Get a site

پایان نامه سنتز نانوذرات مغناطیسی آهن پوشیده شده با هیدروکسی آپاتیت و بررسی عملکرد آنها برای جذب کبالت (II) و روی II)) از محلولهای آبی و اندازه ­گیری با اسپکترومتری جذب اتمی شعله

پایان نامه رشته شیمی

گرایش : کاربردی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد علوم داروئی

دانشکده فن‌آوری‌های نوین،گروه شیمی

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد (M.SC)

      گرایش: کاربردی

 

عنوان:

سنتز نانوذرات مغناطیسی آهن پوشیده شده با هیدروکسی آپاتیت و بررسی عملکرد آنها برای جذب کبالت (II) و روی II)) از محلولهای آبی و اندازه ­گیری با اسپکترومتری جذب اتمی شعله

 

استاد راهنما:

سرکار خانم دکترانسیه قاسمی

سال تحصیلی۹۲-۱۳۹۱

فهرست مطالب
عنوان                                                                                                                                   صفحه
خلاصه فارسی. ۱
مقدمه. ۲
 
فصل اول: کلیات   
۱-۱- ضرورت انجام تحقیق ۵
۱-۲- بیان مسئله. ۵
۱-۳- اهداف پژوهش ۸
۱-۴-  فناوری نانو ۸
۱-۴-۱-  نانو ذرات. ۹
۱-۴-۲- نانوذرات مغناطیسی. ۱۱
۱-۴-۲-۱- طبقه بندی مواد از لحاظ مغناطیسی ۱۲
۱-۴-۲-۱-۱- مواد فرو مغناطیس ۱۲
۱-۴-۲-۱-۲- مواد فری مغناطیس ۱۵
۱-۴-۲-۲- نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن ۱۵
۱-۴-۲-۲-۱- مگنتیت ۱۵
۱-۴-۲-۲-۲- مگهمایت ۱۶
۱-۵- روش های تهیه ی مگنتیت. ۱۷
۱-۵-۱- تهیه ی مگنتیت در محیط های همگن مایع. ۱۸
۱-۵-۱-۱- تهیه ی مگنتیت در روش همرسوبی محلول نمک آهن (III) و آهن (II) 18
۱-۵-۲- تهیه مگنتیت به روش بیوسنتز ۲۲
۱-۶- کاربرد های اکسید های مغناطیسی آهن ۲۳
۱-۷- اصلاح سطح نانو ذرات مغناطیسی ۲۵
۱-۸- آپاتیت ۲۶
۱-۹- هیدروکسی آپاتیت. ۲۷
۱-۱۰- تاریخچه ی شناسایی هیدروکسی آپاتیت ۲۸
۱-۱۱- خواص هیدروکسی آپاتیت. ۲۸
۱-۱۱-۱- بلورینگی. ۲۸
۱-۱۱-۲- خواص زیست سازگاری. ۲۹
۱-۱۱-۳- رفتار حرارتی. ۲۹
۱-۱۱-۴- خواص مکانیکی. ۳۰
۱-۱۱-۵- چگالی. ۳۱
۱-۱۱-۶- حلالیت در آب. ۳۱
۱-۱۲- روش های سنتز هیدروکسی آپاتیت. ۳۳
۱-۱۳- تاریخچه ای از کاربرد های هیدروکسی آپاتیت ۳۵
۱-۱۴-کاربرد های هیدروکسی آپاتیت ۳۵
فصل دوم : مروری برمتون گذشته
۲-۱- فلزات سنگین و اثرات آن ها ۴۰
۲-۱-۱-کبالت. ۴۰
۲-۱-۱-۱-اثرات کبالت بر روی سلامتی انسان ۴۱
۲-۱-۱-۲-تاثیرات زیست محیطی کبالت ۴۳
۲-۱-۲- روی. ۴۵
۲-۱-۲-۱- اثرات روی بر روی سلامتی انسان ۴۶
۲-۱-۲-۲- اثرات روی بر روی محیط زیست ۴۷
۲-۲- ضرورت جداسازی فلزات سنگین از آب ۴۹
۲-۳- کاربرد های فناوری نانو در عرصه صنعت آب. ۴۹
۲-۴- روش های جداسازی فلزات سنگین. ۵۲
۲-۴-۱- رسوب دهی شیمیایی. ۵۲
۲-۴-۲- انعقاد و ته نشینی. ۵۴
۲-۴-۳- انعقاد الکترودی ۵۶
۲-۴-۴- روش تبادل یون ۵۸
