهن بيشتر ما هست، يعنی خرد کردن و استفاده يک محصول پلاستيکی در ساخت يک قطعه. البته نه به اون سادگی که به نظر مياد. در اين روش بايد نکات زيادی رو در نظر گرفت (که البته توی کشور خودمون کمتر بهش توجه ميشه). مثلا برای ساخت قطعات حساس تر سازمان های مربوطه مقدار مجاز پلاستيک بازيافتی در اون قطعه رو تعيين می کنند.
در بازيافت شيميايی پلاستيک به وسيله روش های شيميايی به مواد ديگری (اغلب مواد اوليه يا ميانی) تبديل ميشه. اين روش نسبت به دو روش ديگه جديدتره ولی هنوز از نظر اقتصادی به صرفه نيست. اما بسيار مورد توجه هست. به عنوان مثال ميشه به تهيه رزين پلی استر از بطری های نوشابه (از جنس پلی اتيلن ترفتالات يا PET ) اشاره کرد.
اما در کنار بازيافت از چندين سال پيش تلاش هايی در جهت توليد پلاستيک های زيست تخريب پذير شروع شده که الان به نتيجه هم رسيده. اين پلاستيک ها قابليت بازگشت به طبيعت رو طی زمانی قابل قبول دارند. اين پلاستيک ها هم در دو دسته کلی قرار می گيرند:
۱- پلاستيک های متداول حاوی مواد تخريب پذير
۲- پلاستيک های تخريب پذير ذاتی
پلاستيک های متداول حاوی مواد تخريب پذير آميزه هايی هستند که در آنها يک ماده تخريب پذير(مانند نشاسته) به يک پلاستيک متداول (مثل پلی اتيلن) اضافه ميشه و تخريب اين ماده به افزايش سرعت تخريب پلاستيک کمک می کنه. اين مواد چند سالی هست که وارد بازار شده اند و با اون که کمک زيادی به کاهش زباله های پلاستيکی کرده اند، اما به دليل اين که اولا در اونها از همان پلاستيک های متداول تخريب ناپذير استفاده شده و دوما استفاده از مقدار زيادی مواد تخريب پذير در پلاستيک ويژگی هاشو تضعيف می کنه، موقعيت چندان محکمی ندارند.
پلاستيک های تخريب پذير ذاتی موادی هستند که به دليل ساختمان شيميايی خاصشون به وسيله باکتری ها، آب يا آنزيم ها در طبيعت تخريب می شوند. مهم ترين پلاستيک از اين نوع پلی(لاکتيک اسيد) هست که از اسيد لاکتيک تهيه ميشه. پيش بينی ميشه اين پلاستيک، که خواص بسيار خوبی هم داره، در آينده رقيبی بسيار جدی برای پلاستيک های متداول امروزی به خصوص در صنعت بسته بندی بشه. مشکل بزرگ اين مواد، گران بودنشونه که در حال حاضر تحقيقات برای توسعه يک روش ارزان برای توليدشون ادامه داره. جالب اينه که منابع اصلی توليد اين پلاستيک طبيعی هستند و از محصولات نفتی برای ساخت اونها استفاده نمی شه. جالبه بدونيد در سال ۲۰۰۲ ميلادی اولين واحد تجاری توليد پلی(لاکتيک اسيد) در امريکا به وسيله شرکت Cargill راه اندازی شده.

