فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:119
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته علوم و فناوری نانو- نانوشیمی
فهرست مطالب:
فصل اول
مقدمه و بررسی منابع
1-1- مقدمه 3
1-2- آرسنیک 4
1-3- روش های حذف آرسنیک از آب 6
1-3-1- روش فرآیند غشایی اسمز معکوس 6
1-3-2- روش انعقاد و لخته سازی-ترسیب 7
1-3-3- روش جذب سطحی 8
1-4- تعریف جذب سطحی 9
1-4-1- مهمترین عوامل موثر بر جذب سطحی 10
1-4-1-1- مساحت سطح جذب 10
1-4-1-2- ماهیت ماده جذب شونده و جاذب 11
1-4-1-3- pH 11
1-4-1-4- دما 11
1-4-2- اساس پدیده جذب سطحی 12
1-4-3- مکانیسم فرآیند جذب 13
1-4-3-1- جذب سطحی فیزیکی 14
1-4-3-2- جذب سطحی شیمیایی 15
1-4-4- جاذب های مورد استفاده در جذب سطحی 16
1-5- متداولترین جاذب های مورد استفاده در حذف آرسنیک 17
1-5-1- کیتوسان و نانوکامپوزیت های آن 17
1-5-2- آلومینای فعال 19
1-5-3- نانوذرات آهن صفر ظرفیتی 20
1-6- ایزوترم های جذب سطحی 20
1-6-1- ایزوترم جذب لانگمویر 21
1-6-2- ایزوترم فروندلیچ 23
1-7- سنتیک جذب 24
1-7-1- مدل سنتیکی شبه مرتبه اول 25
1-7-2- مدل سنتیکی شبه مرتبه دوم 25
1-7-3- مدل نفوذ درون ذره¬ای 26
1-8- برخی از مواد دارای خاصیت آنتی باکتریال 27
1-8-1- کیتوسان 27
1-8-2- یون های مس و کمپلکس کیتوسان- مس 28
1-8-3- نانوذرات نقره 29
1-9- مروری بر کارهای انجام شده 30
1-10- اهداف پروژه حاضر 34
فصل دوم
مواد و روش ها
2-1- مواد شیمیایی مورد استفاده 39
2-2- جاذب های مورد استفاده برای حذف آرسنیک (III) 42
2-3- تهیه جاذب ها 42
2-3-1- روش تهیه کامپوزیت کیتوسان/نانوآلومینا 42
2-3-2- روش سنتز نانو جاذب کیتوسان/آلومینا اصلاح شده با مس(II) 42
2-4- دستگاه های مورد استفاده 43
2-5- بررسی خصوصیات جاذب ها 43
2-6- روش تهیه محلول استاندارد آرسنیت 44
2-7- آزمایشات جذب دسته ای (بچ) 45
2-7-1- بررسی مقدار بهینه نانوآلومینا در کامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 جهت حذف As(III) 45
2-7-2- بررسی نسبت بهینه مس به کیتوسان در نانوجاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 جهت حذف As(III) 46
2-7-3- بررسی تاثیر غلظت اولیه آرسنیک بر فرآیند جذب سطحی (مطالعات ایزوترم جذب) 46
2-7-4- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب سطحی As(III) (مطالعات سنتیک جذب) 47
2-8- بازجذب و استفاده مجدد از جاذب ها 47
2-9- روش آنالیز 48
2-10- بررسی اثر تداخل یون های رایج 48
2-11- بررسی خاصیت ضد میکروبی جاذب ها 48
فصل سوم
نتایج و بحث
3-1- بررسی ساختار و ویژگیهای جاذبهای کیتوسان، کیتوسان/نانوآلومینا و مس-کیتوسان/نانوآلومینا 53
3-1-1- ویژگی های مورفولوژی جاذب ها 53
3-1-2- مطالعاتEDX جاذب ها 56
3-1-3- مطالعاتAFM جاذب ها 57
3-1-4- مطالعاتXRD جاذب ها 58
3-1-5- مطالعات FTIR جاذب ها 61
3-2- ساختار فرضی نانوکامپوزیت کیتوسان/آلومینا 66
3-3- بررسی پارامترهای موثر بر جذب As(III) به روش ناپیوسته در دمای محیط و pH خنثی 69
3-3-1- بررسی مقدار بهینه نانوذرات آلومینا در Chitosan/nano-Al2O3 جهت حذف As(III) 69
3-3-2- بررسی نسبت بهینه مس به کیتوسان در نانوجاذب اصلاح شده جهت حذف As(III) 70
3-3-3- بررسی تاثیر غلظت اولیه As(III)بر فرآیند جذب سطحی 71
3-3-4- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب سطحی As(III) 73
3-4- ایزوترم های جذب سطحی 77
3-4-1- بررسی ایزوترم های جذب As(III) توسط جاذب کیتوسان 77
