پایان نامه ارشد بررسی شرایط بهینه جذب فلزات نیکل و روی با استفاده نانو سیلیکاژل عاملدار شده با هیستیدین
چکیده:
آلودگی خاک و تجمع فلزات سنگین در محصولات کشاورزی در مناطق صنعتی یکی از مهم ترین مسایل زیست محیطی است که زندگی گیاهان، حیوانات و انسان را تهدید می نماید . نیکل و روی یکی از این فلزات سنگین هستند که در فاضلابهای صنعتی به وفـور یافت می شود هدف از انجام این پژوهش جذب فلزات نیکل و روی با استفاده از نانوسیلیکای عاملدار شده با گروه آمینه ، بررسی شرایط بهینه و ایزوترم های جذب این فلزات می باشد خواص ساختاری و اندازةذرات،نانوذرات سنتز شده با استفاده ازمیکروسکوپ الکترون روبشی (SEM) بررسی گردید. به همین منظور در این آزمایش فلز نیکل و روی در pH های 3 تا 11 ، مقدار جاذب 1 ،7/0 ، 5/0 و 2/0 در غلظت های 2ppm،5ppm،10ppm،20ppm،30ppmو40ppm و زمان تماس 60 ، 120 ، 180 ، 240 دقیقه با جاذب مورد آزمایش قرار گرفته اند. بررسی مقدار جذب نیکل و روی به وسیله دستگاه جذب اتمی انجام شده است که طبق بررسی های انجام شده محلول آبی نیکل در pH=7/5 با غلظت 20ppm و مقدار 0/7 gr جاذب نانو سیلیکاژل عاملدار شده با هیستیدین برای طی زمان 240 دقیقه بیشترین مقدار جذب را داشته( این مقادیر برای روی به ترتیب برابر 7 ، 20ppm ، 0/5gr و 240 دقیقه است) که از هر دو ایزوترم لانگمویر و فروندلیچ پیروی می کند . نتایج آزمایشات انجام شده نشان داده است که جاذب نامبرده توانایی بالایی در جذب این فلزات از محلول های آبی دارد در نتیجه می توان از آن به عنوان یک جاذب خوب برای تصفیه فاضلاب و جلوگیری از آلودگی محیط زیست استفاده کرد.
مقدمه
افزایش جمعیت جهان و تامین آب بهداشتی مورد نیاز مردم به یکی از مشکلات اساسی جهان امروز تبدیل شده و توسعه صنایع و تولید فاضلاب های دارای ترکیبات سمی و پیچیده، کاربرد فرآیندهای متداول تصفیه فاضلاب را محدود و در برخی موارد ناتوان کرده است.رها سازی فلزات سنگین به محیط زیست به دلیل سمیت و پایداری آنها در محیط باعث افزایش خطرات برای سلامتی و محیط زیست می گردد. [1]استخراج فلزات از معادن و کاربرد گسترده فلزات سنگین در صنایع باعث شده است که غلظت این فلزات در آب، فاضلاب، هوا و خاک بیشتر از مقادیر زمینه ای افزایش پیدا کند.[2]
متداولترین فلزات سنگین یافت شده در فاضلابها، سرب، مـس، روی، کـادمیم، کـروم و نیکـل هستند که این گونه فلزات به دلیل سمیت و عدم تخریب زیسـتی نـه تنها برای گیاهان و حیوانات بلکه برای انسانهـا هـم ایجـاد مشـکل کرده و میتوانند در بافتهای زنده و در نهایت در زنجیره غذایی تجمع حاصل کنند[3].