سوخت گیاهی سوخت قرن21

شركت خودروسازی دایملر كرایسلر دست به خلاقیت جالبی زده است و متخصصان و كارشناسان خود را با حمایت های مالی لازم بر آن داشته كه پروژه ای خاص را با توجه به مواردی كاملا نامتجانس مثل شن ها و خاك های روان، گیاهی معمولی از تیره ای نه چندان خاص به كار گیرند. هدف پروژه استفاده از میوه گیاهی به نام «یاتروفا» نوعی بوته است برای تولید سوخت جدیدی به نام بیودیزل، تا این سوخت را برای استفاده در خودروهای تولیدی این شركت به كار گیرند. پروژه یاتروفا هنوز در فاز آغازین خود است و كشت سال گذشته آن منجر به نتایج خوبی شد، چون قلمه های آن دوران سخت را پشت سر گذاشته و به گیاهان بزرگی تبدیل شدند و توانستند اولین محصول خود را كه نوعی دانه روغنی است، تولید كنند. این همان اتفاقی است كه پژوهشگران كشاورزی بسیار به آن علاقه مند هستند. دانه های یاتروفا كه به اندازه یك بادام است ذخیره قابل توجهی از روغن دارد، البته چنین موضوعی برای كشاورزان هندی پدیده جدیدی نیست، چون این گیاه در بسیاری از نقاط هندوستان رشد می كند. كشاورزان با توجه به آشنایی دیرینه ای كه با گیاه و دانه های آن دارند، هرگز از روغن آن برای خوردن استفاده نمی كنند زیرا بسیار سمی است.
از این روغن ها و یا حتی از سایر قسمت های گیاه نمی توان به عنوان خوراك برای حیوانات استفاده كرد. به همین دلیل كشاورزان در بسیاری از نقاط هند از گیاه یاتروفا به عنوان حصاری برای محافظت از مزارع خود در برابر حیوانات استفاده می كنند. اما متخصصان در هندوستان به روستائیان تفهیم كرده اند كه درصدد هستند از روغن این گیاه استفاده كرده و آن را به نوعی سوخت قابل مصرف برای موتورهای درون سوز تبدیل كنند كه این سوخت را «بیودیزل» یا «دیزل زیستی» نام گذاشته اند. البته توجیه چنین چیزی به روستائیان مشكل است. اما آنچه كه انجام این كار را عملی كرده، این است كه گیاه یاتروفا برای آنها افزایش درآمد در پی داشته است. كشت گیاه یاتروفا در درازمدت می تواند باعث شود كه بیابان های لم یزرع تبدیل به كشتزارهای حاصلخیز شوند. برای مثال در ایالت گجرات هندوستان بیابان وسیعی وجود دارد كه مساحت آن بیش از چهل هزار كیلومتر مربع است و در بین ساكنان منطقه به سرزمین مرده معروف است.
در مورد اینكه چرا دایملر كرایسلر خود را درگیر این موضوع كرده است دلایل آشكاری وجود دارد. یكی از اهداف اصلی گروه ایجاد حركت پایدار است و هدف دیگر این است كه از مواد خام با قابلیت تجدیدشوندگی البته در صورتی كه از نظر فنی و اقتصادی توجیه پذیر باشند در ساخت قطعات اتومبیل و یا به عنوان سوخت استفاده شود. پروژه یاتروفا می تواند این موقعیت را ایجاد كند تا این اهداف تحقق یابد. بنابر اظهار پروفسور فالی هدف گروه، اثبات این موضوع به مشتریان و مقامات هندوستان است كه موتورهای دیزلی مدرن در مقایسه با موتورهای بنزینی آلودگی نسبتا یكسانی دارند ولی از نظر اقتصادی بسیار باصرفه تر هستند، در ضمن سوخت مورد نیاز را می توان توسط منابع تجدیدشونده موجود در هندوستان تولید كرد. چنین موضوعی برای اقتصاد هند از اهمیت ویژه ای برخوردار است. رشد و توسعه در هند با توجه به جمعیت رو به افزایش آن میزان تقاضا برای نفت خام را به طور دائم افزایش داده است و تولید داخلی، دیگر جوابگوی نیاز امروزی نیست. امروزه هندوستان هفتاد درصد نفت مورد نیاز خود را از بازارهای جهانی تامین می كند و ۳۰ درصد بودجه وارداتی این كشور به واردات نفت خام اختصاص دارد.
در نتیجه تولید بیودیزل از منابع حیات شونده در درازمدت می تواند باعث كاهش چشمگیری در هزینه های واردات شود. از طرف دیگر كشت گیاهانی مانند یاتروفا كه می توانند انرژی تولید كنند، با كشت محصولات غذایی كه در زمین های حاصلخیز تولید می شوند هیچ گونه تعارضی ندارد. یكی دیگر از تحقیقاتی كه دانشمندان در حین این پروژه مشغول بررسی آن هستند، این است كه آیا كشت گیاهان انرژی زا مانند یاتروفا در طول چندین سال می تواند منجر به این شود كه زمین های نابود شده مجددا احیا شده و به زمین های مناسب برای كار كشاورزی تبدیل شوند. آنها امیدوارند كه با كشت این گیاه فرآیند فرسایش زمین متوقف شده و در درازمدت كیفیت خاك بهبود پیدا كند، چرا كه پوشش گیاهی ای كه در اثر این بوته ایجاد شود باعث می شود كه جداسازی مواد آلی خاك در اثر باد و باران متوقف شود، زیرا این گیاهان بوته ای باعث محافظت از خاك می شوند. گستردگی ریشه گیاهان، خاك را قادر می سازد كه آب باران را برای مدت طولانی تری در خود ذخیره كند. برگ های خشك شده و شاخه های خشك شده و جدا شده از گیاه كه بر روی خاك این مناطق می افتند باعث افزایش مواد غذایی شده و لایه جدیدی از خاك در زمین ایجاد می شود. برای تحقیق بیشتر برنامه دیگری نیز در دستور كار قرار گرفته و آن عبارت است از كشت مشترك یاتروفا و گیاهانی دیگر كه مقاوم هستند.
