فهرست مطالب
1 |
فصل 1 مقدمه |
2 |
1-1 مقدمه |
5 |
فصل 2 مروری بر منابع |
6 |
2-1 مقدمه |
6 |
2-2 تعاریف، اصول و مبانی نظری |
6 |
2-2-1 فلزات سنگین |
7 |
2-2-2 سرب |
8 |
2-2-3 روشهای حذف فلزات سنگین از محلول آبی |
8 |
2-2-3-1 رسوبگذاری شیمیایی و فیلتراسیون |
9 |
2-2-3-2 تعویض یونی |
10 |
2-2-3-3 تصفیه الکتروشیمیایی |
10 |
2-2-3-4 فناوری غشایی |
11 |
2-2-3-5 جداسازی فلزات سنگین با استفاده از فرآیند جذب |
12 |
2-2-4 جاذب |
12 |
2-2-5 کامپوزیت |
12 |
2-2-6 نانوکامپوزیت |
13 |
2-2-7 خواص مغناطیسی |
13 |
2-2-7-1 دیامغناطیس |
14 |
2-2-7-2 پارامغناطیس |
14 |
2-2-7-3 فرومغناطیس |
15 |
2-2-8 حلقه پسماند |
16 |
2-2-9 رفتار مغناطیسی اکسیدهای آهن |
18 |
2-2-10 نانوذرات مغناطیسی مگنتیت |
19 |
2-2-11 روشهای سنتز نانوذرات مگنتیت |
19 |
2-2-12 اصلاح سطح نانوذرات |
19 |
2-2-13 پلیمرهای هادی |
20 |
2-2-14 پلیتیوفن |
21 |
2-2-15 تهیه نانوکامپوزیتهای مغناطیسی |
21 |
2-2-15-1 تهیه پلیمر مغناطیسی از طریق نمکهای فلزی |
21 |
2-2-15-2 پلیمریزاسیون تحت نانوذرات مغناطیسی |
21 |
2-3 استفاده از نانوکامپوزیتها به عنوان جاذب در فرآیند جذب سطحی |
29 |
2-4 نتیجهگیری |
32 |
فصل 3 روش تحقیق |
33 |
3-1 مقدمه |
33 |
3-2 مواد اولیه |
34 |
3-3 مشخصات دستگاههای مورد استفاده در سنتز نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت |
34 |
3-4 سنتز نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت |
34 |
3-4-1 سنتز نانوذرات مگنتیت |
35 |
3-4-2 سنتز نانوکامپوزیت پلیتیوفن بر پایه نانوذرات مگنتیت |
36 |
3-5 تعیین مشخصات نانوجاذب |
36 |
3-5-1 آنالیز پراش اشعه ایکس |
37 |
3-5-2 آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی |
37 |
3-5-3 آنالیز میکروسکوپ انتقال الکترونی |
38 |
3-5-4 آنالیز توزین حرارتی |
38 |
3-5-5 آنالیز طیفسنجی مادون قرمز |
38 |
3-5-6 آنالیز پراش انرژی پرتو ایکس |
39 |
3-5-7 آنالیز مغناطیس سنج با نمونه ارتعاشی |
40 |
3-5-8 آنالیز تعیین غلظت یونهای سرب |
40 |
3-6 ارزیابی عملکرد نانوجاذب در فرآیند جذب سطحی سرب |
40 |
3-6-1 آزمایشهای جذب در سیستم ناپیوسته |
41 |
3-6-2 مدلهای سینتیکی جذب سطحی |
43 |
3-6-3 مدلهای مختلف ایزوترم جذب سطحی |
43 |
3-6-3-1 مدل ایزوترم فروندلیچ |
44 |
3-6-3-2 مدل ایزوترم لانگمویر |
45 |
3-6-3-3 مدل ایزوترم تمکین |
45 |
3-6-3-4 مدل ایزوترم ردلیچ-پترسن |
46 |
3-6-3-5 مدل ایزوترم سیپس |
47 |
3-6-4 پارامترهای ترمودینامیکی |
48 |
3-6-5 آزمایشهای تأثیر pH |
48 |
3-6-6 آزمایشهای تأثیر غلظت اولیه |
48 |
3-6-7 آزمایشهای تأثیر زمان تماس |
48 |
3-6-8 آزمایشهای تأثیر مقدار جاذب |
49 |
3-6-9 آزمایشهای تأثیر دما |
49 |
3-6-10 آزمایشهای احیا |
49 |
3-7 خلاصه فصل |
50 |
فصل 4 نتایج و تفسیر آنها |
51 |
4-1 مقدمه |
51 |
4-2 خصوصيات نانوذرات مغناطیسی تهيه شده |
51 |
4-2-1 آنالیز پراش اشعه ایکس |
52 |
4-2-2 شکل شناسی |
52 |
4-2-2-1 آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی |
53 |
4-2-2-2 آنالیز میکروسکوپ انتقال الکترونی |
54 |
4-2-3 آنالیز پراش انرژی پرتو ایکس |
55 |
4-2-4 آنالیز توزین حرارتی |
56 |
4-3-5 آنالیز طیف سنجی مادون قرمز |
57 |
4-2-6 آنالیز مغناطیس سنج با نمونه ارتعاشی |
58 |
4-3 ارزیابی عملکرد نانوجاذب در فرآيند جذب سطحي سرب |
59 |
4-3-3 تأثیر pH محلول بر روی میزان حذف سرب |
60 |
4-3-4 تأثیر میزان غلظت اولیه محلول بر روی حذف سرب |