3-4-1-1- بررسی ایزوترم لانگمویر 77
3-4-1-2- بررسی ایزوترم فروندلیج 78
3-4-2- بررسی ایزوترم های جذب As(III) توسط نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 81
3-4-2-1- بررسی ایزوترم لانگمویر 81
3-4-2-2- بررسی ایزوترم فروندلیج 82
3-4-3- بررسی ایزوترم های جذب As(III) توسط نانوجاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 84
3-4-2-1- بررسی ایزوترم لانگمویر 84
3-4-2-2- بررسی ایزوترم فروندلیج 85
3-5- سنتیک¬های جذب سطحی 87
3-5-1- مدل سنتیکی شبه مرتبه اول 88
3-5-2- مدل سنتیکی شبه مرتبه دوم 91
3-5-3- مدل نفوذ درون ذره¬ای 95
3-6- اثر pH اولیه 98
6-7- اثر تداخل یون های رایج 100
3-8- قابلیت استفاده مجدد از جاذب 101
3-9- حذف آرسنیک از آب های طبیعی 101
3-6- فعالیت ضدمیکروبی 102
4- نتیجه گیری 104
5- پیشنهادات 106
6- منابع 107
فهرست اشکال
شکل 1-1- مراحل جذب در سطوح درونی 13
شکل 1-2- نمودار خطی ایزوترم جذب لانگمویر 22
شکل 1-3- مقایسه نمودارهای ایزوترم جذب فروندلیچ بر اساس مقادیر n 24
شکل 3-1- تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه جاذب های (a کیتوسان (b نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 و (c نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 54
شکل 3-2- میکروگراف های SEM از (a کیتوسان خالص (b نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 (c نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 پس از جذب 55
شکل3-3- آنالیز EDX مربوط به نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 56
شکل 3-4- تصاویر AFM از سطح نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 57
شکل 3-5- پراش اشعه X نمونه نانوذرات آلومینا 58
شکل 3-6- پراش اشعه X نمونه کیتوسان 59
شکل 3-7- پراش اشعه ایکس نمونه نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 60
شکل 3-8- پراش اشعه ایکس نمونه نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 60
شکل 3-9- فازهای کریستالی (a Chitosan/nano-Al2O3 و (b Cu-chitosan/nano-Al2O3 با توجه به الگوهای XRD آنها 61
شکل3-10- طیف FT-IR مربوط به کیتوسان 62
شکل3-11- طیف FT-IR مربوط به نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 63
شکل3-12- طیف FT-IR مربوط به نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 64
شکل3-13- طیف FT-IR مربوط به نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 پس از جذب 65
شکل 3-14- طیف FTIR (a کیتوسان خالص (b Chitosan/nano-Al2O3 (c و (d نانوجاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 قبل و پس از جذب 66
شکل 3-15- ساختار فرضی نانو کامپوزیت کیتوسان/آلومینا 67
شکل 3-16- ساختار کمپلکس کیتوسان-مس (a) مدل پل (b) مدل آویز 68
شکل 3-17- تاثیر غلظت اولیه As(III) بر ظرفیت جذب سطحی جاذب های مورد استفاده 72
شکل 3-18- داده های سنتیک برای جذب As(III) بر روی جاذب های مورد استفاده 75
شکل 3-19- فرم خطی ایزوترم لانگمویر برای جاذب کیتوسان خالص 78
شکل 3-20- فرم خطی ایزوترم فروندلیچ برای جاذب کیتوسان خالص 79
شکل 3-21- فرم خطی ایزوترم لانگمویر برای نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 81
شکل 3-22- فرم خطی ایزوترم فروندلیچ برای نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 83
شکل 3-23- فرم خطی ایزوترم لانگمویر برای نانوجاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 85