گروه تحقیقاتی علاقه ای نداشت كه تا زمان رسیدن محصول صبر كند، بنابراین برای انجام آزمایش های خود یعنی خالص سازی روغن گرفته شده از گیاه یاتروفا، از كشاورزان سراسر هند هشت هزار تن دانه گیاه یاتروفا خریدند. این گروه موفق شد در بهار سال ۲۰۰۵ مقدار ۲۴۰۰ لیتر از بیودیزل با كیفیت بسیار خوب را از طریق فرآیندی كه شرح داده شد، استخراج كند. این سوخت در اختیار نمایندگی شركت دایملر كرایسلر هند قرار گرفت و به وسیله آن سفری به دور هندوستان انجام شد. این تور مسافرتی به وسیله مرسدس بنز C220 انجام شد كه برای به كارگیری این سوخت تغییراتی در آن صورت گرفته بود. مجموع طول سفر شش هزار كیلومتر بود و طی آن از ۱۲ شهر عبور كرد. نتایج به دست آمده از این سفر به دو دلیل كاملا راضی كننده بود اول اینكه مشخص شد از سوخت های زیستی كه از این گیاه به دست می آید به راحتی می توان در موتورهای دیزلی مدرن البته با اندكی تغییرات استفاده كرد. علاوه بر آن میزان هیدروكربن های خروجی ناشی از اشتعال این سوخت كه محترق نشده اند، فقط نصف موتورهایی است كه از سوخت گازوئیل معمولی استفاده می كنند و میزان ذرات خروجی از اگزوز نیز یك سوم موتورهای دیگر است. دوم اینكه این موضوع با استقبال گسترده مردم هند بنا به گزارش دایملر كرایسلر قرار گرفت. به طوری كه دو ایالت دیگر هند در حال بررسی اجرای پروژه مشابهی در زمین های لم یزرع خود به منظور كشت این گیاه برای تولید سوخت هستند. البته بنا به اظهار مقام های فنی شركت خودروسازی دایملر كرایسلر این سوخت پاك هنوز از نظر كیفیت به سطح دلخواه نرسیده است. ولی با این حال با استاندارد اتحادیه اروپا Eu مطابقت كامل دارد. از امتیازات عمده این سوخت، بالا بودن درجه اكتان، پایین بودن محتوای گوگرد و بالا بودن محتوای اكسیژن آن است كه در مجموع احتراق فوق العاده ای را ایجاد می كند. علاوه بر همه اینها در احتراق بیودیزل میزان گاز دی اكسیدكربنی كه به وجود می آید معادل میزان دی اكسیدكربنی است كه گیاه در طول دوره رشد خود از اتمسفر جذب كرده است و بنابراین میزان CO2 آن نیز از سایر سوخت های دیگر كمتر است. اما در خاتمه باید به یك سئوال بسیار مهم پاسخ داد و آن اینكه آیا می توان روش كشت مناسبی را ایجاد كرد و همین طور فرآیندهای تولید مناسبی را به وجود آورد به طوری كه بتوان از این گیاه، سوختی را به دست آورد كه از نظر قیمت بتواند با گازوئیل معمولی به راحتی رقابت كند خوشبختانه پاسخ دایملر كرایسلر مثبت است. شركای این پروژه درصددند كه امكان به دست آوردن محصولات دیگری را كه جنبه سودآوری داشته باشند، بررسی كنند. به طور نمونه گلیسیرینی كه به عنوان محصول زائد در این فرآیند به دست می آید قابل فروش در بازارهای جهانی است. از دیگر مواردی كه می تواند قابل فروش و استفاده باشد بعد از اینكه روغن از دانه ها استخراج می شود و سم آن جدا می شود، نوعی پروتئین به نام «كرسین» است كه می تواند به عنوان خوراك مورد استفاده دام باشد. در ضمن از باقی مانده های گیاه بعد از جدا شدن روغن از آن و پیش از آنكه سم آن را جدا كنند، می توان به عنوان كود برای افزایش قدرت باروری زمین استفاده كرد. از طرف دیگر محققان شهر یاها وناگار، قلمه هایی را از گیاهان مختلف جمع آوری كرده تا آنها را تكثیر كنند. این قلمه ها در گلخانه های مخصوص نگهداری می شود تا زمانی كه ارتفاع آنها به ۲۵ سانتی متر برسد و سپس به مزارع منتقل می شوند. بخش كوچكی از گیاهان نیز از بذر تولید می شوند. تفاوت این روش و تكثیر از طریق قلمه این است كه در مورد قلمه گیاهی كه به وجود می آید دقیقا آرایش ژنتیكی گیاه اصلی را كه سرشار از محصول است، دارا است.
همه اینها باعث ایجاد ارزش افزوده در فرآیند تولید این گیاه و در نتیجه تولید بیودیزل می شوند اما تحقق یافتن تمامی این اهداف نیاز به حوصله و اندكی زمان دارد كه به نتیجه برسد و تحول بزرگی در صنعت تولید سوخت به وجود آورد.

