منابع پایان نامه ارشد با موضوع ظرفیت جذب، اندازه گیری، پیوند دوگانه

شده را ابتدا چند بار با آب مقطر دیونیزه شستشو می دهیم و بعد با اتانول 3 بار این کار را تکرار می کنیم و بعد از آن که کاملا خشک کردیم مواد را داخل آون در دمای C°60 به مدت 24 ساعت قرار داده تا خشک شود تا گرافن اکساید با آمین انتهای بدست آید که در شکل(2-3) نشان داده شده است. که این مواد برای بررسی جذب یونهای فلزی مورد استفاده قرار می گیرد.
شکل(2-3) 6-آمینو اوراسیل
2-4- آماده سازی اتیلن دی آمین
روش کار
g5/0 گرافن اکساید را با ml20SOCl2 و یک میلی لیتر DMF به مدت 24 ساعت در دمای C°70 رفلاکس کرده بعد از انجام رفلاکس ماده را با دستگاه روتاری خشک کرده مواد خشک شده را 5 بار با آب مقطر دیونیزه شستشو داده و شستشو را با THF 50ml هم انجام می دهیم تا بوی تیونیل کلراید از بین برود و محصول را در یک لوله آزمایش ریخته و به آن ml10THF اضافه می کنیم و 2 بار سانتریفیوژ انجام داده و بعد محصول را تحت خلای در دمای C°60 به مدت 24 ساعت خشک کرده. از محصول بدست آمده g5/ 0بر می داریم با ml50 اتیلن دی آمین به مدت 2 روز رفلاکس انجام داده در دمای C°100 و بعد از صاف کردن 3 بار با آب دیونیزه شستشو داده و بعد با اتانول خالص هم 5 بار شستشو داده تا کاملا خشک شود. و محصول بدست آمده در شکل(2-4) نشان داده شده است. که برای بررسی جذب یونهای فلزی مورد استفاه قرار می گیرد.
شکل(2-4) اتیلن دی آمین
2-5- آزمایش های جذبی
2-5-1- درحضور مقادیر ثابت از جاذب در زمانهای متفاوت و همچنین در حضور زمان ثابت جاذبهای متفاوت
از گرافن اکساید، 6-آمینو اوراسیل، اتیلن دی آمین را برای ارزیابی ظرفیت های جذب یونهای فلزات سنگین استفاده شده است Cu(NO3)2، Pb(NO3)2، Cd(NO3)2 به عنوان منابع یونهای فلزی مس، کادمیم، سرب استفاده شده است یعنی Pd2+ ,Cd2+ ,Cu2+ را برای تست انتخاب کرده ایم. انجام تست برای رفتارهایی جذبی 3 جاذب در زمانهای 5، 10، 30، 60 دقیقه برای ml10 از هر نمونه در حضور 2 میلی گرم از جاذب و با غلظت 1-mgL10 یونهای فلزات سنگین مس، کادمیم، سرب، و همچنین در زمان ثابت 30 دقیقه برای فلز مس در حضور سه جاذب در مقادیر 5/0، 1، 2، 5 انجام شده است بعد از این که جذب کامل شد به کمک دستگاه التراسونیک یعنی به جذب تعادلی دست پیدا کرده ایم بخش شناور روی محلول به کمک دستگاه سانترفیوژ جمع آوری و فیلتر می شود تعیین غلظت فلزات سنگین در بخش شناور محلول که حدودا ml5 می باشد به کمک دستگاه جذب اتمی(A-SS) اندازه گیری می شود. که نتایج جذب برای یون فلزی مس در جدول(3-1) و نمودار(3-1) و برای یون فلزی کادمیم در جدول(3-2) و نمودار(3-2) و برای یون فلزی سرب در جدول(3-3) و نمودار(3-3) نشان داده شده است. و همچنین نتایج جذب برای یون فلزی مس در جدول(3-4) و نمودار(3-4) نشان داده شده است.
2-5-2- آزمایش جذبی در غلظتهای متفاوت
مقدار 2 میلی گرم ازجاذب گرافن اکساید، 6-آمینو اوراسیل، اتیلن دی آمین در غلضتهای متفاوت 5ppm، 10ppm، 25ppm،50ppm و مقدار 10 میلی لیتر از محلول یون فلزی مس، کادمیم، سرب را برداشته و در دمای اتاق به طور هم زمان در یک ظرف مشابه ریخته با همزن مغناطیسی به مدت 30 دقیقه عمل همزدن انجام شده(سرعت همزدن برای تمام واکنش ها یکسان بوده) و بعد از کامل شدن جذب محلول مورد نظر را سانترفیوژ کرده و سپس عمل فیلتر کردن انجام می شود و محلول فیلتر شده برای جذب اتمی آماده شده است. و تاثیر میزان جذب یونهای فلزی توسط سه جاذب در غلظتهای متفاوت توسط دستگاه جذب اتمی اندازه گیری می شود و سپس به تفسیر آن می پردازیم. که نتایج جذب برای یون فلزی مس در جدول(3-5) و نمودار(3-5) و برای یون فلزی کادمیم در جدول(3-6) و نمودار(3-6) و برای یون فلزی سرب در جدول(3-7) و نمودار(3-7) نشان داده شده است.
