پایان نامه بررسی کارآیی نانوذرات تیتانیوم دی اکسید تثبیت شده در حذف کلرامفنیکول بعنوان یک آلاینده

اختصاصی از هایدی پایان نامه بررسی کارآیی نانوذرات تیتانیوم دی اکسید تثبیت شده در حذف کلرامفنیکول بعنوان یک آلاینده دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:100

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
گرایش شیمی کاربردی

عنوان : بررسی کارآیی نانوذرات تیتانیوم دی اکسید تثبیت شده در حذف کلرامفنیکول بعنوان یک آلاینده مدل از ترکیبات دارویی: بررسی تأثیر پارامترهای عملیاتی و مطالعات سینتیکی 

فهرست مطالب:
چکیده
فصل اول: کلیات و بررسی منابع
1-1- مقدمه    1
1-2- آلاینده های محیط زیست    2
1-3- آنتی بیوتیک ها و مشکلات زیست محیطی    2
1-4- تکنیک های تصفیه    4
1-5- فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)     4
1-5-1- فرآیند هتروژن فتوکاتالیز    5
1-5-2- انواع فتوکاتالیزورها    13
1-5-3- مکانیسم فرآیندهای هتروژن کاتالیز    14
1-5-3-1- مکانیسم فرآیند فتوکاتالیستی UV/TiO2    15
1-6- تثبیت فتوکاتالیزور TiO2 بر روی بستر ثابت    17
1-6-1- تثبیت کاتالیزور به روش PMTP    20
1-7- طراحی آزمایش    22
1-7-1- انواع روش های طراحی آزمایش    22
1-7-1-1- روش تاگوچی    23
1-7-1-1-1- ویژگی آرایه های متعامد    23
1-8- فرآیند طراحی آزمایش    23
1-8-1- برنامه ریزی    24
1-8-2- اجرا    24
1-8-2-1- محاسبه اثر اصلی فاکتورها    24
1-8-3- آنالیز واریانس (ANOVA)    25
1-8-3-1- روش استاندارد    25
1-8-3-2- روش S/N (نسبت سیگنال به نویز)    27
1-8-3-2-1- مشخصه نوع Nominal is better    27
1-8-3-2-2- مشخصه نوع Smaller is better    28
1-8-3-2-3- مشخصه نوع Bigger is better    28
1-9- مطالعات پیشین در زمینه بررسی حذف آنتی بیوتیک ها با استفاده از فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته    28
1-10- اهداف طرح حاضر    33

فصل دوم: روش تحقیق
2-1- وسایل، دستگاه ها و نرم افزارهای مورد نیاز    34
2-1-1- فتوراکتور    35
2-2- مواد مورد استفاده    36
2-3- مشخصات TiO2-P25    36
2-4- مشخصات کلرامفنیکول    36
2-5- روش تهیه محلول مادر CAP    38
2-6- روش تثبیت نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید بر روی بسترهای شیشه ای    38

2-7- تکنیک های مورد استفاده برای تعیین مشخصات بسترهای تهیه شده از نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده بر روی صفحات شیشه ای    40
2-8- روش تعیین میزان بارگیری نانوذرات تیتانیوم دی اکسید بر روی صفحات شیشه ای    41
2-9- بررسی فعالیت فتوکاتالیزوری نانوذرات تثبیت شده بر روی صفحات شیشه ای    42
2-10- نحوه ارائه نتایج    42
2-11- روش اندازه گیری غلظت CAP موجود در محلول    43
2-12- روش آماده سازی نمونه ها برای اندازه گیری TOC    45
2-13- روش آماده سازی نمونه ها برای اندازه گیری میزان یون های آمونیوم، نیترات، نیتریت و
کلرید    45
2-14- اندازه گیری نیترات به روش اسپکتروفتومتری    46
2-15- اندازه گیری نیتریت به روش اسپکتروفتومتری    46
2-16- اندازه گیری کلرید به روش آرژانتومتری    46
2-17- اندازه گیری آمونیوم به روش رنگ سنجی به کمک شناساگر نسلر    47