رنگهای طلا

با گفتن کلمه طلا، اصولا اولین چیزی که به ذهنمان میرسد، طلای زرد براق است.
طلا بهعلت آنکه فلزی بسیار نرم و چکشخـور است، بـاید بـا فــلزات دیگـری آمیـختـــه شود تــا استحکام لازم را پیدا کند. به غیر از طلای 24عیار، مـابقی، آلیاژ طلا نامیده میشوند.
مس، نقره، نیکل و پالادیوم بــرای استحکام بیشتر و فلز روی به ایـن خـاطر بـه طلا افــزوده میشود تا اکسیژن هوا را جذب کــرده و از اکـسیـدشــدن مـس و نـقـره جـلوگیــری کنـــد. عـیار طلا یا همان قـیـراط (KARAT) ، درجـه خـلوص طلا را مشـخـص میکند. هـر قیـراط، 1/24 درصـد کل طلا در آلیاژ طلا را تعیین میکـنـد .
البته آن را با CARAT که وزن الماس و دیگر سنگهای قیمتی را مشخص میکند، اشتباه نگیرید. یکCARAT معادل 200 میلی گرم است.
اگر طلا را با مس و نقره مخلوط کنیم (در صورتی که مقدار طلای آن بیشتر باشد)، طلای زرد حاصل میشود .


