شبیه سازی هیدرودینامیک و انتقال جرم دو فاز امتزاج ناپذیر در میکروکانال Y-Y و حلزونی شکل و بهینه سازی پارامترهای موثر

میکروسیال، علم و تکنولوژی است که سیال را در حجم ۹-۱۰ تا ۱۸-۱۰ لیتر با استفاده از کانال­ هایی با اندازه های در مقیاس میکرو، مورد بررسی قرار می­ دهد. از مهم ترین کاربردهای این تکنولوژی، تجزیه و تحلیل جریان سیال است. فرایندهای جداسازی در دستگاه های میکروفلوئیدیکی در دو دهه گذشته مورد توجه فراوانی قرار گرفته است. در بین فرایندهای جداسازی گوناگون، استخراج مایع-مایع به طور ویژه از برتری هایی چون مسافت نفوذ مولکولی پایین و سطح ویژه فصل مشترک بالا که منجر به انتقال جرم موثری در دستگاه های میکروفلوئیدیکی می شود، برخوردار است. میکروفلوئیدیک فناوری ارزشمندی برای جداسازی یون­ها و ایزوتوپ­ های پایدار فلزی می تواند باشد. ایزوتوپ ­های پایدار برای پژوهش در مورد قابلیت دسترسی به مواد معدنی و متابولیسم مفید هستند. از کاربردهای ایزوتوپ پایدار می­ توان به عنوان ردیاب بدون تابش پرتو، تشخیص بیماری و تصویر برداری هسته ­ای نام برد. این ایزوتوپ­ ها همچنین می ­توانند به عنوان ماده­ اصلی یا ماده خام برای تولید رادیو داروها، آنالیز بیوشیمیایی، رادیوتراپی و کاربرد در علوم محیط زیستی، زمین شناسی و باستان شناسی استفاده شوند. در این پژوهش، جداسازی یون فلزی کلسیم به عنوان مقدمه ای بر جداسازی ایزوتوپی کلسیم با استفاده از روش میکروفلوئیدیک مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور، شبیه سازی استخراج مایع-مایع و تکنولوژی میکروفلویدیک برای استخراج و جداسازی یون کلسیم به عنوان روشی نوین در هم ادغام شده ­اند. در این راستا با هدف ارزیابی امکان انجام شبیه ­سازی استخراج یون کلسیم در سامانه میکروفلوئیدیک،  نسبت سرعت­ های دوفاز به گونه ­ای انتخاب شد که الگوی جریان درون میکروکانال به ­صورت موازی باشد. نخست با روش تعیین تراز محل دقیق فصل مشترک تعیین شد، سپس با استفاده از مدل انتقال اجزاء رقیق میزان انتقال جرم از فاز آبی به آلی سنجیده شد. علاوه بر این برای مطالعه تاثیر هندسه در میزان استخراج، هندسه حلزونی شکل نیز مورد بررسی قرار گرفت. درصد استخراج در هندسه نوین محاسبه و با میکروکانال Y-Y شکل مقایسه شد. در میکروکانال Y-Y شکل بازدهی استخراج ۰۶۲/۶۰ % می ­باشد در حالی که در هندسه حلزونی در شرایط بهینه بازدهی ۹۸/۷۴ % به دست آمد. بنابراین با تغییر هندسه میکروکانال از Y-Y به حلزونی میزان انتقال جرم ۸۹/۱۹% بهبود می­ یابد.

کلیدواژه ها:

میکروکانال حلزونی ، انتقال جرم ، دینامیک سیال های محاسبه ای ، استخراج مایع-مایع ، جریان دوفازی