دانلود پروژه:سنتز نانوذرات مغناطیسی آهن پوشیده شده با هیدروکسی آپاتیت و بررسی عملکرد آنها برای جذب كبالت (II) و روی II)) از محلولهای آبی و اندازه­گیری با اسپکترومتری جذب اتمی شعله

فهرست مطالب

عنوان                                              صفحه

خلاصه فارسی………………………………….. 1

مقدمه………………………………………. 2

 

فصل اول: کلیات   

1-1- ضرورت انجام تحقیق……………………….. 5

1-2- بیان مسئله……………………………… 5

1-3- اهداف پژوهش…………………………….. 8

1-4-  فناوری نانو……………………………. 8

1-4-1-  نانو ذرات……………………………. 9

1-4-2- نانوذرات مغناطیسی……………………… 11

1-4-2-1- طبقه بندی مواد از لحاظ مغناطیسی………. 12

1-4-2-1-1- مواد فرو مغناطیس………………….. 12

1-4-2-1-2- مواد فری مغناطیس………………….. 15

1-4-2-2- نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن………….. 15

1-4-2-2-1- مگنتیت…………………………… 15

1-4-2-2-2- مگهمایت………………………….. 16

1-5- روشهای تهیه ی مگنتیت……………………. 17

1-5-1- تهیه ی مگنتیت در محیط های همگن مایع…….. 18

1-5-1-1- تهیه ی مگنتیت در روش همرسوبی محلول نمک آهن (III) و آهن (II)………………………………………….. 18

1-5-2- تهیه مگنتیت به روش بیوسنتز…………….. 22

1-6- کاربرد های اکسید های مغناطیسی آهن………… 23

1-7- اصلاح سطح نانو ذرات مغناطیسی …………….. 25

1-8- آپاتیت………………………………… 26

1-9- هیدروکسی آپاتیت………………………… 27

1-10- تاریخچه ی شناسایی هیدروکسی آپاتیت……….. 28

1-11- خواص هیدروکسی آپاتیت…………………… 28

1-11-1- بلورینگی……………………………. 28

1-11-2- خواص زیست سازگاری……………………. 29

1-11-3- رفتار حرارتی………………………… 29

1-11-4- خواص مکانیکی………………………… 30

1-11-5- چگالی………………………………. 31

1-11-6- حلالیت در آب…………………………. 31

1-12- روش های سنتز هیدروکسی آپاتیت……………. 33

1-13- تاریخچه ای از کاربرد های هیدروکسی آپاتیت…. 35

1-14-کاربرد های هیدروکسی آپاتیت………………. 35

فصل دوم : مروری برمتون گذشته

2-1- فلزات سنگین و اثرات آن ها……………….. 40

2-1-1-کبالت………………………………… 40

2-1-1-1-اثرات کبالت بر روی سلامتی انسان………… 41

2-1-1-2-تاثیرات زیست محیطی کبالت……………… 43

2-1-2- روی…………………………………. 45

2-1-2-1- اثرات روی بر روی سلامتی انسان………….. 46

2-1-2-2- اثرات روی بر روی محیط زیست……………. 47

2-2- ضرورت جداسازی فلزات سنگین از آب………….. 49

2-3- کاربرد های فناوری نانو در عرصه صنعت آب……. 49

2-4- روش های جداسازی فلزات سنگین……………… 52

2-4-1- رسوب دهی شیمیایی……………………… 52

2-4-2- انعقاد و ته نشینی…………………….. 54

2-4-3- انعقاد الکترودی………………………. 56

2-4-4- روش تبادل یون………………………… 58

2-4-5- کاتالیزورهای نانوئی…………………… 62

2-4-6- جذب بیولوژیکی………………………… 63

2-4-7- روش های غشایی………………………… 66

2-4-7-1- الکترودیالیز……………………….. 67

2-4-7-2- اسمز معکوس…………………………. 69

2-4-7-3- نانو فیلتراسیون…………………….. 70

2-4-7-4- اولترافیلتراسیون توسط پلیمر های دندریمر افزایشی 72

2-4-8- شناور سازی…………………………… 74

2-4-9- جذب سطحی…………………………….. 77

2-4-9-1- جذب توسط کربن فعال………………….. 80

2-4-10- جداسازی مغناطیسی…………………….. 81

2-4-11- ترکیب جداسازی مغناطیسی با فرایند جذب سطحی با جاذب γ-Fe₂O₃@HAP………………………………………….. 85