شکل 3-24- فرم خطی ایزوترم فروندلیچ برای نانوجاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 86
شکل 3-25- مدل سنتیک شبه نوع اول برای جذب As(III) روی جاذب کیتوسان 88
شکل 3-26- مدل سنتیک شبه نوع اول برای جذب As(III) روی نانو جاذب Chitosan/nano-Al2O3 89
شکل 3-27- مدل سنتیک شبه نوع اول برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O3 90
شکل 3-28- مدل سنتیک شبه مرتبه دوم برای جذب As(III) روی کیتوسان 91
شکل 3-29- مدل سنتیک شبه مرتبه دوم برای جذب As(III) روی Chitosan/nano-Al2O3 92
شکل 3-30- مدل سنتیک شبه مرتبه دوم برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O3 93
شکل 3-31- مدل نفوذ درون ذره¬ای برای جذب As(III) روی کیتوسان 95
شکل 3-32- مدل نفوذ درون ذره¬ای برای جذب As(III) روی Chitosan/nano-Al2O3 96
شکل 3-33- مدل نفوذ درون ذره¬ای برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O3 96
شکل 3-34- اثر pH اولیه روی جذب As(III) توسط کیتوسان خالص، Chitosan/nano Al2O3 و Cu-chitosan/nano Al2O3 99
شکل3-35- تعیین pHpzc برای جاذب های کیتوسان ، Chitosan/nano Al2O3 و Cu-chitosan/nano Al2O3 99
شکل 3-36- ظرفیت جذب As(III) در حضور آنیون های تداخل (500 mg/l). شرایط آزمایش: غلظت آرسنیک سه ظرفیتی 50 mg/l و مقدار جاذب 2 g/l 100
شکل 3-37- بازده جذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 نسبت به چرخه های بازسازی 101
شکل3-38- نمودار MIC جاذب ها در برابر گونه های مختلف میکروبی 104
فهرست جداول
جدول2-1- مشخصات مهم کیتوسان 39
جدول 2-2- مشخصات مهم نانو ذرات آلومینا 40
جدول 2-3- مشخصات مهم سدیم آرسنیت 41
جدول3-1- درصد اتمی و وزنی عناصر مورد استفاده در نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 57
جدول 3-2- بررسی تاثیر نسبت آلومینا به کیتوسان بر خواص جذبی Chitosan/nano-Al2O3 69
جدول 3-3- بررسی نسبت مس به گلوکز آمین بر روی جذب جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 70
جدول3-4- بررسی تاثیر غلظت اولیه As(III)بر فرآیند جذب سطحی جاذب کیتوسان 71
جدول3-5- بررسی تاثیر غلظت اولیه As(III) بر فرآیند جذب Chitosan/nano-Al2O3 71
جدول3-6- بررسی تاثیر غلظت اولیه As(III) بر فرآیند جذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 72
جدول3-7- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب As(III) توسط کیتوسان 74
جدول3-8- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب As(III) توسط Chitosan/nano-Al2O3 74
جدول3-9- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب آرسنیک توسط Cu-chitosan/nano-Al2O3 75
جدول3-10- بررسی ایزوترم لانگمویر جاذب کیتوسان خالص 77
جدول3-11- پارامترهای ایزوترم لانگمویر برای جذب As(III) روی کیتوسان خالص 78
جدول3-12- بررسی ایزوترم فروندلیچ جاذب کیتوسان خالص 80
جدول3-13- پارامترهای ایزوترم فروندلیچ برای جذب As(III) روی کیتوسان خالص 80
جدول3-14- بررسی ایزوترم لانگمویر نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 81
جدول 3-15- پارامترهای ایزوترم لانگمویر برای جذب As(III) روی Chitosan/nano-Al2O3 82
جدول3-16- بررسی ایزوترم فروندلیچ نانو جاذب Chitosan/nano-Al2O3 82
جدول 3-17- پارامترهای ایزوترم فروندلیچ برای جذب As(III) روی Chitosan/nano-Al2O3 83