2-5-3- آزمایش جذبی در PHهای متفاوت
مقدار 2 میلی گرم از جاذب، گرافن اکساید، 6-آمینو اوراسیل، اتیلن دی آمین را در 10 میلی لیتر محلول یون فلزی مس، کادمیم، سرب در دمای اتاق به طور هم زمان در یک ظرف مشابه ریخته و مقدار PH آن را از 3 تا 8 کنترل کرده ایم.pH اولیه محلول با آمونیاک(3lmolL-1NH) و اسید نیتریک(3HNO) تنظیم می شود بعد از کنترل PH محلول را، با همزن مغناطیسی به مدت 2 ساعت عمل همزدن انجام شده(سرعت همزدن برای تمام واکنش ها یکسان بوده) و بعد از کامل شدن جذب محلول مورد نظر را سانترفیوژ کرده و سپس عمل فیلتر کردن انجام می شود و محلول فیلتر شده برای جذب اتمی آماده شده است. هر نمونه دو بار مورد تست قرار می گیرد. که تاثیرات جذب برای یون فلزی مس در جدول(3-8) و نمودار(3-8) و برای یون فلزی کادمیم در جدول(3-9) و نمودار(3-9) و برای یون فلزی سرب در جدول(3-10) و نمودار(3-10) نشان داده شده است.
فصل سوم
بحث و بررسی داده های تحقیق
طی بررسی های اخیر نانو مواد برپایه کربن از نظر اقتصادی کارایی زیادی در حذف یون های فلزات سنگین از آبهای آلودهر را نشان داده اند. ظرفیت های جذب رقابتی و منحصر به فرد برای جذب یون های سرب، مس و کادمیوم با کمک نانو لوله های کربنی چند دیواره(MWCNT) و شستن با اسید نیتریک توسط Liu و همکارانش بررسی شد. آنها گزارش دادند که MWCNT دارای L–سیستئین جاذب خوبی برای کادمیوم درتکنیک استخراج فاز جامد است[63].
در این پروِِژه لایه های GO از گرافیت با استفاده از روش Hummers تهیه و برای جذب یون های فلزی مس سرب و کادمیوم در محلول های آبی مورد استفاده قرار گرفت. از آنجائیکه برای گرافن اکسید، برهم کنش های از نوع π-π بین لایه های مجاور منجر به ایجاد تجمعات می شود این عامل از طرفی هم می تواند منجر به ازبین رفتن نواحی فعال سطحی و کاهش ظرفیت جذب شود. برای حل این مشکلات ساختار ها اصطلاحا بهبود داده60 و شرایط جذبی آنها را با استفاده از گروههای عاملی بزرگ افزایش می دهیم. ابتدا به بررسی ساختارهای سنتزی می پردازیم و در ادامه جذب یونهای فلزی توسط جاذب ها بررسی می شود.
در طیف FT-IR گرافن اکسید یک نوار پهن در cm-1250 وجود دارد که به ارتعاش گروه های هیدروکسیل سطحی61 و یا مولکولهای آب سطحی(3400~) نسبت داده می شود شکل(3-1). بعلاوه نوارهای مربوط به سایر ارتعاشات عبارتند از
C=O(-COOH) vibration(1719~), OH deformation(1339~), and C-O(alkoxy) and C-O(epoxy) (1039~)stretching modes are visible at1719,1339, 1217, and 1031 cm-1
نوار در cm-11619 را به ارتعاشات کششی از نوع C=C پیوند دوگانه می توان نسبت داد و طیف سایر مشتقات نیز در شکل(3-2) و شکل(3-3) آورده شده است.
در طیف 6-آمینو اوراسیل و اتیلن دی آمین دو طیف مجزا در ناحیه تقریبا 2800~ حضور گروه -NH و NH2- روی سطح GO نشان می دهد.
(شکل3-3) طیف FT-IR گرافن اکسید حاوی گروه اتیلن دی آمین
در شکل(3-4) مسیر XRD ساختار GO را از نمونه پودری برای برآورد میزان و درجه پراش با استفاده از شدت نسبی پیک ها نشان می دهد. یک پیک شدید و تیز62در 2θ =8.1° که با فضاهای بین صفحه ای از لایه های گرافن اکسید63 مطابقت می کند. این مقدار به یک پراش(001) نسبت داده می شود که خود بستگی به نوع و روش تهیه و تعداد لایه های آب در فضای بین لایه ای دارد64. همچنین آنالیز طیف XRD نشان می دهد که مسیر پراش65 با یک ساختار لایه ای مطابقت دارد.
