حذف فلزات سنگین از فاضلاب‌های صنعتی با بهره گرفتن از نانو ذرات مگهمایت اصلاح شده با پلیمرهای سنتزی جدید
استاد راهنما:
پروفسور طیبه مدرکیان
استاد مشاور:
پروفسور عباس افخمی
 

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول: کلیات و مباحث تئوری

1-1-مقدمه………………………………………………………………. 3

1-2- ماهیت مغناطیسی نانوذرات……………………………………. 3

1-3- از جمله کاربردهای نانوذرات میتوان به موارد زیر اشاره کرد…. 5

1-4- نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن…………………………….. 7

1-5- روش های سنتز نانوذرات مغناطیسی………………………….. 8

1-5-1- روش همرسوبی………………………………………………. 8

1-6- روش های مشخصه یابی نانو ذرات…………………………….. 10

1-7- محافظت و پایدار كردن نانو ذرات مغناطیسی……………….. 12

1-8- استفاده از نانو ذرات مغناطیسی به عنوان فاز جامد………. 14

1-9- مكانیسم برهم كنش آنالیت – جاذب………………………… 16

1-10- فلزات سنگین و اهمیت زیست محیطی آنها ………………17

1-11- مروری بر برخی روش های گزارش شده برای حذف فلزات سنگین…19

1-12- قالب زنی یونی………………………………………………. 20

1- 12-1- روش پیش آرایشی………………………………………. 20

1-12-2- روش خود تجمعی…………………………………………. 21

1-13-1 – انتخاب آنالیت هدف………………………………………. 22

1-13-2- مونومر عاملی…………………………………………….. 22

1-13-3-  شبكه ساز ………………………………………………..23

1-13-4- حلال……………………………………………………….. 23

1-13-5-  آغاز كننده ها……………………………………………… 24

1-14- مروری بر برخی روش‌های گزارش شده برای اندازه‌گیری جیوه(II)…24

فصل دوم: کارهای تجربی

2- 1- مقدمه………………………………………………………… 28

2-2- مواد شیمیایی و محلول های مورد استفاده……………… 28

2-3- دستگاه های مورد استفاده …………………………………..29

2-4- سنتز نانو ذرات آهن………………………………………….. 30

2-5- سنتز پلیمر (MAMNPs)………………………………………. 30

2-6- تعیین خصوصیات جاذب……………………………………… 31

2-7- سنتز نانو ذرات مگنتیت پوشش داده شده با سیلیکا……..35

2-8- سنتز IIP……………………………………………………….

2-9- تعیین خصوصیات جاذب………………………………………. 37

2-10-تعیین ظرفیت جاذب به وسیله ایزوترمهای جذب سطحی….41

2-10-1- ایزوترم لانگمویر…………………………………………….. 41

2-10-2- ایزوترم فروندلیچ……………………………………………. 42

2-10-3- ایزوترم لانگمویر- فروندلیچ (سیپس)…………………….. 43

2-10-4- ایزوترم ردلیچ-پیترسون……………………………………. 43

2-11- مدلهای سینتیکی سیستمهای جذب سطحی……………44

2-11-1- سینتیک جذب سطحی………………………………….. 45

2-11-1-1- معادله سرعت شبه مرتبه اول……………………….. 45

2-11-1-2- معادله سرعت شبه مرتبه دوم………………………. 46

فصل سوم: نتایج وبحث

3-1-1- مقدمه………………………………………………………. 51

3-1-2- مطالعات جذب سطحی فلزات……………………………. 52

3-1-3- بررسی اثر متغیرها و بهینه سازی شرایط آزمایش………53

3-1-3-1- بررسی اثر pH…………………………………………….

3-1-3-2- تعیین pH نقطه صفر IIP………………………………..