۲-۴-۵- کاتالیزورهای نانوئی. ۶۲
۲-۴-۶- جذب بیولوژیکی ۶۳
۲-۴-۷- روش های غشایی. ۶۶
۲-۴-۷-۱- الکترودیالیز ۶۷
۲-۴-۷-۲- اسمز معکوس. ۶۹
۲-۴-۷-۳- نانو فیلتراسیون ۷۰
۲-۴-۷-۴- اولترافیلتراسیون توسط پلیمر های دندریمر افزایشی. ۷۲
۲-۴-۸- شناور سازی ۷۴
۲-۴-۹- جذب سطحی ۷۷
۲-۴-۹-۱- جذب توسط کربن فعال ۸۰
۲-۴-۱۰- جداسازی مغناطیسی. ۸۱
۲-۴-۱۱- ترکیب جداسازی مغناطیسی با فرایند جذب سطحی با جاذب γ-Fe2O3@HAP. 85
۲-۵- مروری بر مطالعات گذشته. ۸۹
۲-۵-۱- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با نانو ذرات مغناطیسی. ۸۹
۲-۵-۲- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با هیدروکسی آپاتیت ۹۲
۲-۵-۳- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با γ-Fe2O3@HAP 95
فصل سوم : مواد و روش ها
۳-۱- مواد. ۹۸
۳-۲- تجهیزات دستگاهی ۹۹
۳-۳- روش کار. ۹۹
۳-۳-۱- سنتز جاذب ۹۹
۳-۳-۲- تعیین ساختار نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP سنتز شده. ۱۰۱
۳-۳-۳- تهیه ی محلول های نیترات روی و نیترات کبالت. ۱۰۲
۳-۳-۴- بهینه سازی و بررسی عوامل موثر بر جذب Zn2+  و Co2+ . 102
۳-۳-۵- بررسی میزان جذب کبالت (II) و روی (II) از محلول های آبی در شرایط بهینه. ۱۰۴
۳-۳-۶- آزمایش واجذبی. ۱۰۵
۳-۳-۷- بررسی میزان جذب Zn2+  و Co2+ موجود در پساب با جاذب γ-Fe2O3@HAP 106
۳-۳-۸- بررسی تخریب یا عدم تخریب نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP پس از فرایند جذب. ۱۰۶
فصل چهارم : نتایج
۴-۱- بررسی ساختار جاذب نانو ذرات  γ-Fe2O3@HAP . 108
۴-۱-۱- SEM  و TEM مربوط به γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب ۱۰۸
۴-۱-۲- طیف FTIR  مربوط به γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب ۱۰۹
۴-۱-۳- طیف XRD مربوط به γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب ۱۱۰
۴-۲- نتایج تست انجام شده. ۱۱۰
۴-۳- رسم منحنی استاندارد. ۱۱۱
۴-۴- بهینه سازی فاکتور های موثر بر جذب توسط طراحی باکسن- بهکن ۱۱۲
۴-۵- بررسی درصد جذب و واجذبی Zn2+  و Co2+ در محلول ها ۱۲۲
۴-۶- بررسی درصد جذب Zn2+  و Co2+  موجود در پساب. ۱۲۴
۴-۷- بررسی تخریب یا عدم تخریب جاذب نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP پس از واجذبی ۱۲۴
۴-۷-۱- طیف FTIR نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب. ۱۲۵
۴-۷-۲- طیف XRD نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب. ۱۲۶
فصل پنجم: بحث و پیشنهادات
۵-۱- نتیجه گیری ۱۲۸
۵-۲- پیشنهادات. ۱۲۹

منابع. ۱۳۱
خلاصه ی انگلیسی ۱۶۲
فهرست جداول
عنوان                                                                                                                          صفحه