شناسایی و پاکسازی مواد شیمیایی سمی٬ امری کلیدی در حفاظت محیط زیست است. فلزات سنگین از جمله آلاینده های سمی هستند که به شدت برای ارگانیسمهای زنده و محیط زیست خطرناک هستند. تحقیقاتی که روی اثرات سمی فلزات سنگین ارائه شده است٬ تایید می کنند که این فلزات می توانند مستقیما با مختل کردن عوامل مغزی و عصبی بر رفتارها اثر بگذارند و سیستمهایی مانند سیستم گوارشی٬ اعصاب مرکزی٬ تولید مثل را با مشکل مواجه کنند. روشهای مختلفی برای جداسازی فلزات سنگین از پسابهای صنعتی ارائه شده است٬ وه می توان به ترسیب شیمیایی٬ انعقاد و فلوکولاسیون٬ فیلتر غشایی٬ تعویض یونی٬ تکنیکهای الکتروشیمیایی و عوامل شلاته کننده اشاره کرد. . از بین روشهای گفته شده٬ روش جذب سطحی به دلیل بازدهی بالا٬ سادگی٬ ارزان بودن جاذبها و در دسترس بودن انواع مختلف آنها در مقایسه با سایر روشها٬ روشی ساده و جالب توجه است. به علاوه امکان بازیافت فلزات خالص و نیز استفاده مجدد از جاذب از دیگر مزایای این روش می باشد. مهم ترین کاربرد این فرایند در تصفیه آب و پسابهای صنعتی است.
سنتز نانو سیلیکاژل با استفاده از یک روش مناسب و عامل دار کردن این ماده سنتز شده با گروههای عاملی آمین دار هیستیدین و جذب فلزات سنگین سرب و کادمیوم در شرایط بهینه٬ عوامل مهمی در بدست آوردن نتایج مطلوب است. در این پژوهش٬ نانو سیلیکاژل عامل دار شده به عنوان جاذب کاتیونهای فلزات سنگین از محلولهای آبی مورد استفاده قرار گرفت و تعیین شرایط بهینه جذب فلزات سنگین نامبرده شده با بررسی اثرات pH ٬ زمان تماس٬ مقدار جاذب و مقدار جذب شونده به عنوان پارامترهای موثر و کارایی مدلهای تعادلی جذب سرب و کادمیوم توسط جاذب عامل دار شده مورد بررسی واقع شد.
نوع فایل : word
تعداد صفحات :128
1-1 مقدمه. 1
1-2 فاضلاب.. 2
1-2-1 تاریخچه تصفیه فاضلاب.. 2
1-2-2 مسئله پسابهای صنعتی.. 3
1-2-3 هدفهای تصفیه فاضلاب[14]. 4
1-2-4 انواع و ویژگیهای فاضلابها[14]. 4
1-2-5 روشهای تصفیه فاضلاب.. 6
1-3 جاذبها7
1-3-1 طبقه بندی جاذبها8
1-3-2 انواعجاذب.. 8
1-3-2-1 کربن فعال. 8
1-3-2-2 جاذب های طبیعی.. 9
1-3-2-4 سیلیکاژل. 10
1-3-2-3-1 روش های تهیه سیلیکا:11
1-4 روشهای ساخت نانو ذرات:12
1-5 تهیه نانومواد با روش سل – ژل. 14
1-5-1 مراحل فرآیند سل ژل :15
1-5-1-1 تهیه محلول همگن. 15
1-5-1-2تشکیل سل (Sol) :17
1-5-1-3 تراکم. 18
1-5-1-4 تشکیل ژل :19
1-6 فلزات سنگین. 21
1-6-1 نیکل:23
1-6-2 روی:25
1-7 جذبسطحی.. 27
1-7-1 فرآیند جذب سطحی.. 27
1-7-2 تئوری جذبسطحی.. 28
1-7-2-1جذب سطحی یونی.. 28
1-7-2-2 جذب سطحی فیزیکی.. 29
1-7-2-3 جذب سطحی شیمیایی.. 29
1-7-2-5 مهمترین عوامل موثر برسرعت جذب سطحی.. 31
1-7-3 پدیدهجذب.. 33
1-7-4 ایزوترم های جذب سطحی.. 34
1-7-4-1 ایزوترمل انگمویر. 34
1-7-4-2کاربرد . 39
1-7-4-2-1 جذب گاز روی جامد:39