3-1-3-3- بررسی اثر مقدار جاذب……………………………….. 57

3-1-3-4- اثر زمان به همزدن…………………………………….. 58

3-1-3-5- واجذب یون‌های فلزات از روی نانو ذرات اصلاح شده…59

3-1-3-6- بررسی زمان واجذب………………………………….. 60

3-1-3-7- تعیین ظرفیت جاذب به وسیله ایزوترمهای جذب سطحی….60

3-1-3-8- مطالعات سینیتیکی حذف فلزات…………………….. 64

3-1-4- بحث و نتیجه گیری……………………………………….. 66

3-2-1-مقدمه………………………………………………………. 68

3-2-2- مطالعات جذب سطحی و واجذب……………………….. 68

3-2-3- بهینه سازی شرایط اندازه گیری یون جیوه (II)………….69

3-2-3-1- اثر pH……………………………………………………..

3-2-3-2- اثر مقدار جاذب…………………………………………. 70

3-2-3-3- اثر زمان تماس…………………………………………. 71

3-2-3-4- تعیین ظرفیت جاذب به وسیله ایزوترمهای جذب سطحی….72

3-2-3-5- واجذب جیوه(II) از روی IIP……………………………..

3-2-3-6- بررسی زمان واجذب…………………………………… 75

3-2-3-7- بررسی میزان گزینش پذیری IIPنسبت به جیوه(II)….76

3-2-3-8- مطالعات سینیتیکی حذف یون جیوه(II) به وسیله IIP و NIP……

3-2-3-9- بررسی اثر حجم نمونه بر جذب سطحی………………78

3-2-4- مشخصات تجزیهای و کاربردها………………………….. 79

3-2-5-آماده سازی نمونه حقیقی……………………………….. 80

3-2-6- بحث و نتیجه گیری………………………………………… 81

چکیده:

 این پروژه در دو بخش کلی خلاصه شده است. در بخش اول نانوذرات مگهمایت اصلاح شده با پلیمر هایی ساخته شده از مونومر مرکاپتو اتیل آمین سنتز شد. نانوذرات سنتز شده به صورت کامل باتکنیک های FT-IR, XRD و TEM  مشخصه یابی شد. تاثیر پارامترهایی همچونpH  ، مقدار جاذب و زمان تماس برای به دست آمدن شرایط بهینه جذب سطحی بررسی شد. فرایند جذب سطحی یون­ها از هر دو نقطه نظر تعادلی و سینتیکی به طور کامل مطالعه شد. MAMNPs تمایل بالایی به یون‌های فلزی مورد بررسی نشان داد. در این موردAg(I)> Hg(II)>Pb(II)> Cd(II)، به دلیل اینکه سهم بیشتری از سطح جاذب درگیر می‌باشد. نتایج نشان داد نانو ذرات جدید برای حذف یون های مورد مطالعه مفید و مناسب می باشد، و ظرفیت جذبی بالای این نانوذرات آنهارا گزینه ی مناسبی برای حذف فلزات سنگین از نمونه ­های آب می سازد.

در قسمت دوم حذف و اندازه گیری اسپکترومتری جذب اتمی شعله یون جیوه از محلول های آبی با بهره گرفتن از نانوذرات اصلاح شده با پلیمر قالب یونی مورد تحقیق قرار گرفت. ابتدا یون جیوه

 

روی نانوذره مگهمایت اصلاح شده جذب سطحی شد .یون‌های جذب سطحی شده سپس با حجم کمی از شوینده واجذب شد و به صورت اسپکترومتری اندازه گیری شد. منحنی کالیبراسیون در گستره ng mL-10/1000-0/20  و برای حجم  mL200 خطی بود، معادله­ی کالیبراسیون 0091/0 + C4-09/1 A= با ضریب همبستگی 9948/0 به دست آمد. حد تشخیص روش برای یون جیوه ng mL-1 1/4 و فاکتور رقت  برای این روش 100 به دست آمد.