جدول ۱-۱- خواص فیزیکی Fe3O4 و γ-Fe2O3. 17
جدول ۱-۲- خواص فیزیکی هیدروکسی آپاتیت. ۳۲
جدول ۱-۳- مقایسه ی روش های مختلف سنتز پودر هیدروکسی آپاتیت ۳۴
جدول ۲-۱- خواص عمومی و اتمی کبالت. ۴۴
جدول ۲-۲- خواص فیزیکی کبالت ۴۴
جدول ۲-۳- خواص عمومی و اتمی روی. ۴۸
جدول ۲-۴- خواص فیزیکی روی. ۴۸
جدول ۲-۵- شرایط رسوب دهی فلزات سنگین در عملیات رسوب دهی شیمیایی. ۵۳
جدول ۳-۱- آزمایشهای طراحی شده جهت بهینه سازی فاکتورها با نرم افزار باکس- بهکن ۱۰۴
جدول ۴-۱- میزان و درصد جذب Co2+ موجود در محلول ppm 100  Co(NO3)2. 6 H2O 110
جدول۴-۲- میزان و درصد جذب Zn2+ موجود در محلول ppm 100  Zn(NO3)2. 6 H2O   . ۱۱۱
جدول۴-۳- نتایج جذب آزمایشهای طراحی باکس- بهکن برای ۳ فاکتور انتخابی   ۱۱۳
جدول ۴-۴- مقادیر بهینه pH،γ-Fe2O3@HAP   و زمان برای Zn2+و  Co2+. 121
جدول ۴-۵- مقادیر جذب یون های  Zn2+و‍‍ Co2+بعد از اعمال شرایط بهینه. ۱۲۲
جدول ۴-۶- ترکیبات مورد استفاده  و میزان و درصد جذب Zn2+  و Co2+ در فرایند واجذبی ۱۲۳
جدول ۴-۷- میزان جذب Zn2+  و Co2+ موجود در پساب قبل و بعد از انجام فرایند جذب. ۱۲۴

فهرست اشکال
عنوان                                                                                                                                   صفحه