اگر طلا را با نقره، مس و روی (نقره این ترکیب بیشتر است) مخلوط کنیم، طلای سبز به دست میآید .
اگر طلا و مس (مقدار مس بیشتر از طلا باشد) را ترکیب کنیم، طلای قرمز (صورتی) نتیجه آن است .



طلای سفید هم ترکیبی از طلا، نیکل، پالادیوم، نقره و روی است .





طلای سفید طبیعی، خاکستری روشن است؛ بـه هـمـین خاطر برای سفیدتر جلوه دادن آن، از روکش رادیوم برای پوشش آن استفاده میکنند. باتوجه به اینکه رادیــوم پــس از مدتی ساییده میشود، باید مجددا طلای سفید را روکش کرد؛ ایـن مدت 12 تا 18 ماه است .
نقره یکی دیگر از انواع جواهرآلات مصرفی است که مثل طلا بسیار نرم بوده و بهسرعت آسیب میبیند، از این رو آن را معمولا با فلز مس ترکیب میکنند تا استحکام لازم را پیدا کند. درجـه خلوص نقره را با واحدهایی از هزار قسمت میسنجند. نقره پس از مـدتی بهخـاطـر اکسـیـدهای گوگرد موجود در هوا یا عرق بدن، دچار تیرگی میشود کـه بـاید آن را مجددا پرداخت کرد .
پلاتین یا پلاتینیوم، فلزی سنگین و بسیار مقاوم است که مـعمولا با پـالادیـوم، رادیـوم، ایـریـدیوم، مس، روتیوم و تیتانیوم ترکیب میشود . درجه خلوص آن مانند نقره، بر پایه هزار قسمتی است. اگر بخواهیم پلاتین را با طلای سفید مقایسه کنیم، باید بگوییم پلاتین سنگینتر از طلای سفید است. این فلز بهطور طبیعی، سفید بوده و درخشندگی و لومینانس بیشتری از طلای سفید دارد. همچنین از طلا کمیابتر بوده و در نتیجه گرانبهاتر است. در نهایت اینکه پلاتین مقاومت بیشتری نسبت به کدرشدگی دارد.

شیشه نشکن-شیشه ضد گلوله

شیشه نشکن

این نوع شیشه ها شامل دو یا چند لایه شیشه اند که بوسیله ورقه هایی از نایلون شفاف تحت حرارت و فشار به هم متصل می شوند. همچنین بعضی از انواع شیشه های طلق دار به عنوان عایق صوتی ، جاذب حرارت ، کاهنده شفافیت و شیشه ایمنی بکار برده می شوند. وقتی که این شیشه ها می شکنند، خاصیت کشسانی نایلون مانع از پخش و پراکندگی ذرات شیشه می گردد.
از جمله کاربردهای این نوع شیشه ها در خودروها و ویترین مغازه هایی که اشیاء گرانقیمت می فروشند استفاده می گردد. ممکن است شیشه نشکن را از جنس شیشه سکوریت بسازند.
شیشه ضد گلوله
از چند لایه شیشه سکوریت و یا نشکن ، شیشه ضد گلوله می سازند. در هنگام وارد شدن گلوله به داخل شیشه ، از نیروی آن کاسته و در میان شیشه متوقف می گردد.
ابتدا ببینیم شیشه ضدگلوله چگونه اختراع شد.
نخستین بار یک شیمیدان فرانسوی به نام "بندیکتوس" در اوایل قرن بیستم بر اثر یک تصادف جالب توانست تکنیک اولیه ساخت نوعی شیشه نشکن و مقاوم را به دست آورد.
او روزی در آزمایشگاه خود مشغول جابجا کردن تعدادی از بطری های حاوی مواد شیمیایی بود که ناگهان یکی از آنها از ارتفاع زیاد به زمین افتاد. وی با کمال تعجب مشاهده کرد که بطری شیشه ای با اینکه یک لیتر گنجایش داشت و سنگین هم بود در برخورد با کف آزمایشگاه نشکست.
"بندیکتوس" شیشه را مورد بررسی قرار داده و متوجه شد که محتویات شیشه محلول سلولزی بوده که به مرور زمان زمان تبخیر شده و فقط قشر نازکی از آن روی بدنه داخلی بطری رسوب کرده و همین رسوبات مانع شکستن شیشه شده است.
راز شیشه های ضدگلوله پلاستیک است که شیشه چند لایه گفته می شود و لایه هایی از پلاسنیک و شیشه است و از شیشه های معمولی ضخیم تر و پلاستیک درون لایه ها معمولا از مواد کربن دار می باشد. این شیشه ضخیم ولی شفاف است.
وقتی گلوله به شیشه ضدگلوله پرتاب می شود اولین لایه شیشه سوراخ می شود ولی لایه پلاستیکی فشار گلوله را می گیرد و آن را متوقف می کند. به این ترتیب گلوله نمی تواند به آخرین لایه شیشه برسد.
این نوع شیشه شامل چهار لایه 6 میلی متری و دو لایه پلاستیک ضخیم است. در هر مورد، ابتدا از طریق وصل کردن به خلاء، هوای بین لایه ها را خارج کرده، ضخامت شیشه و پلاستیک را به هم می چسبانند و بعد تحت فشار 13 اتمسفر در دمای 120 درجه سانتیگراد، به مدت سه ساعت نگه می دارند تا لایه ها کاملا به همدیگر بچسبند.
حال ببینیم مقاوم ترین شیشه ضد گلوله ساخت کجاست؟
در سال 2005 نیروی هوایی امریکا اعلام کرد ماده شفاف و مستحکمی تولید کرده که قادر است در برابر گلوله هایی که می توانند سپر محافظ سپر محافظ وسایط نقلیه زره پوش را سوراخ کنند مقاومت کند.
این ماده که از جنس اکسی نیترات آلومینیوم است و با نام تجاری آلون شناخته می شود می تواند جایگزین همه شیشه های کنونی بر روی وسایط نقلیه شود که به وسیله نیروهای پلیس و ارتش مورد استفاده قرار می گیرد. به نوشته هفته نامه نیو ساینتیست، در جریان آزمایش این ماده در دانشگاه دیتن در اوهایو این شیشه جدید توانست در برابر گلوله های تفنگ دورزن روسی ام 44 که کالیبر 30 دارد و تفنگ دورزن براونینگ که دارای کالیبر 50 است مقاومت کند. این شیشه همچنین در برابر رگبار گلوله های ضد سپر که دارای کالیبر 30 هستند مقاومت کرد.