فصل سوم: نتایج و بحث
3-1- مشخصات بسترهای تهیه شده از نانوذرات TiO2-P25 بر روی صفحات شیشه ای    48
3-1-1-  تصاویر SEM    48
3-1-2- تصاویر AFM    50
3-2- تأثیر پارامترهای عملیاتی در راندمان حذف کلرامفنیکول توسط نانوذرات TiO2-P25 تثبیت
شده بر روی صفحات شیشه ای    53
3-2-1- بررسی تأثیر غلظت اولیه کلرامفنیکول    53
3-2-2- بررسی تأثیر شدت نور فرابنفش    55
3-2-3- بررسی تأثیر pH    57
3-3- طراحی آزمایشات فعالیت فتوکاتالیزوری نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده بر اساس خواص
آرایه های متعامد    60
3-3-1- بهینه سازی میزان حذف    63
3-3-2- تعیین شرایط بهینه برای فعالیت فتوکاتالیزوری نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده در
 حذف CAP    65
3-3-3- تعیین سهم متغیرهای انتخابی در فعالیت فتوکاتالیزوری نانوذرات TiO2-P25 تثبیت
 شده در حذف CAP     68
3-4- آنالیز سینتیک حذف CAP توسط نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده بر روی صفحات شیشه ای
 در فتوراکتور ناپیوسته    70
3-5- مطالعات معدنی سازی CAP توسط نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در فتوراکتور ناپیوسته    77
3-6- نتیجه گیری    80
3-7- پیشنهادات    81
منابع    82
چکیده انگلیسی

فهرست جداول                                                                                   
جدول (1-1): تصفیه ترکیبات دارویی به روش اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)    7
جدول (2-1): مشخصات آنتی بیوتیک کلرامفنیکول    37
جدول (2-2): جذب محلول هایی با غلظت های مختلف از کلرامفنیکول در nm 278 max=    44
جدول (3-1): اطلاعات مورفولوژیکی حاصل از تصاویر AFM    51
جدول (3-2): اطلاعات زبری حاصل از تصاویر AFM    52
جدول (3-3): نتایج تأثیر غلظت اولیه CAP در میزان حذف آن توسط نانوذرات TiO2-P25
تثبیت شده Light intensity= 36.7 W m-2, pH  4    54
جدول (3-4): نتایج تأثیر شدت نورهای مختلف فرابنفش در میزان حذف CAP توسط نانوذرات
 TiO2-P25 تثبیت شده [CAP]= 20 mg L-1, pH  4    56
جدول (3-5): نتایج تأثیر pH در میزان حذف CAP توسط نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده
[CAP]= 20 mg L-1, Light intensity= 36.7 W m-2    58
جدول (3-6): فاکتورها و سطوح آن ها برای طراحی آزمایشات    61
جدول (3-7): آرایه متعامد L16 برای طراحی آزمایش    62
جدول (3-8): نتایج آزمایشات بر اساس آرایه L16    64
جدول (3-9): مقادیر S/N برای آزمایشات مختلف    65
جدول (3-10): پاسخ آنالیز تاگوچی فعالیت فتوکاتالیزوری نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده    66
جدول (3-11): نتایج مربوط به تحلیل واریانس برای تعیین درصد تأثیر فاکتورهای مختلف در
 فعالیت فتوکاتالیزوری نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده در حذف CAP    68
 

فهرست نمودارها                                    
نمودار (2-1): طیف جذبی محلول کلرامفنیکول در ناحیه UV/Vis    43
نمودار (2-2): نمودار کالیبراسیون برای اندازه گیری غلظت کلرامفنیکول در نمونه های مجهول
 (nm 278 max= )    44
نمودار (3-1): تأثیر غلظت اولیه CAP در میزان حذف آن توسط نانوذرات TiO2-P25
تثبیت شده    55
نمودار (3-2): تأثیر شدت نورهای مختلف فرابنفش در میزان حذف CAP توسط نانوذرات
 TiO2-P25 تثبیت شده    57
نمودار (3-3): تأثیر pH در میزان حذف CAP توسط نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده    59
نمودار (3-4): تأثیر هر پارامتر بر مقادیر پاسخ S/N    67
نمودار (3-5): اهمیت فاکتورهای مؤثر در فعالیت فتوکاتالیزوری نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده
در حذف CAP    69
نمودار (3-6): مقایسه ای مابین درصد حذف پیش بینی شده به روش تاگوچی و نتایج تجربی در
 فعالیت فتوکاتالیزوری نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده در حذف CAP    70
نمودار (3-7): نمودار نیمه لگاریتمی غلظت CAP بر حسب زمان تابش در غلظت های اولیه مختلف
 از کلرامفنیکول    72
نمودار (3-8): نمودار نیمه لگاریتمی غلظت CAP بر حسب زمان تابش در شدت نورهای فرابنفش
 مختلف    73
نمودار (3-9): نمودار نیمه لگاریتمی غلظت CAP بر حسب زمان تابش در pHهای اولیه مختلف    73
نمودار (3-10): نمودار ثابت سرعت ظاهری حذف بر حسب غلظت اولیه کلرامفنیکول    74
نمودار (3-11): نمودار ثابت سرعت ظاهری حذف بر حسب شدت نور     75
نمودار (3-12): نمودار ثابت سرعت ظاهری حذف بر حسب pH اولیه محلول CAP    75
نمودار (3-13): مقایسه مقادیر kap محاسباتی و تجربی برای حذف CAP توسط نانوذرات
 TiO2-P25 تثبیت شده    76
نمودار (3-14): نتایج اندازه گیری TOC در حذف CAP توسط نانوذرات TiO2-P25
تثبیت شده     77
نمودار (3-15): نمودار NH4+ تولیدی بر حسب زمان تابش در فرآیند حذف CAP توسط نانوذرات   TiO2-P25 تثبیت شده    78
نمودار (3-16): نمودار NO3- تولیدی بر حسب زمان تابش در فرآیند حذف CAP توسط نانوذرات
 TiO2-P25 تثبیت شده    78
نمودار (3-17): نمودار NO2- تولیدی بر حسب زمان تابش در فرآیند حذف CAP توسط نانوذرات
 TiO2-P25 تثبیت شده    79
نمودار (3-18): نمودار Cl- تولیدی بر حسب زمان تابش در فرآیند حذف CAP توسط نانوذرات
 TiO2-P25 تثبیت شده    79