شکل ۱-۱- نمونه ای از حلقه پسماند در مواد فرومغناطیس ۱۴
شکل ۱-۲- نمونه ای از حلقه پسماند در مواد فرومغناطیس ۱۴
شکل ۱-۳- تاثیر بلوکهای میدانی در ایجاد پسماند مغناطیسی ۱۴
شکل ۱-۴- ساختار کریستالی مگنتیت. ۱۶
شکل ۱-۵- ساختار کریستالی مگهمیت ۱۷
شکل ۱-۶- مراحل سنتز Fe3O4 درون میکروارگانیسم ۲۲
شکل ۱-۷- ساختار کریستالی هیدروکسی آپاتیت. ۲۹
شکل ۲-۱- نانوذرات اکسیدهای فلزی،  نانو لوله های کربن دار،  زئولیتها و دندریمرها. ۵۰
شکل ۲-۲- دسته بندی انواع فیلتر ها ۶۷
شکل ۲-۳- نحوه ی عملکرد نانوفیلتراسیون ۷۱
شکل ۲-۴- بازیابی یون های فلزی از محلول های آبی توسط فیلتراسیون با پلیمر دندریمر. ۷۳
شکل ۴- ۱- SEM مربوط به نانوذرات γ-Fe2O3@HAPن  قبل از فرایند جذب ۱۰۸
شکل ۴-۲- TEM مربوط به نانوذرات γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب ۱۰۸
شکل ۴-۳- طیف FTIR  ناذرات γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب. ۱۰۹
شکل ۴-۴- طیف XRD مربوط به γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب ۱۱۰
شکل ۴-۵- منحنی استاندارد جذب Co2+. 111
شکل ۴- ۶- منحنی استاندارد جذب Zn2+ 112
شکل ۴-۷- میزان تاثیر فاکتورهای مختلف موثر بر جذب Zn2+  و Co2+. 114
شکل ۴-۸- رابطه مقادیر مختلف PH و γ-Fe2O3@HAP و زمان با درصد جذب ۱۱۴
شکل ۴-۹- تغییرات مقدار PH و γ-Fe2O3@HAP با ثابت در نظر گرفتن زمان ۱۱۵
شکل ۴-۱۰- تغییرات مقدار میلی گرم γ-Fe2O3@HAP و زمان با ثابت در نظر گرفتن PH 115
شکل ۴-۱۱- تغییرا مقدار PH و زمان با ثابت در نظر گرفتن مقدار میلی گرم γ-Fe2O3@HAP. 116
شکل ۴-۱۲- مقدار نسبی کاتیون Co2+ بر حسب PH. 118
شکل ۴-۱۳- مقدار نسبی کاتیون Zn2+ بر حسب PH. 119
شکل ۴-۱۴- طیف FTIR نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب ۱۲۵
شکل ۴-۱۵- طیف XRD نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب     ۱۲۶
خلاصه فارسی:
در این تحقیق ابتدا نانو ذرات  γ-Fe2O3@HAPسنتز شده و با اطمینان از سنتز موفق این نانو ذرات با توجه به طیف های XRD، FTIR و تصاویر  SEMو TEM آن ها، این نانو ذرات به عنوان جاذب برای جداسازی یون های فلزی Zn2+ و Co2+ از محلول های آبی حاویcc  ۲۰ کبالت (II) و روی (II)ppm  ۱۰ به کار برده شدند و برای اندازه گیری جذب این فلزات از اسپکترومتری جذب اتمی شعله استفاده شد. علاوه بر این به منظور دستیابی به بالاترین بازده جذب فلزات سنگین توسط نانوذرات γ-Fe2O3@HAP، اثر عوامل مختلف از جمله مقدار گرم نانوذرات γ-Fe2O3@HAP، زمان استخراج و pH بررسی و توسط طراحی های کمومتری بهینه سازی شد. شرایط بهینه عبارت بودند از: ۱۰ pH=،g 015/0γ-Fe2O3@HAP =  و۴۵Time =  دقیقه که موارد گفته شده توسط نرم افزار ۱/۵Statgraphics  با بهره گرفتن از طراحی باکس- بهکن بهینه سازی و سطوح بهینه این فاکتورها تعیین شد. در شرایط بهینه نزدیک به ۱۰۰% کاتیونهای مذکور جذب نانوذرات شده و از محیط آبی حذف شدند. همچنین بر روی پساب حاویppm Zn2+  ۳/۲۲ وppm Co2+   ۵ فرایند جذب با جاذب MNHAP را در شرایط بهینه انجام داده و به جذب ۹۹% روی (II) و ۹۶% کبالت (II) دست یافتیم. فرایند جذب سطحی Zn2+ و Co2+ بر روی جاذب MNHAP با مکانیسم های جاذبه ی الکترواستاتیک، تشکیل کمپلکس سطحی، تبادل یون صورت گرفته است. علاوه بر موارد بیان شده آزمایشات واجذبی را توسط ۳ شوینده ی HNO3 یک نرمال، EDTA   سه صدم مولار،  CaNO3. 4H2Oیک دهم مولار بعد از اعمال فرایند جذب در شرایط بهینه انجام دادیم و به نتایج رضایت بخشی دست یافتیم . سپس به منظور بررسی تخریب یا عدم تخریب جاذب، طیفهای FTIR و XRD از جاذب گرفته شد و تفسیر طیفهای بدست آمده بیانگر عدم تخریب جاذب  γ-Fe2O3@HAPبود.
کلید واژه نانو ذرات مغناطیسی، جاذب های مغناطیسی قابل بازیافت، نانو ذرات مغناطیسی گاما اکسید آهن با پوشش هیدروکسی آپاتیت، فلزات سنگین، دستگاه اسپکترومتری جذب اتمی شعله