مواد هوشمند

مواد هوشمند اصطلاحاًً به موادی گفته می شود که می توانند با درک محیط و شرایط اطراف خود نسبت به آن واکنش مناسب نشان دهند. امروزه کاربرد این مواد و بویژه فلزات و کامپوزیت های هوشمند در بسیاری از حوزه های صنعت گسترش یافته است.
ازجمله کاربردهای جدید این مواد استفاده از فلزی به نام نیتینول که ترکیبی از تیتانیوم و نیکل، در ساخت قاب عینک ها است باعث بروز ویژگی های متفاوتی در آنها شده است. این نوع عینک ها پس از خم شدن دوباره به شکل اولیه خود باز می گردند. هواپیماهای هوشمند، خانه های هوشمند، بافتهای حافظه دار، میکروماشین ها، سازه های خودآرا و نانوساختارهای متغیر کلماتی هستند که از سال 1992 و با تجاری شدن اولین مواد هوشمند وارد فرهنگ لغات شده اند و پیش بینی می شود این مواد بتوانند بسیاری از نیازهای فناوری در قرن 21 را برآورده کنند.
سابقه تاریخی مواد هوشمند به 300 سال قبل از میلاد و دوران کیمیاگری بازمی گردد. اگرچه در آن زمان توانایی تولید طلا وجود نداشت، اما فعالیت هایی برای تغییر رنگ و خصوصیات فلزهای مختلف انجام می شد که می توان بعضی از مواد مورد استفاده آنها برای ایجاد چنین تغییراتی را از مواد هوشمند به شمار آورد. عبارت مواد هوشمند اکثر اوقات بدون تعریف دقیقی از آنچه مورد نظر محققان است و همچنین بدون در نظر گرفتن کاربرد این مواد به کار گرفته می شود از سوی دیگر ارائه تعریف دقیق از آنچه به عنوان مواد هوشمند معرفی می شود، اغلب با مشکلات بسیار زیادی همراه خواهد بود. اگر چه از این عبارت به صورت گسترده درخصوص بسیاری از مواد که از ویژگی های متفاوتی در مقایسه با نسل گذشته مواد برخوردار هستند، استفاده می شود اما موافقت کلی در ارائه تعریف دقیقی از این واژه وجود ندارد. مواد هوشمند موادی هستند که موقعیت ها را به خاطر می سپارند و با محرک های مشخص می توانند به آن موقعیت بازگردند. به عبارت دیگر می توان گفت مواد و سازه های هوشمند، اشیایی هستند که شرایط محیطی را حس می کنند و با پردازش اطلاعات به دست آمده نسبت به محیط واکنش نشان می دهند. در تعریف اول وقتی از مواد صحبت می کنیم مجموعه ای از عناصر، آلیاژ ها و ترکیب ها در ذهن تداعی می شود که توسط ساختار مولکولی منحصر به فرد خود قابل شناسایی و اندازه گیری هستند. اما در تعریف دوم مواد به صورت مجموعه ای از فعالیت ها در نظر گرفته می شوند، یعنی با مجموعه ای از مواد و سیستم های مرتبط با آنها مواجه هستیم که قابلیت شناسایی و اندازه گیری در آنها کمتر خود را نشان می دهد.
در مواد هوشمند این مواد، همزمان با تاثیر محرک بیرونی شاهد پاسخ دهی به آن هستیم. در اکثر موارد این مواد از توانایی پاسخ به بیش از یک شرایط محیطی برخوردار هستند و پاسخ آنها قابل پیش بینی است.
انواع مواد هوشمند
با توجه به تعاریف ارائه شده برای مواد هوشمند می توان آنها را به 2 گروه تقسیم کرد:
گروه اول این مواد را اصطلاحاً مواد هوشمند نوع اول یا مواد کرومیک می نامند، این مواد یکی از جالب ترین انواع مواد هوشمندی موادی با قابلیت تغییر رنگ هستند. این دسته از مواد در پاسخ به محرک های محیط خارجی در ویژگی ها و خصوصیات شیمیایی، الکتریکی، مغناطیسی، مکانیکی و یا حرارتی دچار تغییر رنگ می شوند، این تغییر رنگ ناشی از تغییر خصوصیات نوری این مواد مانند ضریب جذب، قابلیت بازتاب و یا شکست نور است که در نتیجه تغییر در ساختار این مواد ایجاد میشوند.
انواع گروه اول
مواد فتوکرومیک: در برابر جذب انرژی تابشی در ساختار شیمیایی این مواد تغییر ایجاد می شود و از ساختاری با یک میزان جذب مشخص به ساختاری متفاوت با میزان جذب متفاوتی تبدیل می شود.
مولکول های این مواد در حال غیرفعال بی رنگ هستند و هنگامی که در معرض فوتون های با طول موج خاص قرار می گیرند. برانگیخته شده و شرایط بازتاب آنها تغییر می کند. با از بین رفتن منبع نور ماوراء بنفش این مولکول ها به حالت اولیه خود باز می گردند. کاربرد اصلی مواد فتوکرومیک در عینک ها و ساخت شیشه پنجره برخی از ساختمان ها است.
مواد ترومیک: این مواد در نتیجه جذب گرما با تغییرات شیمیایی با تغییر فاز مواجه می شوند. تغییرات ایجاد شده برگشت ناپذیر است و با از بین رفتن عامل ایجاد کننده تغییرات دمایی این مواد به حالت اولیه باز می گردند. دماسنج های نواری که با قرار گرفتن بر روی بدن تغییر رنگ می دهند بر همین اساس کار می کنند.
مواد مکانوکرومیک و کموکرومیک: تغییرات فشار یا تغییر شکل از خصوصیات بازتابی متفاوتی برخوردار خواهند بود. در برخی از محصولاتی که از این مواد ساخته شده اند با تغییر فشار، نوشته های مخفی شده در سطح به نمایش در خواهند آمد. کاغذهای تورنسل که در محیط های اسیدی و بازی رنگهای متفاوتی دارند نمونه ای از محصولاتی هستند که براساس ویژگی مواد کموکرومیک ساخته شده اند و در برابر تغییرات PH محیط واکنش نشان می دهند.
مواد الکتروکرومیک: این گروه از مواد هوشمند، موادی هستند که در نتیجه قرار گرفتن در یک جریان یا اختلاف پتانسیل الکتریکی رنگ آنها به صورت بازگشت پذیر تغییر می کند.
پنجره هایی که به وسیله عبور جریان الکتریسیته تیره و روشن می شوند از کاربردهای این نوع مواد هستند به طور کلی مواد هوشمند ترکیبی از مواد مختلف هستند که در تعامل با یکدیگر عمل می کنند و از ویژگی های منحصر به فردی برخوردار خواهند بود.
گروه دوم مواد هوشمند را گروهی از مواد تشکیل می دهند که دارای قابلیت تبدیل انرژی از سطحی به سطح دیگر هستند.
همه اجسام و محیط های پیرامون آنها دارای سطح مشخصی از انرژی هستند. هنگامی که سطح انرژی ماده و محیط اطراف آن یکسان است می گوییم ماده در تعادل با محیط است یعنی در این حالت تغییر انرژی وجود نخواهد داشت. اما اگر ماده در سطح انرژی متفاوتی نسبت به سطح انرژی به وجود خواهد آمد در مواد هوشمند و غیرهوشمند سطح انرژی همواره باید ثابت باشد؛ با وارد کردن انرژی به مواد سطح انرژی در آنها افزایش می یابد که معمولاً این انرژی افزوده شده به صورت افزایش انرژی درونی جسم خود را آشکار می کند. اما از ویژگی های مواد هوشمند این است که این انرژی را به صورت های مختلفی که از کارآیی و عملکرد بیشتری برخوردار است تبدیل می کنند.
گروه دوم مواد هوشمند را گروهی از مواد تشکیل می دهند که دارای قابلیت تبدیل انرژی از سطحی به سطح دیگر هستند.
همه اجسام و محیط های پیرامون آنها دارای سطح مشخصی از انرژی هستند. هنگامی که سطح انرژی ماده و محیط اطراف آن یکسان است می گوییم ماده در تعادل با محیط است یعنی در این حالت تغییر انرژی وجود نخواهد داشت. اما اگر ماده در سطح انرژی متفاوتی نسبت به سطح انرژی به وجود خواهد آمد در مواد هوشمند و غیرهوشمند سطح انرژی همواره باید ثابت باشد؛ با وارد کردن انرژی به مواد سطح انرژی در آنها افزایش می یابد که معمولاً این انرژی افزوده شده به صورت افزایش انرژی درونی جسم خود را آشکار می کند. اما از ویژگی های مواد هوشمند این است که این انرژی را به صورت های مختلفی که از کارآیی و عملکرد بیشتری برخوردار است تبدیل میکنند.

صنعت کاغذسازی

شيمي كاغذ برخلاف این تصور که تولید کاغذ اساسا یک فرآیند مکانیکی است، در این فرآیند ، پدیده‌های شیمیایی نقش برجسته‌ای دارند. از تبدیل چرب به خمیر کاغذ گرفته تا تشکیل کاغذ ، اصول شیمیایی دخالت آشکاری دارند.
لیگنین زدایی از یک منبع گیاهی مناسب ، معمولا چوب ، یک فرآیند شیمیایی ناهمگن است که در دما و فشار زیاد انجام می‌شود.
دامنه شیمی کاغذ ، وسیع و جالب است شامل مباحثی از قبیل شیمی کربوهیدراتها ، رنگدانه‌های معدنی ، رزینهای آلی طبیعی و سنتزی و افزودنی‌های پلیمری متعدد می‌باشد.


