دانلود پروژه:تهیه نانولوله کربنی چند دیواره پوشش داده‌شده با پلی آنیلین به‌عنوان جاذب جهت حذف سریع رنگزای آبی مستقیم 199 از پساب‌های صنعتی

فهرست مطالب

عنوانصفحه

چکیده………………………………………………………………………………………………1

فصل اول: کلیات تحقیق

• مقدمه……………………………………………………………………………………3

• بیان مسئله……………………………………………………………………………….4

• سوابق مربوطه……………………………………………………………………………….4

• فرضیه‌ها…………………………………………………………………………………5

• اهداف تحقیق………………………………………………………………………………………5

• جنبه نوآوری تحقیق……………………………………………………………5

فصل دوم: ادبیات و پیشینه تحقیق

• تعریف اصطلاحات متغیرها…………………………………………………..7

2-1-1- مقدمه ای بر آلاینده های آب……………………………………………………..7

2-1-2- رنگ…………………………………………………………………………………..7

2-1-2-1-رنگزا، رنگینه و رنگدانه……………………………………………………………9

2-1-2-2-طبقه‌بندی مواد رنگزا……………………………………………………………..10

2-1-2-2-1- طبقه‌بندی مواد رنگزا طبق ساختار شیمیایی………………………………..10

2-1-2-2-1-1- مواد رنگزای آزو…………………………………………………..10

2-1-2-2-1-2- مواد رنگزای آنتراکینون…………………………………………11

2-1-2-2-1-3- مواد رنگزای ایندیگوئید……………………………………….11

2-1-2-2-2- طبقه‌بندی مواد رنگزا برحسب کاربرد………………………………12

2-1-2-2-2-1- مواد رنگزای گروه اول…………………………………………..12

2-1-2-2-2-1-1- مواد رنگزای اسیدی……………………………………………..12

2-1-2-2-2-1-2- مواد رنگزای مستقیم……………………………………………………13

2-1-2-2-2-1-2-1- رنگزای آبی مستقیم 199…………………………………………….14

2-1-2-2-2-1-3- مواد رنگزای بازیک……………………………………………….14

2-1-2-2-2-1-4- مواد رنگرزی دیسپرس…………………………………………..15

2-1-2-2-2-2- مواد رنگزای گروه دوم………………………………………………….16

2-1-2-2-2-2-1- مواد رنگزای گوگردی……………………………………………16

2-1-2-2-2-2-2- مواد رنگزای خمی…………………………………………16

2-1-2-2-2-2-3- مواد رنگزای آزوئیک………………………………………..17

2-1-2-2-2-2-4- مواد رنگزای اینگرین…………………………………………..17

2-1-2-2-2-2-5- مواد رنگزای اکسیداسیون………………………………………..17

2-1-2-2-2-2-6- مواد رنگزای راکتیو……………………………………………….18

2-1-2-2-2-2-7- مواد رنگزای کرومی (مواد رنگزای دندانه‌ای)……………………..18

2-1-2-2-2-2-8- پیگمنت ها……………………………………………………….19

2-1-3- انواع روش‌های حذف مواد از آب………………………………….20

2-1-3-1- روش شیمیایی…………………………………………………………..20

2-1-3-2- روش فیزیکی……………………………………………………………………..21

2-1-3-3- روش بیولوژیکی…………………………………………………………21

2-1-3-4- انواع روش‌های حذف رنگ از پساب………………………………………..21

2-1-3-4-1- روش بیولوژیکی…………………………………………………………………21

2-1-3-4-2- روش‌های شیمیایی…………………………………………………….22

2-1-3-4-2-1-  روش الکتروشیمیایی…………………………………………………22

2-1-3-4-2-2-  روش انعقاد و لخته سازی……………………………………………..22

2-1-3-4-2-3-  روش اکسیداسیون…………………………………………………..22

2-1-3-4-2-3-1-  اکسیداسیون با ازن……………………………………………………22

2-1-3-4-2-3-2-  استفاده از فرآیندهای فوتولیز و التراسونولیز…………………22

2-1-3-4-2-3-3-  اکسیداسیون با فرآیندهای فوتوفنتون………………………………..23

2-1-3-4-2-4- روش تصفیه الکتروکواگولاسیون…………………………………23