مقدمه
امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساختهای ضعیف خالص سازی آب، به آبی بهداشتی دسترسی ندارند. بر طبق آمارهای موجود و به نقل از سازمان جهانی بهداشت، حدود یک میلیارد نفر به منابع آبی سالم و بهداشتی دسترسی نداشته و این میزان چیزی حدود یک ششم جمعیت کره زمین را در بر می گیرد.
فلزات سنگین به دلیل تجمع زیستی شان، عدم زیست تخریب پذیریشان، سمیتشان به عنوان تهدیدی جدی برای بشر محسوب می شوند. رشد صنعت و کاربرد فلزات سنگین در فرآیندهای صنعتی زیاد، منجر به افزایش غلظت فلزات سنگین در فاضلاب ها و محیط شده، بنابراین جداسازی و حذف آن ها از آب های آلوده، پساب ها و آب آشامیدنی بسیار ضروری می باشد.
روش های مختلفی برای حذف فلزات سنگین از آبهای صنعتی به کار می­روند از جمله : رسوب دهی شیمیایی، انعقادو ته نشینی، انعقاد الکتریکی، کاربرد رزین های تبادل یون، فرآیندهای جداسازی غشایی (اسمز معکوس، نانو فیلتراسیون، الکترو دیالیز)، جذب سطحی(جاذب های متداول اصولاً شامل کربن فعال، زئولیت، خاک رس، موادپلیمری و زیست توده می باشد.) وجداسازی مغناطیسی.
آنچه در این مبحث، بیش از بیش دنبال آن هستیم، ایجاد بستری مناسب، برای دستیابی به آبی سالم، با کیفیت و مقرون به صرفه است. به یمن استفاده از شیوه های جدید مخصوصاٌ نانوتکنولوژی در تصفیه آب، شرایط ذکر شده برای ما میسر گردیده است، بطوریکه با توجه به حذف موثر آلاینده ها و کاهش هزینه های تمام شده تولید آب سالم، استفاده از این فناوری ها، نسبت به روش های قدیمی بیشتر مورد توجه و استقبال قرار گرفته است. از میان تکنولوژی های متداول به منظور جداسازی یون های فلزی سنگین از محلول های آبی، برای برطرف کردن نواقص و کاستی های این روش ها، جاذب نانو ذرات مغناطیسی آهن پوشیده شده با هیدروکسی آپاتیت که در آن تکنولوژی جداسازی مغناطیسی با فرایند جذب سطحی ترکیب شده به کار رفته است.
هیدروکسی آپاتیت به دلیل ظرفیت جذب بالای فلزات سنگین، جذب سریع، حلالیت کم در آب، زیست- سازگاری، در دسترس بودن، سهولت تهیه، هزینه ی پایین و پایداری در مقابل ترکیبات اکسنده و کاهنده یک ماده ی  ایده ال برای جداسازی فلزات سنگین می باشد.
تثبیت HAP بر سطح نانو ذرات مغناطیسی منجر به رفع مشکل برگشت ناپذیری، افزایش بازده فرایند جذب و بازیافت جاذب،  جذب انتخاب پذیر و اختصاصی، بالا رفتن سرعت جذب، جلوگیری از اکسیداسیون سریع هسته اکسید آهن در محیط آبی شده وامکان جداسازی سریع و ساده ی جاذب با اعمال یک میدان مغناطیسی را فراهم می کند. بنابراین می توان انبوهی از فاضلاب را در دوره ی زمانی خیلی کوتاه بدون تولید هیچ آلودگی، با عملیات ساده، اقتصادی و راندمان بالا تصفیه نمود.
در این پایان نامه در فصل اول به توضیح  نانو فناوری، نانو ذرات، نانو ذرات مغناطیسی، طبقه بندی مواد از لحاظ مغناطیسی، نانو ذرات اکسید آهن، روش های سنتز  و کاربرد نانو ذرات اکسید های آهن، اصلاح سطح، هیدروکسی آپاتیت،  خواص هیدروکسی آپاتیت، روش های سنتز و کاربرد هیدروکسی آپاتیت، پرداخته شده است. در فصل دوم اثرات فلزات سنگین بر روی انسان و محیط زیست، ضرورت جداسازی فلزات سنگین از آب، کاربرد فناوری نانو در صنعت آب، روش های جداسازی فلزات سنگین، جاذب γ-Fe2O3@HAP، مروری بر مطالعات قبلی مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل سوم مواد، تجهیزات مورد استفاده و روش کارهای انجام شده بیان شده. در فصل چهارم به تجزیه و تحلیل و بیان نتایج حاصل از تحقیق و پیشنهادات پرداخته شده است.
تعداد صفحه : ۱۷۹
قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***