60 |
4-3-5 تأثیر مقدار نانوجاذب بر روی حذف سرب |
61 |
4-3-6 تأثیر زمان تماس بر حذف سرب |
62 |
4-3-7 بررسی معادلات سینتیک جذب |
66 |
4-3-8 انطباق مدلهای ایزوترم با دادههای آزمایشی جذب سطحی |
66 |
4-3-8-1 ایزوترم لانگمویر |
68 |
4-3-8-2 ایزوترم فروندلیچ |
70 |
4-3-8-3 ایزوترم تمکین |
71 |
4-3-8-4 ایزوترم ردلیچ-پترسن |
73 |
4-3-8-5 ایزوترم سیپس |
76 |
4-3-9 پارامترهای ترمودینامیکی |
76 |
4-3-9-1 تأثیر دما بر جذب سرب |
76 |
4-3-9-2 تأثیر دما روی پارامترهای ترمودینامیکی جذب سرب |
78 |
4-3-10 احیا جاذب استفاده شده |
79 |
4-3-11 بررسی خواص نانوکامپوزیت پس از جذب سرب |
79 |
4-4 مکانیسم جذب |
80 |
4-5 خلاصه فصل |
81 |
فصل 5 جمعبندی و پیشنهادها |
82 |
5-1 مقدمه |
82 |
5-2 جمعبندی |
84 |
5-3 نوآوری تحقیق |
84 |
5-4 پيشنهادها برای تحقیقهای آینده |
86 |
مراجع |
فهرست اشکال
شکل 2‑1 شماتیکی از مواد دیامغناطیس 14
شکل 2‑2 شماتیکی از مواد پارامغناطیس 14
شکل 2‑3 شماتیکی از مواد فرومغناطیس 15
شکل 2‑4 منحنی حلقه پسماند 16
شکل 2‑5 امتداد ممانهای مغناطیسی اتمهای تنها در مواد مختلف 16
شکل 2‑6 ساختار مولکولی پلیتیوفن 20
شکل 2‑7 مکانیزم پیشنهادی برای حذف یونهای کروم بر نانوکامپوزیت پلیپیرول/مگنتیت در محلول آبی 22
شکل 2‑8 تصاویر TEM مورفولوژی مختلف نانوذرات اکسید مس سنتز شده 24
شکل 2‑9 کمپلکسها و تبادلات یونی ممکن آنیونها و یون فلزات سنگین و گروههای –NH– روی زنجیره نانوکامپوزیت 25
شکل 2‑10 مکانیزم پیشنهادی برای جذب یونهای فلزی بر نانوکامپوزیتM-PAM-HA 28
شکل 3‑1 خلاصهای از تشکیل نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 34
شکل 4‑1 آنالیز XRD a) نانوذرات مگنتیت و b) نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 51
شکل 4‑2 تصاویر SEM a) نانوذرات مگنتیت و b) نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 52
شکل 4‑3 تصاویر TEM a) نانوذرات مگنتیت و b) نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 53
شکل 4‑4 طیف EDX نانوکامپوزیت مگنتیت/پلیتیوفن 53
شکل 4‑5 آنالیز TGA a) پلیتیوفن b) نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 54
شکل 4‑6 طیفسنجی FTIRبرای (a مگنتیت (b پلیتیوفن (c نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 55
شکل 4‑7 حلقههای پسماند (a مگنتیت (b نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 57
شکل 4‑8 اثر تغییر pH بر روی بازده ■ حذف و ● ظرفیت جذب سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/ مگنتیت 58
شکل 4‑9 اثر غلظت اولیه محلول بر روی ■ بازده حذف و ● ظرفیت جذب سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 59
شکل 4‑10 اثر مقدار نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت بر روی ■ بازده و ● ظرفیت جذب سرب 60
شکل 4‑11 تأثیر زمان تماس بر بازده جذب سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 61
شکل 4‑12 نمودار جذب فرم خطی مدل شبه مرتبه اول برای جذب سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 62
شکل 4‑13 نمودار جذب فرم غیرخطی مدل شبه مرتبه اول برای جذب سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 63
شکل 4‑14 نمودار جذب فرم غیر خطی مدل شبه مرتبه دوم برای جذب سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 64
شکل 4‑16 انطباق معادله خطی لانگمویر با دادههاي تجربي جذب سطحي سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 66