فصل اول: کلیات و مباحث تئوری

1-1- مقدمه

برای نانوذرات تعاریف متعددی ارائه شده است اما به طورخاص نانوذرات دارای قطری بین 1 تا 250 نانومترمی‌باشند، به عبارتی آنها درحوزهای ما بین اثرات کوانتومی اتمها، مولکولها و خواص مواد توده‌ای قرار می‌گیرند. موادمختلف دراین مقیاس از خود خواص متفاوت و جالبی را بروز می‌دهند. توانایی ساخت وکنترل ساختار نانوذرات به دانشمندان و مهندسین امکان می‌دهد خواص حاصله را تغییر داده و بتوانند خواص مطلوب را در مواد طراحی کنند. موارد فوق العاده گسترده‌ای وجود دارند که اندازه فیزیکی ذره می‌تواند خواص بهبود یافته‌ای را به وجود آورد. مثلاً اندازه کوچک ذرات امکان صیقل دهی ظریفتر سطوح را فراهم می‌کند. نانوذرات مغناطیسی به دلیل داشتن یك سری ویژگی های خاص مانند: (1) سهولت سنتز، (2) مساحت سطح به حجم زیاد به دلیل داشتن ابعاد نانومتری، (3) خاصیت سوپرپارامغناطیسی که باعث می­شود این ذرات به میدان مغناطیسی خارجی پاسخ دهند و در غیاب میدان خارجی خاصیت مغناطیسی خود را از دست بدهند، (4) عدم نیاز به مراحل فیلتراسیون و سانتریفیوژ کردن در طی فرآیند استخراج، (5) توانایی استخراج از حجم زیاد نمونه­ها می‌توانند در استخراج  و حذف گونه های مختلف آلی و معدنی به ویژه آلاینده­های محیطی و جداسازی داروها از نمونه­های بیولوژیکی به كار گرفته شوند ] 2,1[. نانوذرات به قدری کوچک هستند که می‌توان گفت بی‌نظمی چندانی در آنها وجود نداشته و لذا فلزات پرقدرت و بسیار سخت را می‌توان از آنها تولید کرد. مساحت سطح بالای آنها نیز سبب تولید کاتالیزور کاراتر و مواد پر انرژی می‌گردد.

2-1- ماهیت مغناطیسی نانوذرات

در مواد مغناطیسى، مولكول‌ها و اتم‌های سازنده‌ى آن خاصیت مغناطیسی دارند.  به بیان ساده‌تر عناصرى مانند آهن، كبالت، نیكل و آلیاژهای آنها كه توسط آهنربا جذب می‌گردد، مواد مغناطیسی نامیده می‌شود. طبقه بندى مواد مغناطیسی براساس پذیرفتارى مغناطیسى(X)  (قابلیت مغناطیسی شدن ماده) انجام می‌شود براین اساس مواد را به سه گروه فرومغناطیس، پارامغناطیس و دیامغناطیس دسته بندی می‌كنند]1[. در مواد دیامغناطیس برایند گشتاور دوقطبی مغناطیسی صفر است و درحضور میدان مغناطیسى، گشتاور دوقطبی در آنها القا می‌شود، اما جهت این دوقطبی هاى القا شده برخلاف جهت میدان مغناطیسی خارجی است كه باعث می‌شود ماده‌ی ‌دیامغناطیس از میدان مغناطیسی دفع شود. با حذف میدان مغناطیسی خارجى، خاصیت مغناطیسی این مواد باقی نمی‌ماند. پذیرفتارى مغناطیسی در این مواد خیلی كم می‌باشد. تمام گازها (جز اكسیژن)، آب، نقره، طلا، مس، الماس، گرافیت، بیسموت و بسیاری ازتركیبهای آلى دیامغناطیس هستند. در ماده‌ی پارامغناطیس، دوقطبی‌هاى مغناطیسی داراى سمت‌گیرى مشخص و منظمی نیستند، در نتیجه این مواد خاصیت مغناطیسی ندارند. اگر آنها درون یك میدان مغناطیسی قرار داده شوند، در راستای خط‌هاى میدان مغناطیسی منظم می‌شوند. با حذف میدان مغناطیسى، دوقطبی‌هاى مغناطیسی دوباره به سرعت به وضعیت قبلی كه درغیاب میدان داشتند، برمی‌گردند. به این ترتیب، مواد پارامغناطیس درمیدان‌هاى مغناطیسی قوی خاصیت مغناطیسی پیدا می‌كنند. پذیرفتارى مغناطیسی این مواد مقدارى مثبت می‌ باشد. منگنز، پلاتین، آلومینیم، فلزهاى قلیایى و قلیایی خاكى، اكسیژن و نیترون‌اكسید پارامغناطیس هستند. مواد فرومغناطیس مانند مواد پارامغناطیس است، با این تفاوت كه مجموعه‌اى ازدوقطبی‌هاى مغناطیسی در یك جهت و راستا قرار دارند كه خود این مجموعه‌ها در راستا و جهت‌هاى متفاوتی قرارمی‌گیرند، به طورى كه اثر میدان یكدیگر را خنثى می‌كنند. به این مجموعه از دوقطبی‌هاى مغناطیسی كه در یك راستا قرار دارند، حوزه‌ى مغناطیسی می‌گویند. خاصیت مغناطیسی این مواد به سرعت تغییر مسیر این حوزه‌ها و قرار گرفتن در جهت میدان بستگی دارد]3 [. خاصیت مغناطیسی به مقدار بسیار زیادی به اندازه‌‌ی‌ ذره وابسته است. هر ماده‌ی‌ مغناطیس درحالت توده، ازحوزه‌های مغناطیسی تشكیل شده‌است. هرحوزه داراى هزاران اتم است كه در آن جهت چرخش الكترونها یكسان وگشتاورهای مغناطیسی به صورت موازی جهت یافته اند. اماجهت چرخش الكترون‌های هرحوزه با حوزه‌های دیگر متفاوت است. هرگاه، یك میدان مغناطیسی بزرگ، تمام حوزه‌های مغناطیسی را هم‌ جهت كند، تغییر فاز مغناطیسی رخداده و مغناطیسی شدن به حداشباع میرسد. هرذره‌ای كه تنها شامل یك حوزه باشد، میتواند نانوذره به شماررود. نانوذرات مغناطیسی دارای تعداد حوزه‌های كمی هستند و مغناطیسی شدن آنها ساده‌تر است. در مواد فرومغناطیس وقتی اندازه‌ی ذره از یك حوزه‌ی مغناطیسیِ منفرد كوچكتر گردد، پدیده‌ی ابرپارامغناطیس)متصل نشدن ذرات مغناطیسی در ابعاد نانو در شرایط عادى و حساسیت بالاى آنها به میدان مغناطیسى(، به وقوع می‌پیوندد. چون نانوذرات نیاز به نیروی زیادی برای مغناطیسی شدن ندارند، خیلی ازحالت طبیعی فاصله نمی‌گیرند و پس از مغناطیسی شدن تمایل چندانی برای ازدست دادن خاصیت مغناطیسی وباز گشت به وضعیت اولیه را ندارند]3[.