1-7-4-2-2جذب مایع روی جامد:40
1-7-4-3 معادله لانگمویرتعمیم یافته. 42
1-7-4-4 ایزوترمفروندلیش.. 44
1-7-4-5 ایزوترملانگمویر- فروندلیش(معادلهسیپس). 46
1-7-4-6 جذبچندلایه. 48
1-7-4-7 ایزوترمبرونر- ایمت– تلر 49
1-7-4-8 ایزوترماصلاحشدهلانگمویر. 52
1-7-4-9 ایزوترمتمکین. 53
1-7-4-10 ایزوترمردلیچ-پیترسون. 54
1-7-5 مدلهای سینتیکی جذب سطحی.. 55
1-7-5-1معادلهیلاگرگرن (معادله یسرعتشبهمرتبه یاول). 56
1-7-5-2 معادله سرعت شبه مرتبه دوم. 57
1-8 دستگاه طیفسنجیمادونقرمز FT-IR.. 58
1-9 میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM). 62
1-9-1 اجزای تشکیل دهنده SEM... 63
1-9-2 نحوه کار دستگاه SEM... 63
1-10 طیف سنجی پلاسمایی جفت شده القایی.. 64
1-10-1 کاربردهای طیف سنجی پلاسایی جفت شده القایی.. 65
1-10-2 اجزای تشکیل دهنده دستگاه65
1-11 مروری بر یافته های گذشته:66
فصل دوم. 69
2-1 مقدمه. 69
2-2 مواد و تجهیزات مورد استفاده70
2-2-1 مواد مورد استفاده70
2-2-1-1 تترا اتوکسی سیلان (TEOS). 71
2-2-1-2 آمونیاک.. 72
2-2-1-3 اتانول خالص.... 74
2-2-1-4 نمک روی (II) نیترات6 آبه .. 76
2-2-1-5 نمک نیکل (II) نیترات6 آبه .. 77
2-2-2 تجهیزات مورد استفاده79
2-3روش ساخت نانوسیلیکا:83
2-4 نشاندن هیستیدین روی نانوسیلیکا84
2-5 تهیه بافر. 85
2-5-1 روشتهیهمحلول01/0 مولاراستیکاسید:85
2-5-2 روشتهیهمحلولسدیماستات 3 آبه 0/01 مولار:85
2-5-3 روش تهیه محلول سدیمدیهیدروژنفسفات 1 آبه01/0مولار:85
2-5-4 روشتهیهمحلولدیسدیمهیدروژنفسفات 2 آبه 0/01 مولار:86
2-5-5 روش تهیه بافرpH=3. 86
2-5-6 تهیه بافرpH=5. 86
2-5-7 تهیه بافر :pH=7. 87
2-5-8 تهیه بافر :pH=7/5. 87
2-5-9 تهیه بافر :pH=8. 87
2-5-10 تهیه بافر :pH=9. 88
2-5-11 تهیه بافر :pH=11. 88
2-6 تعیین pH بهینه نیکل:89
2-6-1 محاسبه مقدار نمک نیترات نیکل مورد نیاز برای تهیه محلول 100ppm.. 89
2-7 تعیین pH بهینه روی:90
2-7-1 محاسبه مقدار نمک نیترات روی مورد نیاز برای تهیه محلول 100ppm.. 90
2-8 تعیین مقداربهینه جاذب نیکل:90
2-9 تعیین مقداربهینه جاذب روی:91
2-10 تعیین زمان بهینه جذب یونNi+2 ) مطالعهزمانوسینتیکواکنش:(. 91
2-11تعیین زمان بهینه جذب یونZn+2 ) مطالعهزمانوسینتیکواکنش:(. 92
2-12 تعیین غلظت بهینه 2+Ni(بررسیایزوترمهایجذب):92
2-13تعیین غلظت بهینهZn+2 (بررسیایزوترمهایجذب):94
فصل سومبحث و نتیجه گیری.. 96
3-1 بررسی جذب کاتیون های فلزات سنگین و تعیین شرایط بهینه جذب:97
3-1-1 اثر pH:97
3-1-2 اثر مقدار جاذب بر میزان جذب:100
3-1-3 اثر زمان تماس بر میزان جذب.. 102
3-1-4 اثرغلظت بر میزان جذب:104
3-2 بررسی سینتیک واکنش:105
3-3 بررسی ایزوترمهای جذبی:108
3-4 طیفft-irنانو سیلیکایسنتزشده:114
3-5 طیف XRD از نانو سیلیکا115
3-6 تفصیر تصاویر دستگاه TEM و SEM... 116
3-7 نتیجه گیری.. 118
3-3 پیشنهادات.. 119
منابع:120