در فرآیند تشکیل نیز تا حد زیادی شیمی کلوئید و شیمی سطح دخالت دارد. نقش پلیمر ، شیمی محیط زیست و شیمی تجزیه را نیز نباید فراموش کرد. ترکیب شیمیایی کاغذ از آنجا که کاغذ از الیافی ساخته می‌شود که قبلا تحت تاثیر تیمارهای فیزیکی و شیمیایی قرار گرفته‌اند، سلولهای گیاهی حاصل از ترکیب شیمیایی ثابتی نسبت به ساختار منابع گیاهی اولیه برخوردار نیستند. سلولهای گیاهی عمدتا از پلیمرهای کربوهیدراتی آغشته شده به مقادیر مختلف لیگنین (یک ترکیب پلیمری آروماتیک که میزان آن با افزایش سن گیاه افزایش می‌یابد و در حین فرآیند لیگنینی شدن تولید می‌گردد) تشکیل شده‌اند.
بخش کربو هیدراتی سلول بطور عمده از پلی ساکارید سلولز تشکیل شده است. بخشی از این ترکیبات شامل پلی ساکاریدهای غیر ساختمانی با وزن مولکولی کم به نام همی سلولز هستند، که نقش بسیار مهمی در خصوصیات خمیر و کاغذ دارند. به نظر می‌رسید که با توجه به نام همی سلولزها ، این ترکیبات با سلولز ارتباط داشته باشند و به روش مشابهی با سلولز بیوسنتز شده باشند. اما در حال حاضر بخوبی مشخص شده است که این پلی ساکاریدها به روش متفاوتی بیوسنتز شده باشند. اما در حال حاضر به خوبی مشخص شده است که این پلی ساکاریدها به روش متفاوتی بیوسنتز می‌شوند و نقش ویژه‌ای در دیواره سلول گیاهان ایفا می‌کنند.
علاوه بر این ترکیبات مهم ، مقادیر کمی از مواد آلی قابل استخراج و مقادر بسیار کمی از مواد معدنی نیز در دیواره سلولی الیاف وجود دارد. سلولز (%) همی سلولزها (%) لیگنین(%) مواد عصاره‌ای و اندک (%) سوزنی برگان 40 تا 45 20 25 تا 35 10> پهن برگان 40 تا 45 15 تا 35 17 تا 25 10> ترکیب کلی استخراج الیاف گیاهی از نظر درصد کربن ، هیدروژن و اکسیژن بسته به درجه لیگنین شدن متغیر است. میزان این عناصر برای چوب حدود 50% کربن ، 6% هیدروژن و 44% اکسیژن است. از آنجایی که ترکیب عنصری کربوهیدراتها کم و بیش به صورت CH2O)n) است، میزان کربن موجود تقریبا حدود 40% است.
لیگنین یک ترکیب آروماتیک با فرمول تقریبی C10H11O4 می‌باشد. بنابراین ، میزان کربن آن بطور متوسط حدود 65 - 60% است. سلولز سلولز مهمترین ترکیب ساختاری دیواره‌های سلول است و بعد از حذف لیگنین و انواع دیگر مواد استخراجی نیز مهمترین ترکیب ساختاری کاغذ محسوب می‌شود. از نظر شیمیایی ، سلولز یک پلیمر دارای ساختمان میکرو فیبریلی شبه بلوری متشکل از واحدهای D-β گلوکوپیرانوزی با اتصالات (4 <---- 1) گلیکوزیدی است. همچون بسیاری از پلی ساکاریدها ، سلولز پلیمری بسپاشیده با وزن مولکولی زیاد است. بسته به نوع منبع سلولزی، درجه پلیمریزاسیون سلولز از 10000 تا 15000 متفاوت است. سلولز 100% بلوری شناخته نشده است، اما ساختمان سلولز دارای یک بخش بلوری و یک بخش غیر بلوری یا بی‌شکل است.
درجه بلورینگی بستگی به منشاء سلولز دارد. سلولز پنبه و انواع جلبکها مانند والونیا درجه بلورینگی بسیار بالایی است. در حالیکه سلولز چوب درجه بلورینگی پایینی دارد. سلولز بوسیله باکتریها نیز تولید می‌گردد که البته به عنوان منابع سلولزی برای کاغذ کاربردی ندارند. همی سلولزها همی سلولزها گروهی از پلی ساکاریدهای غیر ساختاری با وزن مولکولی کم و اغلب ناهمگن هستند که ارتباطی با سلولز نداشته و از راه بیوسنتز متفاوتی تولید می‌شوند. نام همی سلولزها نشان دهنده ارتباط یا نزدیکی آنها با سلولز نیست. نقش همی سلولزها در دیوراه سلول بخوبی شناخته شده نیست، اما وزن مولکولی خیلی کم آنها نمی‌تواند همی سلولزها را به عنوان یک پلیمر ساختاری مطرح کند (درجه پلیمریزاسیون آنها بین 150 - 200 است). تحقیقات نظری در این زمینه نشان می‌دهد که همی سلولزها ممکن است نقشی در انتقال آب داشته باشند. همی سلولزها معمولا از واحدهای مونومری هگزوزی مثل D- گلوکوپیرانوز ، D- مانوپیرانوز و D- گالاکتوپیرانوز و واحدهای پنتوزی مثل D- زایلو پیرانوز و –L آرابینوفورانوز تشکیل شده‌اند. بخش قابل توجهی از همی سلولزها حتی بعد از لیگنین زدایی شیمیایی ، در خمیر کاغذ باقی می‌مانند. مهمترین همی سلولز موجود در سوزنی برگان گالاکتو گلوکومانان است که حدود 20% از وزن خشک چوب را تشکیل می‌دهد. لیگنین لیگنین ، پلیمری آروماتیک با ساختاری بسیار پیچیده است.