جدول3-18- بررسی ایزوترم لانگمویر نانو جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 84
جدول 3-19- پارامترهای ایزوترم لانگمویر برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O3 85
جدول3-20- بررسی ایزوترم فروندیچ نانو جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 86
جدول 3-21- پارامترهای ایزوترم فروندلیچ برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O3 86
جدول3-22- بررسی سنتیک شبه مرتبه اول برای جاذب کیتوسان 88
جدول3-23- بررسی سنتیک شبه مرتبه اول برای جاذب Chitosan/nano-Al2O3 89
جدول3-24- بررسی سنتیک شبه مرتبه اول برای جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 90
جدول3-25- بررسی سنتیک شبه مرتبه دوم برای جاذب کیتوسان 91
جدول3-26- بررسی سنتیک شبه مرتبه دوم برای جاذب Chitosan/nano-Al2O3 92
جدول3-27- بررسی سنتیک شبه مرتبه دوم برای جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 93
جدول 3-28- پارامترهای مدل های سنتیکی شبه مرتبه اول و دوم برای جذب As(III) روی کیتوسان 94
جدول 3-29- پارامترهای مدل های سنتیکی شبه مرتبه اول و دوم برای جذب As(III) روی نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 94
جدول3-30- پارامترهای مدل های سنتیکی شبه مرتبه اول و دوم برای جذب As(III) روی نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 94
جدول 3-31- پارامترهای مدل¬ نفوذ درون ذره¬ای برای جذب As(III) روی کیتوسان، Chitosan/nano-Al2O3 و Cu-chitosan/nano-Al2O3 97
جدول 3-32- پارامترهای فیزیکوشیمیایی نمونه آب طبیعی ( جمع آوری شده از آب زیرزمینی چاه از یک منطقه روستایی مراغه، ایران) مشخص شده با As(III) 102
جدول 3-33- MIC جاذب ها در برابر گونه های مختلف میکروبی 103
چکیده
هدف از این کار افزایش کارایی جذب کیتوسان نسبت به As(III)، گونه بسیار سمی و متداول آرسنیک در آب های زیرزمینی، و افزایش فعالیت ضدمیکروبی آن در pH خنثی، pH آب های طبیعی، است. بنابراین نانوکامپوزیت مس-کینوسان/آلومینا تهیه و به عنوان جاذب جدید برای حذف As(III) مورد استفاده قرار گرفت. ویژگی های جاذب تهیه شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) ، طیف سنجی انرژی متفرق کننده اشعه X (EDX)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، طیف سنجی مادون قرمز(FTIR) و طیف سنجی پراش اشعه ایکس (XRD) بررسی شد. جاذب اصلاح شده مورفولوژی سطح متخلخل تری را نسبت به کیتوسان خالص نشان داد. تصاویر فاز AFM پراکندگی نانوذرات آلومینا در ماتریس پلیمر را نشان داد. نتایج FTIR، EDX و XRD مشخص کردند که یون های Cu2+ با گروه های آمین روی سطح کیتوسان کمپلکس تشکیل داده است. رفتار جذب As(III) بر روی Cu-chitosan/nano-Al2O3، chitosan/nano-Al2O3 و کیتوسان خالص با استفاده از سنتیک جذب و مطالعات ایزوترم در دمای اتاق بررسی شد. داده های جذب برای سه نوع جاذب توسط هر دو مدل لانگمویر و فروندلیچ بخوبی پردازش شدند. داده های سنتیکی نشان دادند که مطابقت خوبی با مدل سنتیکی شبه نوع دوم دارند. جاذب اصلاح شده ظرفیت جذب و سرعت اولیه جذب بالاتری را ارائه کرد. فعالیت ضدمیکروبی جاذب ها توسط روش حداقل غلظت بازدارنده (MIC) مورد مطالعه قرار گرفت. فعالیت ضدمیکروبی Cu-chitosan/nano-Al2O3 بسیار بالاتر از chitosan/nano-Al2O3 و کیتوسان خالص بود.
پایان نامه حذف همزمان آرسنیک و باکتری از آب با استفاده از نانوجاذب های برمبنای کیتوسان اصلاح شده با فلز
