پایان نامه کارشناسی ارشد حذف فلزات سنگين از فاضلاب‌هاي صنعتي با استفاده از نانو ذرات مگهمايت اصلاح شده با پليمرهاي سنتزي جديد

متن کامل پایان نامه مقطع ارشد : مهندسی شیمی

گرایش : تجزیه

عنوان : حذف فلزات سنگين از فاضلاب‌هاي صنعتي با استفاده از نانو ذرات مگهمايت اصلاح شده با پليمرهاي سنتزي جديد

دانشگاه بوعلی سینا

دانشكـده شيمي

گروه آموزشي شيمي تجزيه

پايان ­نامه ارائه شده به عنوان بخشي از فعاليتهاي تحصيلي لازم جهت اخذ کارشناسي ارشد در رشته شيمي

(گرايش تجزيه)

عنوان:

حذف فلزات سنگين از فاضلاب‌هاي صنعتي با استفاده از نانو ذرات مگهمايت اصلاح شده با پليمرهاي سنتزي جديد

استاد راهنما:

پروفسور طيبه مدرکيان

استاد مشاور:

پروفسور عباس افخمي

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(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- ماهيت مغناطيسی 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- روشهای سنتز نانوذرات مغناطیسی………………………….. 8

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

1-6- روشهای مشخصه یابی نانو ذرات…………………………….. 10

1-7- محافظت و پايدار كردن نانو ذرات مغناطيسي……………….. 12

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

1-9- مكانيسم برهم كنش آناليت – جاذب………………………… 16

1-10- فلزات سنگین و اهميت زيست محيطي آنها ………………17

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

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

1- 12-1- روش پيش آرايشي………………………………………. 20

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

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

1-13-2- مونومر عاملي…………………………………………….. 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- دستگاههای 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 سطحي 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 سطحي………………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:

 اين پروژه در دو بخش کلي خلاصه شده است. در بخش اول نانوذرات مگهمايت اصلاح شده با پليمر هايي ساخته شده از مونومر مرکاپتو اتيل آمين سنتز شد. نانوذرات سنتز شده به صورت کامل باتکنيک هاي FT-IR, XRD و TEM  مشخصه يابي شد. تاثير پارامترهايي همچونpH  ، مقدار جاذب و زمان تماس براي به دست آمدن شرايط بهينه جذب سطحي بررسي شد. فرايند جذب سطحي يون­ها از هر دو نقطه نظر تعادلي و سينتيکي به طور کامل مطالعه شد. MAMNPs تمايل بالايي به يون‌هاي فلزي مورد بررسي نشان داد. در اين موردAg(I)> Hg(II)>Pb(II)> Cd(II)، به دليل اينکه سهم بيشتري از سطح جاذب درگير مي‌باشد. نتايج نشان داد نانو ذرات جديد براي حذف يون هاي مورد مطالعه مفيد و مناسب مي باشد، و ظرفيت جذبي بالاي اين نانوذرات آنهارا گزينه ي مناسبي براي حذف فلزات سنگين از نمونه ­هاي آب مي سازد.

در قسمت دوم حذف و اندازه گيري اسپکترومتري جذب اتمي شعله يون جيوه از محلول هاي آبي با استفاده از نانوذرات اصلاح شده با پليمر قالب يوني مورد تحقيق قرار گرفت. ابتدا يون جيوه روي نانوذره مگهمايت اصلاح شده جذب سطحي شد .يون‌هاي جذب سطحي شده سپس با حجم کمي از شوينده واجذب شد و به صورت اسپکترومتري اندازه گيري شد. منحني کاليبراسيون در گستره ng mL-10/1000-0/20  و براي حجم  mL200 خطي بود، معادله­ي کاليبراسيون 0091/0 + C4-09/1 A= با ضريب همبستگي 9948/0 به دست آمد. حد تشخيص روش براي يون جيوه ng mL-1 1/4 و فاکتور رقت  براي اين روش 100 به دست آمد.