تقریبا کلیه خصویات لیگنین در کاربردهای کاغذ سازی نقش منفی دارند و کاغذهای با کیفیت خوب از الیافی ساخته می‌شود که تقریبا عاری از لیگنین هستند. لیگنین سبب شکننده شدن کاغذ می‌شود و به دلیل اکسایش نوری و تشکیل گروههای رنگی سبب افزایش زردی و تیرگی کاغذ می‌شود. کاغذ روزنامه مثال خوبی در این زمینه است و بطور کلی کلیه خمیرهای مکانیکی که در آنها مقدار زیادی لیگنین وجود دارد، چنین اثرهایی را نشان می‌دهد. رزینها و مواد استخراجی چوب حاوی مقدار کمی (کمتر از 5%) از ترکیباتی است که توسط حلالهای آلی مثل اتانول یا دی کلرومتان قابل استخراج هستند. میزان این ترکیبات در پهن برگان و سوزنی برگان و در بین گونه‌های مختلف چوبی متفاوت است.
اگر چه این ترکیبات ممکن است در حین فرآیندهای شیمیایی تهیه خمیر کاغذ حذف شوند، اما همیشه مقداری از آنها در کاغذ باقی می‌ماند. ترکیب شیمیایی این مواد بسیار متغیر است و شامل آلکانها ، آلکنها ، اسیدهای چرب (اشباع یا غیز اشباع) ، استرهای گلیسرول ، مومها ، اسیدهای رزینی ، ترپنها و ترکیبات فنولی هستند.
میزان باقیمانده این ترکیبات این ترکیبات در خمیر و کاغذ بستگی به فرآیند تهیه خمیر مورد استفاده دارد. در مجموع ، ترکیبات اسیدی مثل اسیدهای چرب و رزینی در محیط قلیایی براحتی از طریق تبدیل شدن به نمکهای محلول حل می‌گردند، اما در خمیر سازی اسیدی ، این ترکیبات براحتی قابل حل و خارج سازی نیستند.
چندین محصول فرعی مفید در عملیات خمیر سازی از مواد استخراجی قابل استحصال است که مهمترین آنها شامل تربانتین و روغن تال است.
تربانتین مخلوطی از هیدروکربنهای دو حلقه‌ای با فرمول C10H16 است که ترکیبات عمده آن α و β- پنن است. این ترکیبها به صورت محصولات فرعی فرار با بازده 5-4 لیتر به ازای هر تن چوب (کاج) قابل استحصال بوده و به عنوان حلال مور استفاده اند. روغن تال عمدتا از اسیدهای رزینی به همراه حدود 10% ترکیبات خنثی تشکیل شده است.
این اسیدها از نظر ساختمانی ایزومرهای اسید آبیتیک هستند و به عنوان مواد افزودنی شیمیایی و مواد آهارزنی در تهیه کاغذ مصرف می‌شوند تالك مورد استفاده قرار گرفته در صنايع كاغذ سازي کاغذ سازی از تالک در سه مرحله در ساخت کاغذی می‌توان استفاده کرد پرکننده ، کنترل ناهمواری و روکش. 42 درصد تالک تولیدی جهان در کاغذ سازی به مصرف می‌رسد.
بخش اعظم تالک در کاغذ سازی به عنوان ماده پرکننده استفاده می‌شود. میزان تالک مصرفی در صنعت کاغذ سازی در سال 1994 بالغ بر 2.7 میلیون تن گزارش شده است.
در آمریکا به دلیل فراوانی کائولن مورد نیاز برای صنعت کاغذ سازی مصرف کائولن در این صنعت بیشتر از تالک بوده و در اروپا مصرف تالک بیشتر است.
مزایای استفاده از تالک به جای کائولین به عنوان پرکننده عبارتند از بهبود حالت نرمی ، تخلخل ، ماتی، سایش و اندیس زردی. از تالک به دلیل شکل صفحه‌ای و شفافیت بسیار خوب به عنوان روکش کاغذ استفاده می‌شود. استفاده از تالک به عنوان روکش موجب ویژگیهایی در کاغذ می‌شود که عبارتند از گلاسه ، نرمی ، کاهش اصطکاک و افزایش کیفیت چاپ استفاده از تالک و یا کائولین به عنوان روکش بستگی به قیمت این دو نوع ماده معدنی دارد. بیش از 90 درصد تالک استفاده شده در آمریکای شمالی در کاغذ سازی به منظور کنترل ناهمواری و کاهش چسبندگی است.