 

 فهرست اشکال
  عنوان                                           صفحه                                   
شکل (1-1): شمای مکانیسم فرآیند فتوکاتالیستی UV/TiO2    16
شکل (2-1): فتوراکتور ناپیوسته    35
شکل (2-2): ساختار شیمیایی کلرامفنیکول    37
شکل (2-3): شمای مراحل تثبیت نانوذرات TiO2 بر روی بسترهای شیشه ای    39
شکل (3-1): تصویر SEM از مقطع عرضی (الف) و سطح (ب) بستر تهیه شده از نانوذرات
 TiO2-P25   بر روی صفحات شیشه ای    49
شکل (3-2): تصاویر AFM دو بعدی از نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده بر روی صفحات شیشه ای
 در دو وضوح متفاوت    50
شکل (3-3): تصاویر AFM سه بعدی از نانوذرات TiO2-P25 تثبیت شده بر روی صفحات شیشه ای
 در دو وضوح متفاوت    50
شکل (3-4): پروفایل مورد استفاده برای بدست آوردن اطلاعات مورفولوژیکی    51
شکل (3-5): پروفایل مورد استفاده برای بدست آوردن اطلاعات زبری سطح بستر    52

 

چکیده
در این تحقیق بمنظور کاربردی نمودن فرآیند فتوکاتالیز ناهمگن در حذف آنتی بیوتیک ها از    محیط های آبی، کارائی نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید تثبیت شده به روش اتصال حرارتی بر روی صفحات شیشه¬ای Sand-Blast شده در حذف کلرامفنیکول به عنوان یک ترکیب آنتی بیوتیک بررسی شده است. مشخصات صفحات شیشه¬ای پوشش داده شده با نانو ذرات تیتانیوم دی¬اکسید توسط تصاویر SEM و AFM بررسی شده است. تأثیر پارامترهای مختلفی نظیر غلظت اولیه کلرامفنیکول، شدت تابش نور فرابنفش و pH در فعالیت فتوکاتالیزوری نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید تثبیت شده مورد مطالعه قرار گرفته است. بطوریکه    نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید در وضعیت تثبیت شده در شرایط عملیاتی مختلف کارآئی قابل توجهی در حذف کلرامفنیکول از خود نشان می¬دهند. نتایج نشان می¬دهد که mg L-1 10 از کلرامفنیکول توسط       نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید تثبیت شده تحت تابش نور فرابنفش با شدتW m-2 7/36 در مدت زمان 45 دقیقه تقریباً بطور کامل حذف می¬شود. نتایج مطالعات معدنی سازی نیز حذف کامل TOC و ایجاد محصولات معدنی سازی نظیر Cl-، NO3- و NH4+ را در حد انتظار در زمان های تابش بالاتر نشان می دهد. نتایج طراحی آزمایش به روش تاگوچی مؤثرترین پارامتر در حذف آلاینده مذکور در سیستم تثبیت شده را زمان تابش با سهم 60 درصد نشان می دهد. همچنین نتایج آنالیز سینتیک واکنش، مطابقت سینتیک حذف را با مدل لانگمویر- هنیشلوود نشان می دهد. مدل حاصل از نتایج آنالیز سینتیک فرآیند، به خوبی قادر به تعیین ثابت سرعت ظاهری حذف CAP در فرآیند مذکور می باشد.
کلمات کلیدی: فرآیند اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)، تخریب فتوکاتالیتیکی، فتوکاتالیز ناهمگن، نانو ذرات TiO2، تثبیت فتوکاتالیزورها، کلرامفنیکول