فصل اول: کلیات و مباحث تئوری

1-1- مقدمه

براي نانوذرات تعاریف متعددي ارائه شده است اما به طورخاص نانوذرات داراي قطري بین 1 تا 250 نانومترمی‌باشند، به عبارتی آنها درحوزهاي ما بین اثرات کوانتومی اتمها، مولکولها و خواص مواد توده‌اي 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 گسترده‌اي 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 مغناطيسي به دليل داشتن يك سري ويژگي هاي خاص مانند: (1) سهولت سنتز، (2) مساحت سطح به حجم زياد به دليل داشتن ابعاد نانومتري، (3) خاصيت سوپرپارامغناطيسي که باعث مي­شود اين ذرات به ميدان مغناطيسي خارجي پاسخ دهند و در غياب ميدان خارجي خاصيت مغناطيسي خود را از دست بدهند، (4) عدم نياز به مراحل فيلتراسيون و سانتريفيوژ کردن در طي فرآيند استخراج، (5) توانايي استخراج از حجم زياد نمونه­ها مي‌توانند در استخراج  و حذف گونه هاي مختلف آلي و معدني به ويژه آلاينده­هاي محيطي و جداسازی داروها از نمونه­های بیولوژیکی به كار گرفته شوند ] 2,1[. نانوذرات به قدري 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 بالاي آنها نیز سبب تولید کاتالیزور کاراتر و مواد پر انرژي می‌گردد.

2-1- ماهيت مغناطيسی نانوذرات

در مواد مغناطيسى، مولكول‌ها و اتم‌های سازنده‌ى آن خاصيت مغناطيسی دارند.  به بيان ساده‌تر عناصرى مانند آهن، كبالت، نيكل و آلياژهای آنها كه توسط آهنربا جذب می‌گردد، مواد مغناطيسی ناميده می‌شود. طبقه بندى مواد مغناطيسی براساس پذيرفتارى مغناطيسى(X)  (قابليت مغناطیسی شدن ماده) انجام می‌شود براين اساس مواد را به سه گروه فرومغناطيس، پارامغناطيس و ديامغناطيس دسته بندی می‌كنند]1[. در مواد ديامغناطيس برايند گشتاور دوقطبی مغناطيسی صفر است و درحضور ميدان مغناطيسى، گشتاور دوقطبی در آنها القا می‌شود، اما جهت اين دوقطبی هاى القا شده برخلاف جهت ميدان مغناطيسی خارجی است كه باعث می‌شود ماده‌ی ‌ديامغناطيس از ميدان مغناطيسی دفع شود. با حذف ميدان مغناطيسی خارجى، خاصيت مغناطيسی اين مواد باقی نمی‌ماند. پذيرفتارى مغناطيسی در اين مواد خيلی كم می‌باشد. تمام گازها (جز اكسيژن)، آب، نقره، طلا، مس، الماس، گرافيت، بيسموت و بسياری ازتركيبهای آلى ديامغناطيس هستند. در ماده‌ی پارامغناطيس، دوقطبی‌هاى مغناطيسی داراى سمت‌گيرى مشخص و منظمی نيستند، در نتيجه اين مواد خاصيت مغناطيسی ندارند. اگر آنها درون يك ميدان مغناطيسی قرار داده شوند، در راستای خط‌هاى ميدان مغناطيسی منظم می‌شوند. با حذف ميدان مغناطيسى، دوقطبی‌هاى مغناطيسی دوباره به سرعت به وضعيت قبلی كه درغياب ميدان داشتند، برمی‌گردند. به اين ترتيب، مواد پارامغناطيس درميدان‌هاى مغناطيسی قوی خاصيت مغناطيسی پيدا می‌كنند. پذيرفتارى مغناطيسی اين مواد مقدارى مثبت می‌ باشد. منگنز، پلاتين، آلومينيم، فلزهاى قليايى و قليايی خاكى، اكسيژن و نيترون‌اكسيد پارامغناطيس هستند. مواد فرومغناطيس مانند مواد پارامغناطيس است، با اين تفاوت كه مجموعه‌اى ازدوقطبی‌هاى مغناطيسی در يك جهت و راستا قرار دارند كه خود اين مجموعه‌ها در راستا و جهت‌هاى متفاوتی قرارمی‌گيرند، به طورى كه اثر ميدان یكديگر را خنثى می‌كنند. به اين مجموعه از دوقطبی‌هاى مغناطيسی كه در يك راستا قرار دارند، حوزه‌ى مغناطيسی می‌گويند. خاصيت مغناطيسی اين مواد به سرعت تغيير مسير اين حوزه‌ها و قرار گرفتن در جهت ميدان بستگی دارد]3 [. خاصيت مغناطيسي به مقدار بسيار زيادي به اندازه‌‌ي‌ ذره وابسته است. هر ماده‌ي‌ مغناطيس درحالت توده، ازحوزه‌هاي مغناطيسی تشكيل شده‌است. هرحوزه داراى هزاران اتم است كه در آن جهت چرخش الكترونها يكسان وگشتاورهاي مغناطيسي به صورت موازي جهت يافته اند. اماجهت چرخش الكترون‌های هرحوزه با حوزه‌هاي ديگر متفاوت است. هرگاه، يك ميدان مغناطيسي بزرگ، تمام حوزه‌هاي مغناطيسي را هم‌ جهت كند، تغيير فاز مغناطيسي رخداده و مغناطيسی شدن به حداشباع ميرسد. هرذره‌اي كه تنها شامل يك حوزه باشد، ميتواند نانوذره به شماررود. نانوذرات مغناطيسي داراي تعداد حوزه‌هاي كمي هستند و مغناطيسی شدن آنها ساده‌تر است. در مواد فرومغناطيس وقتي اندازه‌ي ذره از يك حوزه‌ي مغناطيسيِ منفرد كوچكتر گردد، پديده‌ي ابرپارامغناطيس)متصل نشدن ذرات مغناطيسی در ابعاد نانو در شرايط عادى و حساسيت بالاى آنها به ميدان مغناطيسى(، به وقوع مي‌پيوندد. چون نانوذرات نياز به نيروي زيادي براي مغناطيسی شدن ندارند، خيلي ازحالت طبيعي فاصله نمي‌گيرند و پس از مغناطيسی شدن تمايل چنداني براي ازدست دادن خاصيت مغناطيسي وباز گشت به وضعيت اوليه 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 مغناطيسی درتشخيص ودرمان بيماریها