2-1-3-4-3-  روش‌های فیزیکی………………………………………………………..23

2-1-3-4-3-1-  جذب سطحی…………………………………………………………..23

2-1-3-4-3-2-  تئوری جذب سطحی………………………………………………….24

2-1-3-4-3-3-  عوامل مؤثر برجذب سطحی………………………………………………..24

2-1-3-4-3-3-1- اختلاط………………………………………………………………..24

2-1-3-4-3-3-2-  خواص و نوع جاذب……………………………………………….24

2-1-3-4-3-3-3- اندازه ذرات جذب‌شونده…………………………………………..25

2-1-3-4-3-3-4-PH ………………………………………………………………………25

2-1-3-4-3-3-5- وزن مولکولی…………………………………………………………25

2-1-3-4-3-3-6- دما…………………………………………………………….25

2-1-3-4-3-3-7- نیروهای کنترل‌کننده جذب سطحی………………………………26

2-1-3-4-3-4- حذف رنگ با استفاده از کربن فعال………………………………….27

2-1-3-4-3-5- حذف رنگ توسط جاذب کیتوسان…………………………….27

2-1-4-نانو جاذب……………………………………………………………….27

2-1-4-1-ویژگی یک جاذب مطلوب………………………………………………….28

2-1-5-کامپوزیت……………………………………………………………………..28

2-1-6-نانوکامپوزیت…………………………………………………………..28

2-1-6-1- طبقه‌بندینانو کامپوزیت‌ها………………………………………..28

2-1-6-1-1- نانو کامپوزیت‌های پایه پلیمری…………………………………..29

2-1-6-1-2- نانو کامپوزیت‌های پایه سرامیکی………………………………………………29

2-1-6-1-3- نانو کامپوزیت‌های پایه فلزی…………………………………………..30

• نانولوله‌های کربنی………………………………………………………………….30

2-1-7-1- انواع نانولوله های کربنی…………………………………………………..33

2-1-7-1-1- نانولوله کربنی تک جداره………………………………………………….33

2-1-7-1-2- نانولوله کربنی چند جداره………………………………………………35

2-1-7-1-3- فولرایت……………………………………………………..36

2-1-7-1-4- متخلخل یا حلقه‌ای (Nano Torus)……………………………36

2-1-7-1-5- ساختارهای غیر ایده آل…………………………………………36

2-1-7-2- خواص نانولوله‌ها…………………………………….37

2-1-7-2-1- واکنش‌پذیری شیمیایی……………………………………………………………37

2-1-7-2-2- استحکام ومقاومت…………………………………………………………….37

2-1-7-2-3- خواص حرکتی……………………………………………………….39

2-1-7-2-4- خواص الکتریکی…………………………………………………………39

2-1-7-2-5- خواص حرارتی………………………………………………………………….40

2-1-7-2-6- تأثیر نقایص بر خواص……………………………………………………………..40

2-1-7-2-7- رفتار الاستیکی نانولوله………………………………………………………………41

2-1-7-3- روش‌های ساخت…………………………………………………………………………..42

2-1-7-3-1- مکانیزم رشد………………………………………………………………43

2-1-7-3-2- روش قوس الکتریکی………………………………………………….44

2-1-7-3-3- تبخیر لیزری…………………………………………………………………45

2-1-7-3-4- رسوب بخار شیمیایی(CVD)………………………………………….46

2-1-7-3-5- سایش از طریق آسیاب گلوله‌ای…………………………………..48

2-1-7-4- خالص‌سازی نانولوله های کربنی…………………………………………..49

2-1-8- پلی آنیلین…………………………………………………………………………….51

2-1-8-1- معایب پلی آنیلین………………………………………………………..52

2-1-8-2- تحقیقات انجام‌شده با کامپوزیت‌های بر پایه پلی آنیلین………………………52

2-1-8-3- مقایسه پذیری روش‌ها……………………………………………….52

فصل سوم: روش تحقیق

3-1- خلاصه……………………………………………………………………………..54

3-2- مواد موردنیاز و تهیه محلول‌ها…………………………………………………. 54

3-2-1- مواد موردنیاز……………………………………………………………………54

3-2-2- تهیه محلول‌ها…………………………………………………………………..55

3-2-2-1- سدیم هیدروکسید 1 مولار (جهت تنظیم PH)…………………………………55

3-2-2-2- هیدروکلریک اسید 1 مولار (جهت تنظیم PH)……………………………………….55

3-2-2-3- تهیه 100 میلی‌لیتر محلول سولفوریک اسید 1 مولار……………………………….56

3-3- ابزارها ودستگاه ها………………………………………………………56

-4- روش کار……………………………………………………………………………………….56

3-4-1- تهیه نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT ……………………………………………57

3-4-2- تهیه محلول استاندارد رنگزای آبی مستقیم 199………………………………….57

3-4-3- تعیین طول‌موج ماکزیمم…………………………………………………………………….57

3-4-4- مرحله جذب سطحی………………………………………………………….57

3-4-5- شناسایی و تأیید نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT …………………………58

3-4-5-1- میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)………………………………………58

3-4-5-2- طیف‌سنجیمادون‌قرمز تبدیل فوریه (FT-IR)……………………………..58

3-5- بهینه‌سازیپارامترهای مختلف مؤثر بر حذف رنگ…………………………..59

3-5-1- بررسی اثر PH…………………………………………………………….59

3-5-2- بررسی مقدار بهینه نانو جاذب……………………………………………………..59

3-5-3- بررسی اثر زمان تماس در دماهای مختلف…………………………………………….60

3-5-4- بررسی اثر غلظت در دماهای مختلف…………………………………………..60

3-6- تعیین منحنی کالیبراسیون……………………………………………………61

3-7- ایزوترم جذب………………………………………………………………………….61

3-8- سینتیک جذب……………………………………………………………….62

3-9- ترمودینامیک………………………………………………………….62

فصل چهارم: تجزیه‌وتحلیلداده‌ها

4-1- نتایج حاصل از بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر بر حذف رنگزای آبی مستقیم 199 توسط نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT………………………………………………………….64

4-1-1- بررسی اثر PH…………………………………………………………………64

4-1-2- بررسی مقدار نانو جاذب……………………………………………………….64

4-1-3- بررسی اثر زمان تماس در دماهای مختلف…………………………………….65

4-1-4- بررسی اثر غلظت در زمان‌های مختلف…………………………………..66

4-2- منحنی کالیبراسیون………………………………………………………………..68

4-3- داده‌های مربوط به‌رسم منحنی ایزوترم جذب رنگزای آبی مستقیم 199……………….69

4-4- داده‌های مربوط به‌رسم منحنی سینتیک جذب………………………………….69

4-5- داده‌های مربوط به‌رسم منحنی ترمودینامیکی………………………………70

فصل پنجم: بحث، نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌هات

5-1- بررسی مورفولوژی سطح MWCNT………………………………..72

5-2- طیف‌سنجیمادون‌قرمز تبدیل فوریه(FT-IR) …………………………72

5-3- بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر بر حذف رنگزای آبی مستقیم 199………………………..73

5-3-1- تعیین PH بهینه………………………………………………………………………..73

5-3-2- تأثیرمقدار نانو جاذب……………………………………………….74

5-3-3- تأثیر زمان تماس بر حذف رنگزا………………………………………………..75

5-4- رسم منحنی کالیبراسیون و تعیین محدوده خطی……………………………….76

5-5- ایزوترم های جذب………………………………………………………………76

5-5-1- ایزوترم جذب لانگمویر………………………………………………………..76

5-5-1-1- روش اول: بررسی ایزوترم جذب لانگمویر جهت حذف رنگزای آبی مستقیم 199 …………78

5-5-1-2- روش دوم: بررسی ایزوترم جذب لانگمویر جهت حذف رنگزای آبی مستقیم 199………….79

5-5-1-3- روش سوم: بررسی ایزوترم جذب لانگمویر جهت حذف رنگزای آبی مستقیم 199…………80

5-5-1-4- روش چهارم: بررسی ایزوترم جذب لانگمویر جهت حذف رنگزای آبی مستقیم 199………81

5-5-2- ایزوترم جذب فرندلیش………………………………………………………..82

5-6- سینتیک جذب

5-7- بررسی ترمودینامیکی…………………………………………………………….86

5-8- بحث و نتیجه‌گیری………………………………………………………………….88

5-9- پیشنهادات…………………………………………………………………….88

منابع و مأخذ…………………………………………………………………90

فهرست جداول

عنوانصفحه

جدول 2-1- رابطه بین رنگ جذب‌شده و رنگی که دیده می‌شود…………………………..8

جدول 3-1 مشخصات MWCNT ……………………………………………….54

جدول 3-2 مشخصات رنگزای آبی مستقیم 199 ……………………………………….55

جدول 4-1 نتـایج حاصـل از بررسـی اثـر PH بر حذف رنگــزا برای نانو کامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT……………………………………………….64

جدول 4-2 نتایج حاصل از بررسی اثر مقدار نانو جاذب پلی آنیلین/ MWCNT در حذف رنگزا………65

جدول4-3 نتایج حاصل از بررسی اثر زمان تماس نانوجاذب پلی آنیلین/MWCNT در دمای cº25………………………………………………….65

جدول 4-4 نتایج حاصل از بررسی اثر زمان تماس نانوجاذب پلی آنیلین/MWCNT در دمای cº35………………………………………………………………………………………66

جدول 4-5 نتایج حاصل از بررسی اثر زمان تماس نانوجاذب پلی آنیلین/MWCNT در دمای cº45…………………………………………………………………………………………..66

جدول 4-6 نتایج حاصل از بررسی اثر غلظت در زمان 90 دقیقه، PH=5 و مقدار جاذب 1/0 گرم برای نانوجاذب پلی آنیلین/MWCNT در دمای cº25 …………………………….67

جدول 4-7 نتایج حاصل از بررسی اثر غلظت در زمان 90 دقیقه، PH=5 و مقدار جاذب 1/0 گرم برای نانوجاذب پلی آنیلین/MWCNT در دمای cº35 ………………………………….67

جدول 4-8 نتایج حاصل از بررسی اثر غلظت در زمان 90 دقیقه، PH=5 و مقدار جاذب 1/0 گرم برای نانوجاذب پلی آنیلین/MWCNT در دمای cº45 ……………………………..68

جدول 4-9 نتایج حاصل از بررسی گستره خطی مربوط به رنگزای آبی مستقیم 199 ………………………..68

جدول 4-10 نتایج به‌دست‌آمده جهت رسم منحنی ایزوترم رنگزای آبی مستقیم 199 ……………………….69

جدول 4-11 نتایج به‌دست‌آمده برای رسم منحنی سینتیک جذب رنگزای آبی مستقیم 199 ……………….69

جدول 4-12 نتایج به‌دست‌آمده برای رسم منحنی ترمودینامیکی رنگزای آبی مستقیم 199 …………………70

جدول 5-1 پارامترهای مختلف ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT با استفاده از رابطه 5-2 ………………………………………………………..78

جدول 5-2 پارامترهای مختلف ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT با استفاده از رابطه 5-3 ……………79

جدول 5-3 پارامترهای مختلف ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT با استفاده از رابطه 5-4 …………….80

جدول 5-4 پارامترهای مختلف ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT با استفاده از رابطه 5-5 ………………………….81

جدول 5-5 پارامترهای مختلف ایزوترم جذب فرندلیش برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT ……………………………………………………83

جدول 5-6 مقادیر پارامترهای سینیتیکی جذب رنگزای آبی مستقیم 199 با استفاده از نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNTبر اساس مدل شبه درجه اول و شبه درجه دوم………………………………………………….84

جدول 5-7 مقادیر پارامترهای مختلف ترمودینامیکی جهت جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT …………………………………..87

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست نمودارها

عنوانصفحه

نمودار 5-1 تأثیرPHبرجذب رنگزای آبی مستقیم 199 با استفاده از نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT…………………………………………………………………….73

نمودار 5-2 تأثیر مقدار جاذب بر روی حذف ماده رنگزایآبی مستقیم 199 با استفاده از نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT……………………………………………………………..74

نمودار 5-3 نمودار تأثیر زمان تماس بر میزان حذف ماده رنگزایآبی مستقیم 199 با استفاده از نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT………………………………………………75

نمودار 5-4 نمودار منحنی کالیبراسیون رنگزایآبی مستقیم 199……………………………………………………..76

نمودار 5-5 ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT……………………………………………………………………………….78

نمودار 5-6 ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT…………………………………………………………………….79

نمودار 5-7 ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT………………………………………………………………………80

نمودار 5-8 ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT…………………………………………………………………………….81

نمودار 5-9 ایزوترم جذب فرندلیش برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT ………………………………………………………………….83

نمودار 5-10 منحنی سینتیکی جذب بر اساس مدل شبه درجه اول برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT…………………………………85

نمودار 5-11 منحنی سینتیکی جذب بر اساس مدل شبه درجه دوم برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT……………………………………………85

نمودار 5-12 منحنی ترمودینامیکی برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT…………………………………………..87

فهرست شکل‌ها

عنوانصفحه

شکل 2-1 ساختار کلی یک ماده رنگزای آزو ………………………………10

شکل 2-2 ساختار آنتراکینون ……………………………………………………………..11

شکل 2-3 ساختار کلی یک ماده رنگزای ایندیگو …………………………………12

شکل 2-4 ساختار شیمیایی دو رنگ‌دانه اسیدی ……………………………………………13

شکل 2-5 ساختار شیمیایی رنگینه C.I. Direct red 80 ………………………..14

شکل 2-6 ساختار شیمیایی رنگینه C.I. Basic blue 3 ……………………………..15

شکل 2-7 ساختار شیمیایی رنگینه C.I. Disperse blue 56 ……………………………….15

شکل 2-8 ساختار شیمیایی رنگینه C.I. Disperse red 1 ………………………………16

شکل 2-9 واکنش احیا و اکسیداسیون در رنگینه های خمی ………………………..17

شکل 2-10 ساختار شیمیایی رنگینه C.I. Reactive orange 16 …………………..18

شکل 2-11ساختار شیمیایی یک رنگینه کرومی ……………………………………..19

شکل 2-12گرافیت ………………………………………………………………….31

شکل 2-13الماس……………………………………………………………………31

شکل 2-14 لانسدیلایت…………………………………………………….31

شکل 2-15پدیده کنگره‌ای شدن (تبدیل ساختارهای پنج‌ضلعی و هفت‌ضلعی) تحت بارهای محوری…..35

شکل 2-16 سطح مقطع دسته نانولوله‌ها……………………………………………35

شکل 2-17 تولید ناخواسته اتصالات T شکل، Y شکل و یک چهارراهی………………37

شکل 2-18 درپوش نانولوله در زوایای مختلف…………………………………….38

شکل 2-19 واکنش نانولوله تک جداره تحت انواع بارمحوری فشاری………………….39

شکل 2-20 یک ترانزیستور نانولوله‌ای……………………………………………40

شکل 2-21 نمای شماتیک از روش تخلیه قوس الکتریکی…………………….45

شکل 2-22 مکانیسم تشکیل نانولوله کربنی……………………………………………….46

شکل 2-23 تبخیر لیزری یک هدف گرافیتی……………………………………………48

شکل 2-24 ساختار پلی آنیلین ………………………………………………………………51

شکل 3-1 ساختار شیمیایی رنگزای مستقیم آبی 199 ……………………………………..55

شکل 3-2 میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) ………………………………….58

شکل 3-3طیف‌سنجیمادون‌قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) ………………………………58

شکل 5-1- تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)از MWCNT………….72

شکل 5-2 طیف FT-IR برای پلی آنیلین ……………………………………….72