2-5- مروری بر مطالعات گذشته………………….. 89

2-5-1- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با نانو ذرات مغناطیسی  89

2-5-2- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با هیدروکسی آپاتیت  92

2-5-3- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با γ-Fe₂O₃@HAP    95

فصل سوم : مواد و روش ها

3-1- مواد………………………………….. 98

3-2- تجهیزات دستگاهی………………………… 99

3-3- روش کار……………………………….. 99

3-3-1- سنتز جاذب……………………………. 99

3-3-2- تعیین ساختار نانو ذرات γ-Fe₂O₃@HAP سنتز شده.. 101

3-3-3- تهیه ی محلول های نیترات روی و نیترات کبالت 102

3-3-4- بهینه سازی و بررسی عوامل موثر بر جذب Zn²⁺  و Co²⁺ 102

3-3-5- بررسی میزان جذب کبالت (II) و روی (II) از محلول های آبی در شرایط بهینه……………………………….. 104

3-3-6- آزمایش واجذبی……………………….. 105

3-3-7- بررسی میزان جذب Zn²⁺  و Co²⁺ موجود در پساب با جاذب γ-Fe₂O₃@HAP …………………………………………. 106

3-3-8- بررسی تخریب یا عدم تخریب نانو ذرات γ-Fe₂O₃@HAP پس از فرایند جذب…………………………………………. 106

فصل چهارم : نتایج

4-1- بررسی ساختار جاذب نانو ذرات  γ-Fe₂O₃@HAP ……. 108

4-1-1- SEM  و TEM مربوط به γ-Fe₂O₃@HAP  قبل از فرایند جذب… 108

4-1-2- طیف FTIR  مربوط به γ-Fe₂O₃@HAP  قبل از فرایند جذب 109

4-1-3- طیف XRD مربوط به γ-Fe₂O₃@HAP  قبل از فرایند جذب 110

4-2- نتایج تست انجام شده……………………. 110

4-3- رسم منحنی استاندارد……………………. 111

4-4- بهینه سازی فاکتور های موثر بر جذب توسط طراحی باکسن- بهکن 112

4-5- بررسی درصد جذب و واجذبی Zn²⁺  و Co²⁺ در محلول ها 122

4-6- بررسی درصد جذب Zn²⁺  و Co²⁺  موجود در پساب…… 124

4-7- بررسی تخریب یا عدم تخریب جاذب نانو ذرات γ-Fe₂O₃@HAP پس از واجذبی…………………………………………. 124

4-7-1- طیف FTIR نانو جاذب γ-Fe₂O₃@HAP مربوط به فرایند واجذب  125

4-7-2- طیف XRD نانو جاذب γ-Fe₂O₃@HAP مربوط به فرایند واجذب  126

فصل پنجم: بحث و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری……………………………. 128

5-2- پیشنهادات…………………………….. 129

منابع…………………………………….. 131

خلاصه ی انگلیسی…………………………….. 162

 

 

 

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                          صفحه

جدول 1-1- خواص فیزیکی Fe₃O₄ و γ-Fe₂O₃…………….. 17

جدول 1-2- خواص فیزیکی هیدروکسی آپاتیت…………. 32

جدول 1-3- مقایسه ی روش های مختلف سنتز پودر هیدروکسی آپاتیت   34

جدول 2-1- خواص عمومی و اتمی کبالت…………….. 44

جدول 2-2- خواص فیزیکی کبالت………………….. 44

جدول 2-3- خواص عمومی و اتمی روی………………. 48

جدول 2-4- خواص فیزیکی روی……………………. 48

جدول 2-5- شرایط رسوب دهی فلزات سنگین در عملیات رسوب دهی شیمیایی   53

جدول 3-1- آزمايشهاي طراحي شده جهت بهینه سازی فاکتورها با نرم افزار باکس- بهکن ……………………………….. 104