الف) گرما درمانی مغناطيسى

ب) تصوير برداری تشديد  مغناطيسى

گرما درمانی يكي از روش‌هاي درمان سرطان است كه برای آسيب رساندن به سلولهاى سرطانی و نابودى آنها، بافت بدن را درمعرض گرماى43 درجه‌ی سانتي‌گراد قرار  می‌دهند نانوذرات می‌توانند دراثرميدانهاى مغناطيسی متناوب گرما توليدكنند. ميزان گرماى توليد شده بستگی به نوع ذره،خواص مغناطيسی آن و عوامل موثر بر روى ميدان مغناطيسی دارد ]5[.

تصوير برداری تشديد مغناطيسی  (MRI)يك ابزارتشخيصی غيرتهاجمی است كه با استفاده از يك ميدان مغناطيسی قوى خارجى، تصاويری دقيق و همراه با جزييات را از ساختارهاى داخل بدن ایجاد می‌کند. با استفاده از نانوذرات مغناطيسی به خصوص آهن اكسيد، شناسايی بافتهای آسيب ديده با حساسيت بسيار بالا و با مقداركم مواد تزريقی انجام می‌شود. اين تصوير بردارى براساس تحريك پروتونهای هسته‌ی‌‌‌(هيدروژن ) مولكول آب انجام می‌شود ]6[.

ج) نانوذرات مغناطيسی به عنوان ابزارتشخيصي

يكي از روشهاي تشخيص نانومولكولي، استفاده از نانوذراتي مانند نانوذرات طلا، نانوذرات مغناطيسي و نقاط كوانتمی است، آنها با اتصال به پادتني مناسب براي شناسايي مولكولها و ساختارهاي خاص مورد استفاده قرارمي‌گيرد]6[.

د) دارورسانی هدفمند و ژن درمانى

يكي از اهداف فناوری نانو سواركردن داروها بر روي مواد حامل (نانوذره) وسپس فرستادن و رهاكردن آنها به درون سلول هدف است كه به آن دارورساني هدفمند اطلاق مي‌شود. نانوذرات مغناطيسی براى انتقال دارو دركاربردهای عملی بسيار مورد توجه هستند]6 [.

4-1- نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن

عنصر آهن به طور طبیعی دارای سه اکسید طبیعی هماتیت، مگنتیت، و مگهمیت می­باشد. هماتیت فراوان­ترین نوع از اکسیدهای آهن می­باشد و نسبت به دو نوع دیگر دارای پایداری بیشتری می­باشد. گونه­های دیگر نیز در نهایت به این گونه تبدیل می­شوند.

مگنتیت از لحاظ مغناطیسی، فرو مغناطیس می­باشد و در بین فلزات واسطه بیشترین خاصیت مغناطیسی را دارد. این اکسید آهن مشکی رنگ است. در واقع به علت خاصیت مغناطیسی خیلی زیاد مگنتیت و افزایش این خاصیت برای ذراتی با گستره ی شعاعی در حد نانومتر، مطالعات بسیار زیادی در زمینه­ی سنتز و کاربرد این ذرات انجام گرفته است]7[.

[1]. Magnetic nanoparticles           

[2] . Chips

تعداد صفحه : 117

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       info@elmyar.net

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :

 

برای جستجو بر اساس موضوع های پایان نامه ها اینجا کلیک کنید

مطالب مشابه را هم ببینید

 

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید