شکل (۱-۱۷) نمودار لنگمویر جذب رنگ آنیلین بلو……………………………………………۴۰
شکل (۱-۱۸) نمودار لنگمویر جذب رنگ آزو کارمین جی …………………………………..۴۱
شکل (۱-۱۹) نمودار فرندلیچ جذب رنگ آنیلین بلو ………………………………………….۴۲
شکل (۱-۲۰) نمودار فرندلیچ جذب رنگ آزو کارمین جی ………………………………….۴۳
شکل (۱-۲۱) نمودار تمکین جذب رنگ آنیلین بلو ……………………………………………۴۴
شکل (۱-۲۲) نمودار تمکین جذب رنگ آزو کارمین جی…………………………………….۴۵
عنوان صفحه
شکل (۱-۲۳) نمودار سنتیک شبه درجه اول جذب رنگ آنیلین بلو……………………………۴۸
شکل (۱-۲۴) نمودار سنتیک شبه درجه دوم جذب رنگ آنیلین بلو……………………………۴۹
شکل (۱-۲۵) نمودار سنتیک الوویچ جذب رنگ آنیلین بلو……………………………………۵۰
شکل (۱-۲۶) نمودار سنتیک نفوذ درون ذره ای رنگ آنیلین بلو………………………………۵۱
شکل (۱-۲۷) نمودار سنتیک درجه اول رنگ آزوکارمین جی………………………………..۵۲
شکل (۱-۲۸) نمودار سنتیک درجه دوم رنگ آزوکارمین جی………………………………..۵۳
شکل (۱-۲۹) نمودار سنتیک الوویچ رنگ آزوکارمین جی……………………………………۵۴
شکل (۱-۳۰) نمودار سنتیک نفوذ درون ذره ای رنگ آزوکارمین جی……………………….۵۵
شکل (۱-۳۱) نمودار Ln kc بر حسب ۱/T برای تخمین پارامترهای ترمو دینامیکی رنگ آزو کارمین جی بر روی آلومینای فعال اصلاح شده با نانو ذرات نقره ……………………………….۵۹
شکل (۱-۳۲) نمودار Ln kc بر حسب ۱/T برای تخمین پارامترهای ترمو دینامیکی رنگ آنیلین بلو بر روی آلومینای فعال اصلاح شده با نانو ذرات نقره …………………………………………۵۹
شکل (۲-۱) فرمول ساختاری سانست یلو…………………………………………………………..۷۵
شکل) ۲-۲) مراحل مختلف استخراج نقطه ابری…………………………………………………۷۷
شکل (۲-۳) طیف مرئی- فرابنفش سانست یلو……………………………………………………..۷۹
شکل (۲-۴) تاثیر نوع سورفکتانت بر کارایی استخراج سانست یلو………………………………..۸۰.
شکل (۲-۵) تاثیر نوع حلال بر کارایی استخراج سانست یلو……………………………………….۸۱
شکل (۲- ۶) نمودار پارتو پلات…………………………………………………………………..۸۴
شکل (۲-۷) نمودار پارتوپلات اصلاح شده………………………………………………………۸۵
شکل (۲-۸) اثرپارامترهایی نظیر غلظت سورفکتانت، غلظت نمک، pH و دما بر روی استخراج سانست یلو……………………………………………………………………………………………۸۶
شکل(۲-۹) نمودار سطح پاسخ سانست یلو……………………………………………………….۸۹
شکل (۲- ۱۰) منحنی کالیبراسیون داده های به دست آمده برای سانست یلو……………………….۹۱
بخش اول
حذف رنگهای آزوکارمین جی و آنیلین بلو با بهره گرفتن از نانوذرات نقره تثبیت شده روی آلومینای فعال
فصل اول
مقدمه و تئوری
۱-۱- نانومتر و نانو تکنولوژی
مقیاس نانومتر معمولاً به عنوان ۱۰۰-۱ نانومتر تعریف شده است و یک نانومتر یک میلیاردم متر است. فناوری نانو یک زمینه از علوم کاربردی با تمرکز بر طراحی، سنتز، شناسایی واستفاده از مواد و دستگاه در مقیاس نانو میباشد. این شاخه از دانش یک زیر دسته بندی از تکنولوژی در علم کلوئیدی، زیست شناسی، فیزیک، شیمی و دیگر رشته های علمی میباشد و شامل مطالعه پدیده و دستکاری مواد در مقیاس نانو میباشد. یکی از جنبه های منحصر به فرد از فناوری نانو، نسبت افزایش زیاد سطح به حجم موجود در بسیاری از مواد در مقیاس نانو است که امکانات جدیدی را در علم سطح مثل شیمی سطح ارائه میدهد [۱].
۱-۲- نانو مواد
کلیه مواد رایج هم چون فلزات، نیمه هادیها، شیشه، سرامیک و پلیمرها توانایی رسیدن به ابعاد نانو را دارا میباشند. موادآلی و معدنی، ذرات بلوری یا به شکل پودر یا ذرات پخش شده در یک ماتریس، به صورت ذرات منفرد و جدا از هم یا به صورت کلوخ های کلوئیدی، سوسپانسیون و محلولها یا امولسیونی و غیره دارای ساختارهای نانومواد میباشند [۲]. خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ماده تبدیل شده به ابعاد نانو نسبت به خواص آن در ابعاد ماکرویی کاملاً متفاوت است. در مقیاس نانو، خواص ایجاد شده با توجه به اندازه سلول، تسلط پدیده های سطحی و اثرات کوانتومی، اغلب بسیار مطلوب میباشد. این خواص جدید و منحصر به فرد مواد نانو ساختار، نانوذرات و دیگر نانو فناوریهای مرتبط منجر به بهبود کاتالیزورها، افزایش استحکام و مقاومت و بسیاری از ویژگیهای جالب دیگر شده است.
نانو مواد را میتوان در یک طبقه بندی کلی، به دو دسته نانوبلورها [۱]و نانو ذرات[۲] تقسیم کرد:
۱-نانوبلورها: عبارتند از مواد چند بلوری با اندازه دانه های کمتر از ۱۰۰ نانومتر.
۲-نانو ذرات:عبارتند از ذرات بسیار کوچک با ابعاد ریز (کمتر از ۱۰۰ نانومتر) که به عنوان بلوکهای ساختمانی نانو مواد بلوری در نظر گرفته میشوند [۳].
۱-۲-۱- نانوذرات
نانو ذرات ذرههایی هستند که ابعاد آنها در حدود ۱تا۱۰۰ نانومتر باشد. نانو ذرات علاوه بر نوع فلزی، عایقها، نیمه هادیها، ترکیبی نظیر ساختارهای هستهلایه را نیز در بر میگیرند. همچنین نانوکرهها، نانومیلهها، و نانوفنجانها جزء اشکالی از نانو ذرات در نظر گرفته میشوند. نانو ذرات در اندازههای پایین نانوخوشه به حساب میآیند. نانو بلورها و نقاط کوانتومی نیمه هادی نیز زیر مجموعه نانو ذرات هستند. چنین نانو ذراتی در کاربردهای بیودارویی به عنوان حامل دارو و عوامل تصویربرداری استفاده میشوند [۴].
۱-۳- خصوصیات ویژه نانو ذرات
۱-۳-۱- افزایش نسبت سطح به حجم
افزایش نسبت سطح به حجم نانو ذرات باعث می شود که اتمهایی که روی سطح قرار دارند، اثر بسیار بیشتری بر خواص فیزیکی ذرات در مقایسه با اتمهای درون حجم ذرات داشته باشند که این ویژگی باعث می شود واکنش پذیری ذرات به شدت افزایش یابد وعلاوه بر این افزایش سطح ذرات باعث تغییر فشار سطحی شده و به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتمهای ذرات منجر می شود و این تغییر در فاصله بین اتمهای ذرات و هندسه ذرات روی خواص الکترونیکی ماده هم اثر می گذارد [۴].
۱-۴-
نقره عنصر براق فلزی میباشد و در موقعیت چهل و هفتم جدول تناوبی قرار گرفته و با نماد Ag که از کلمه Argentum می آید، نشان داده می شود و شصت و سومین فلز فراوان در پوسته زمین است. عنصر نقره یک فلز واسطه چکش خوار با ظاهر فلزی براق به رنگ سفید است. در بین تمام عناصر نقره دارای بالاترین هدایت الکتریکی و هدایت حرارتی است و کمترین مقاومت تماسی را دارد. نقره در هوای خالص و آب پایدار است [۵].
از آنجا که ترکیبات نقره محلول برای برخی از باکتری ها، ویروسها، جلبکها و قارچها سمی هستند، برنامه های مختلف بر اساس اثرات میکروب کشی قوی از ترکیبات نقره پدید آمدند. نقره در پارچهها برای مهار رشد باکتری ها استفاده شده است و قادر به از بین بردن ۶۵۰ نوع بیماری ناشی از میکروارگانیسمها میباشد. بیماریهای مختلف اعم از بیماریهای روانی با بهره گرفتن از ترکیبات نقره درمان میشوند [۶].
نانو ذرات نقره ذرات ریزی از فلز نقره هستند که حداقل ابعادی کمتر از ۱۰۰ نانومتر دارند. نانوذرات نقره به دو صورت عمده تولید و به کار مىرود که شامل یونهاى نقره و نقرهى فلزى مىشود. منظور از یونهاى نقره، سوسپانسیونى است که ذرات نقره در آن به صورت یونهایى است که از ترکیب نقرهى موجود در مادهى حامل حاصل می شود و تأثیر آن از طریق مکانیسم یونى میسر مىگردد. ترکیب مذکور اکثراً بر اساس نیترات نقره یا کلرید نقره مىباشد که در حامل سوسپانسیون که معمولاً آب مىباشد تأثیر خود را نمایان مىسازد. در صورت دیگر، نانوذرات به شکل نقرهى فلزى در مادهى حامل که معمولاً آب یا اتانول است وجود دارند و از طریق مکانیسم کاتالیستى عمل مىکنند. البته نانوذرات نقره به صورت پودر نیز تولید می شود که براى استفاده به صورت سوسپانسیون در مادهى حامل آماده سازى میگردد و یا اینکه مستقیماً به عنوان مادهى افزودنى مصرف مىگردد [۷].
نانونقره دارای خواص شیمیایی و بیولوژیکی است که برای مصرف کنندگان محصولات، تکنولوژی مواد غذایی، نساجی و صنایع پزشکی جذاب است. همچنین دارای خواص نوری و فیزیکی منحصر به فرد است و پتانسیل زیادی برای کاربردهای پزشکی دارد. فعالیت ضد میکروبی قوی نانو نقره یک دلیل عمده برای توسعه محصولات حاوی نانو نقره است. از بیش از صد محصولات مصرفی که حاوی نانو مواد است، تقریباً ۲۵ درصد حاوی نانو نقره میباشد. محصولات مصرفی حاوی نانو نقره شامل پارچه مقاوم در برابر بو، الکترونیک و لوازم خانگی، لوازم آرایشی و محصولات مراقبت شخصی، دستگاههای پزشکی، ضدعفونی کننده آب، اسپری اتاق، اسباب بازی کودکان و مکملهای سلامت میباشد [۶].
۱-۵- روشهای سنتز نانونقره در فاز محلول
روشهای مختلفی برای سنتز نانو ذرات نقره استفاده شده اند که میتوان احیای شیمیایی یونهای نقره در محلولهای آبی یا غیر آبی، روشهای بر پایه بستر، احیای الکتروشیمیایی، احیا به کمک امواج اولتراسونیک، احیای فتوکاتالیتیکی یا احیا توسط تهییج نوری، سنتز به کمک امواج ریز موج، احیای تابشی، روش میکرو امولسیون، احیای بیوشیمیایی و … را نام برد [۸].
مهمترین نکته در سنتز نانو ذرات نقره جلوگیری از کلوخه شدن و به هم چسبیدن این نانو ذرات در طول سنتز و نگهداری آنها میباشد. نانو ذرات تهیه شده نسبت به مجتمع و حجیم شدن ناپایدارند واین مسئله سبب رشد آنها در یک محیط مایع می شود که باعث از دست دادن خواص نانویی این ذرات می شود. به همین دلیل اغلب از عوامل پایدارساز، برای جلوگیری از به هم پیوستن ذرات استفاده می شود. دو روش عمده که برای پایدارسازی نانوذرات به کار میروند پایدارسازی الکترواستاتیکی و پایدارسازی به روش استقرار اجزا در فضا میباشند. در روش اول، از ترکیبات یونی مثل هالیدها، کربوکسیلاتها و یا پلیآکسوآنیونها استفاده می شود .این ترکیبات وقتی در محلولها حل شوند جذب سطوح ذرات فلزی شده و یک لایه دوگانه الکتریکی اطراف ذره تشکیل می دهند که باعث دافعه کولونی شده از تجمع ذرات جلوگیری می کنند. در روش دوم از ماکرومولکولهایی مثل پلیمرها و یا اولیگومرها استفاده می شود این مولکولهای بزرگ به سطوح ذرات فلزی میچسبند. با نزدیک شدن ذرات فلزی، ماکرومولکولها در هم تنیده شده و از به هم چسبیدن و مجتمع شدن ذرات فلزی به هم جلوگیری می کنند [۹].
روش کاهش شیمیایی رایجترین روش از همه روشها برای تولید نانو ذرات نقره میباشد مهمترین مزیتی که این روش ارائه میدهد شامل عملکرد بالا از نانو ذرات تجمع نیافته، قیمت پایین و سهولت کارایی آن میباشد [۱۰]. این روش بر اساس کاهش نقره نیترات در محلول آبی با یک عامل کاهنده در حضور مقدار مناسب از تثبیت کننده میباشد که رشد نانو ذرات نقره مختل نشده از تجمع را کنترل می کند. سدیم بورهیدرید، هیدرازین، اتانول و اتیلن گلیکول مثالهایی از عامل کاهنده میباشند. در تشکیل نانو ذرات نقره به وسیله روش کاهش شیمیایی، اندازه ذرات و حالت تجمعی از نانو ذرات نقره بستگی به پارامترهای مختلفی مثل غلظت اولیه نقره نیترات، عامل کاهنده، تثبیت کننده و نسبت غلظت مولی از عامل کاهنده به نقره نیترات دارد. از مهم ترین خصوصیات نانوذرات نقره مى توان به مطابقت با شرایط مختلف جوى، آنتى اسید وآنتى-آنیون، سازگار با محیط زیست و غیر سمى بودن اشاره کرد [۱۱].
۱-۶- آلومینای فعال
آلومینای فعال یک شکل گرانوله (دانه ریز) از آلومینیوم اکسید است. مواد خام معمولی برای به دست آوردن آلومینای فعال بوکسیت میباشد. این ماده بسیار متخلخل است و سطح بسیار بزرگی دارد و دارای ظرفیت جذب بزرگی در واحد وزن میباشد. این ماده حتی زمانی که با آب اشباع شده است، خشک به نظر میرسد و علاوه بر این نسبت به اکثر مایعات و گازها از نظر شیمیایی بی اثر است. مقاومت عالی در برابر رسوب گذاری توسط پلیمریزاسیون الفین، امکان استفاده گسترده آلومینای فعال در صنایع پتروشیمی را میدهد. آلومینای فعال جاذب مورد استفاده برای حذف فلورید، آرسنیک، سلنیوم و مواد آلی طبیعی از آب میباشد. عمل جذب آلومینای فعال یک فرایند فیزیکی/ شیمیایی است که در آن یونهای درون محلول بر روی سطح اکسید شده آلومینای فعال جذب میشوند. از مزایای این ماده در مقایسه با دیگر جاذبها این است که نه تراکم مویینگی و نه آب آزاد، خواص ساختاری آن را از بین نمیبرد [۱۲].
۱-۷- جذب سطحی
جذب به دو شکل سطحی و درونی انجام میگیرد. در جذب درونی حل شونده به درون منافذ جامد نفوذ و به سطوح داخلی مانند زنجیر میچسبد. جذب سطحی فرآیندی است که زمانی رخ میدهد که یک گاز یا مایع محلول در سطح جامد یا مایع تجمع مییابد. به عبارت دیگر جذب سطحی میزان چسپندگی از اتمها، یونها، مولکولهای زیستی یا مولکولهای گاز، مایع و یا جامد حل شده به یک سطح میباشد و این فرایند یک فیلم از ماده جذب شده (اتمها یا مولکولهای انباشته شده) روی سطح جاذب ایجاد می کند. این فرایند پدیده ای سطحی ویک نتیجه از انژی سطحی است. جذب سطحی عمدتاً بر روی دیواره های منافذ و یا در سایتهای خاصی در داخل ذرات اتفاق میافتد. از آنجا که منافذ به طور کلی کوچک هستند، مساحت سطح داخلی بزرگتر از منطقههای خارجی است. تفکیک به دلیل تفاوت در وزن مولکولی، شکل و یا قطبیت باعث می شود برخی مولکولها بیشتر از مولکولهای دیگر روی سطح نگهداشته شوند. ماهیت دقیق اتصال بستگی به جزئیات مربوط به گونه های درگیر دارد. فرایند جذب سطحی به دو روش زیر رخ میدهد [۱۳].
۱-۷-۱- جذب سطحی فیزیکی
در جذب سطحی فیزیکی ماده جذب شده به وسیله نیروهای واندروالسی جذب سطح میشوند بنابراین مولکولهایی از گاز که جذب سطحی شدهاند، تا همان حد تحت تاثیر قرار گرفتهاند که گویی مایع شده باشند [۱۳].
[جمعه 1400-07-30] [ 10:50:00 ق.ظ ]
|