جدول 4-1- میزان و درصد جذب Co²⁺ موجود در محلول ppm 100  Co(NO₃)₂. 6 H₂O       110

جدول4-2- میزان و درصد جذب Zn²⁺ موجود در محلول ppm 100  Zn(NO₃)₂. 6 H₂O         111

جدول4-3- نتايج جذب آزمايشهاي طراحي باکس- بهکن برای 3 فاکتور انتخابی        113

جدول 4-4- مقادیر بهينه pH،γ-Fe₂O₃@HAP   و زمان برای Zn²⁺و  Co²⁺ 121

جدول 4-5- مقادیر جذب یون های  Zn²⁺و‍‍ Co²⁺بعد از اعمال شرایط بهینه 122

جدول 4-6- ترکیبات مورد استفاده  و میزان و درصد جذب Zn²⁺  و Co²⁺ در فرایند واجذبی……………………………… 123

جدول 4-7- میزان جذب Zn²⁺  و Co²⁺ موجود در پساب قبل و بعد از انجام فرایند جذب   124

فهرست اشکال

عنوان                                              صفحه

شکل 1-1- نمونه ای از حلقه پسماند در مواد فرومغناطیس 14

شکل 1-2- نمونه ای از حلقه پسماند در مواد فرومغناطیس 14

شکل 1-3- تاثیر بلوکهای میدانی در ایجاد پسماند مغناطیسی   14

شکل 1-4- ساختار کریستالی مگنتیت………………. 16

شکل 1-5- ساختار کریستالی مگهمیت………………. 17

شکل 1-6- مراحل سنتز Fe₃O₄ درون میکروارگانیسم……. 22

شکل 1-7- ساختار کریستالی هیدروکسی آپاتیت………. 29

شکل 2-1- نانوذرات اکسیدهای فلزی،  نانو لوله های کربن دار،  زئولیتها و دندریمرها………………………………… 50

شکل 2-2- دسته بندی انواع فیلتر ها…………….. 67

شکل 2-3- نحوه ی عملکرد نانوفیلتراسیون…………. 71

شکل 2-4- بازیابی یون های فلزی از محلول های آبی توسط فیلتراسیون با پلیمر دندریمر………………………………. 73

شکل 4- 1- SEM مربوط به نانوذرات γ-Fe₂O₃@HAPن  قبل از فرایند جذب 108

شکل 4-2- TEM مربوط به نانوذرات γ-Fe₂O₃@HAP  قبل از فرایند جذب   108

شکل 4-3- طیف FTIR  ناذرات γ-Fe₂O₃@HAP  قبل از فرایند جذب 109

شکل 4-4- طیف XRD مربوط به γ-Fe₂O₃@HAP  قبل از فرایند جذب 110

شکل 4-5- منحنی استاندارد جذب Co²⁺…………….. 111

شکل 4- 6- منحنی استاندارد جذب Zn²⁺…………….. 112

شکل 4-7- میزان تاثیر فاکتورهای مختلف موثر بر جذب Zn²⁺  و Co²⁺    114

شکل 4-8- رابطه مقادیر مختلف PH و γ-Fe₂O₃@HAP و زمان با درصد جذب 114

شکل 4-9- تغییرات مقدار PH و γ-Fe₂O₃@HAP با ثابت در نظر گرفتن زمان…………………………………………. 115

شکل 4-10- تغییرات مقدار میلی گرم γ-Fe₂O₃@HAP و زمان با ثابت در نظر گرفتن PH………………………………….. 115

شکل 4-11- تغییرا مقدار PH و زمان با ثابت در نظر گرفتن مقدار میلی گرم γ-Fe₂O₃@HAP…………………………………. 116

شکل 4-12- مقدار نسبی کاتیون Co²⁺ بر حسب PH……… 118

شکل 4-13- مقدار نسبی کاتیون Zn²⁺ بر حسب PH……… 119

شکل 4-14- طیف FTIR نانو جاذب γ-Fe₂O₃@HAP مربوط به فرایند واجذب   125

شکل 4-15- طیف XRD نانو جاذب γ-Fe₂O₃@HAP مربوط به فرایند واجذب   126