3-1- از جمله کاربردهای نانوذرات می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

– ذخیره اطلاعات: نانوذرات مغناطیسی[1] با اندازه 2 تا 20 نانومتر می‌توانند به عنوان ابزاری برای ذخیره اطلاعات در کارت‌های مغناطیسی استفاده شوند.

– نانوکامپوزیت‌های مغناطیسی: با توزیع و اندازه دانه‌ی مناسب نانوذرات مغناطیسی در بستر مواد پلیمرﻲ می‌‌توان نانوکامپوزیت‌هایی با خاصیت مغناطیسی به دست آورد. که کاربرد زیادی را در سنسورها، پوشش‌های الکترومغناطیس و مواد جاذب امواج، دارا می‌‌باشند  ]4[.

– فروسیال‌ها(محلول‌های مغناطیسی): فروسیال‌ها، محلول‌هایی هستند که در آن نانوذرات مغناطیسی (مانند: آهن و کبالت)، به صورت کلوئید در مایعی معلق می‌باشند و به آن خاصیت مغناطیسی می‌‌بخشند. هر چه اندازه‌ی نانوذرات مغناطیسی کوچک‌تر باشد، محلول خاصیت مغناطیسی بیشتری از خود نشان می‌دهد. از جمله کاربردهای فروسیال‌ها می‌توان به کاربرد آن به عنوان خنک‌ کننده نام برد. هم‌چنین از این محلول‌ها برای به حرکت در‌آوردن سیال‌ها در تراشه‌ها[2] به وسیله‌ی نیروی مغناطیسی استفاده می‌شود.

-كاربرد نانوذرات مغناطیسی درتشخیص ودرمان بیماریها

الف) گرما درمانی مغناطیسى