شکل 4‑17 انطباق معادله غیرخطی لانگمویر با دادههاي تجربي جذب سطحي سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 67
شکل 4‑18 انطباق معادله خطی فروندلیچ با دادههاي تجربي جذب سطحي سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 68
شکل 4‑19 انطباق معادله غیرخطی فروندلیچ با دادههاي تجربي جذب سطحي سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 69
شکل 4‑20 انطباق خطی معادله تمکین با دادههاي تجربي جذب سطحي سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 70
شکل 4‑21 انطباق غیرخطی معادله تمکین با دادههاي تجربي جذب سطحي سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 70
شکل 4‑22 نتايج حاصل از برازش خطی ایزوترم ردلیچ-پترسن در جذب یون‍هاي سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 71
شکل 4‑23 نتايج حاصل از برازش غیرخطی ایزوترم ردلیچ-پترسن در جذب یون‍هاي سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 72
شکل 4‑24 نتايج حاصل از برازش خطی ایزوترم سیپس در جذب یون‍هاي سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 73
شکل 4‑25 نتايج حاصل از برازش غیرخطی ایزوترم سیپس در جذب یون‍هاي سرب توسط نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 74
شکل 4‑26 تأثیر دمای محیط بر روی بازده جذب سرب بر روی نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت 76
شکل 4‑27 نتايج حاصل از برازش معادله وانت هوف 77
شکل 4‑28 تصویری از a) نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت در محلول آبی در حین فرآیند جذب b) جداسازی مغناطیسی نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت ازمحلول آبی پس از اتمام فرآیند 79
شکل 4‑29 تست EDX نانوکامپوزیت پلیتیوفن/مگنتیت پس از جذب سرب 79
فهرست جداول
جدول 2‑1 خواص مغناطیسی و فیزیکی اکسیدهای آهن 18
جدول 3‑1 خصوصیات ترکیبات شیمیایی استفاده شده جهت سنتز نانوجاذب 32
جدول 3‑2 مشخصات دستگاههای مورد استفاده جهت سنتز نانوذرات مغناطیسی 33
جدول 4‑1 پارامترهاي محاسبه شده مدلهای سینتیکی مختلف برای جذب سرب در دماي 25 درجه سانتيگراد 65
جدول 4‑2 پارامترهاي محاسبه شده ايزوترمهای مختلف براي جذب سطحي سرب در دمای 25 درجه سانتیگراد 75
جدول 4‑3 پارامترهای ترمودینامیکی 76
جدول 4‑4 نتایج آزمایشات احیا نانوجاذب در فرآیند جذب/شستشو 78
فهرست علائم |
|||
ثابت ایزوترم ردلیچ-پترسن |
aR (1/mg) |
||
ثابت ایزوترم سیپس |
as (L/mg) |
||
تغییرات انرژی جذب |
b (kJ/mol) |
||
توان ایزوترم ردلیچ-پترسن |
bR |
||
غلظت اولیه |
C0 (mg/L) |
||
غلظت تعادلی |
Ce(mg/L) |
||
غلظت در هر لحظه |
Ct (mg/L) |
||
نیروی خنثی کننده |
HC (Oe) |
||
ثابت تعادلی جذب ایزوترم تمکین |
KT (L/mg) |
||
ثابت تعادلی سرعت سینتیکی شبه مرتبه اول |
K1 (1/min) |
||
ثابت تعادلی سرعت سینتیکی شبه مرتبه دوم |
K2 (g/mg.min) |
||
ثابت ایزوترم لانگمویر |
KL (dm3/mg) |
||
ثابت ایزوترم ردلیچ-پترسن |
KR (L/g) |
||
ثابت ایزوترم سیپس |
KS (L/g) |
||
میزان پسماند |
Mr (emu/g) |
||
مغناطش اشباع |
MS (emu/g) |
||
مقدار ماده جذب شونده |
q (mg/g) |
||
مقدار ماده جذب شونده در حالت تعادل |
qe (mg/g) |
||
مقدار ماده جذب شونده در لایه کامل |
qm (mg/g) |
||
مقدار ماده جذب شونده در هر لحظه |
qt (mg/g) |
||
ثابت جهانی گازها |
R (J/mol.K) |
||
دمای مطلق |
T (K) |
||
زمان |
t (min) |
||
پارامتر شدت فروندلیچ |
η (-) |
||
توان ایزوترم سیپس |
1/ns |
||