در شکل(3-5) تصویر SEMگرافن اکساید را می توان بررسی کرد.
از گرافن اکسید SEMشکل(3-5) تصویر
تصویر SEM برای بررسی توپولوِی سطوح نمونه ها استفاده می شود و نشان می دهد که لایه های GO و مشتقات آن تشکیل شده از ساختار نانو ذره ای لایه ای66 باشد. شکل(3-6) تصویر SEM6–آمینو اوراسیل را نشان می دهد.
شکل(3-6) تصویر SEM6–آمینو اوراسیل
نانو ساختارهای کربنی بر پایه اکسید گرافن به دلیل خواص عالی در جذب سطحی که دارای یک سطح آبدوست با گروه های کیلیت کننده عملکرد مناسبی در حذف یونهای فلزی از محیط آبی نشان می دهند. در این مطالعه ما اکسید گرافن بهینه شده با دو نوع آمین را سنتز و کارایی بالای آن را برای جذب یونهای فلزات سنگین بررسی می کنیم. اکسید گرافن توسط 6-آمینو اوراسیل واتیلن دی آمین بهینه شده و در روند جذب و جداسازی یونهای فلزی سنگین مورد مطالعه قرار می گیرند.
اکسید گرافن بطور جزیی توانایی جذب یونهای فلزی در محیط آبی دارد. خصلت آب دوستی و حضور گروهای عاملی مثل هیدروکسیل و کربوکسیل به حذف یونهای فلزی کمک می کند. در این تحقیق هدف بهبود خصوصیات پیوندی گرافن اکسید توسط دو نوع آمین مد نظر می باشد. افزودن آمین به اکسید گرافن ایجاد آمید می کند و گرافن به نوعی بهینه شده و ترکیبی با خصوصیت بهتر برای جذب یونهای فلزی در دمای اتاق بوجود می آورد.
یونهای فلزی جذب شده روی جاذب می تواند به صورت جذب فیزیکی67(بر اساس بر هم کنش های الکترواستاتیک) جذب شیمیایی،68 باشد. جذب شیمیایی و الکترواستاتیک69 دو فاکتور مهم و تاثیر گذار در فرایند جذب محسوب می شود شکل(3-7). عامل مهم دیگر وجود گروههای عاملی روی سطح و عامل دانسیته سطحی70 گروههای سطحی مثل کربوکسیل اسیدها، هیدروکسیل ها و سایر گروه ها در سطح می باشد.
شکل(3-7) جذب یونهای فلزی توسط برهم کنش های الکترستاتیک روی سطح GO
از طرفی اکسایش گرافیت منجر به ایجاد مکانهای آب دوست(هیدروفیلیک)71 روی ساختار گرافن شده و باعث افزایش ظرفیت جذب گرافن می شود. در این کار نشان داده شده که GO و مشتقات آن یک جاذب ایده آل برای جداسازی یونهای فلزات سنگین از فاضلاب آبی می باشد.
نتایج حاصل از سایر کار های تحقیقاتی72 نشان می دهد که تعداد کل گروههای اسیدی روی سطح GO خیلی بیشتر از سایر گروهای قرار داده شده روی آن می باشد، همچنین حضور گروههای آمینی روی سطح خصلت بازی سطح GO را ممکن است افزایش دهد.
از آنجا که ظرفیت جذب73 جاذب های بر پایه کربن عمدتا بستگی دارد به تعداد گروههای عاملی و در نتیجه آن هر چه این گروهها بیشتر باشد جذب بیشتری نیز صورت می گیرد.
وقتی گرافن توسط اکسنده قوی اکسید می شود گروههای عاملی74 مثل کربوکسلیک اسید، هیدروکسیل و اپوکسید روی سطح گرافن تشکیل می شود و منجر می شود به اینکه GO خصلت هیدروفیلیک پیدا کند. زمانی که GO را تبدیل به ترکیب کلراید آن درحضور SOCl2 می تواند تعدادی گروههای آمیدی را روی سطح گرافن اکسید تشکیل داد.
بنابراین گروههای کیلیت کننده75 روی سطح GO قرار می گیر ند.
دو فرایند جذب شدن مسئول جذب یونهای فلزی توسط روی سطح GO یا جاذبها می باشد؛ واکنش تبادل یون76 که بین یونهای فلز و گروههای کربوکسیل(COOH-) و یا گروههای هیدروکسیل(OH-) و کمپلکس شدن های سطحی و فرآیند دوم کمپلکس شدن یونهای فلز با گروههای عاملی آمین است مکانیسم جذب اول یک واکنش تبادل یون بین یون فلزی و گروههای COOH- و OH- است. در توضیحات داده شده مکانیسم جذب بررسی می شود.
یون فلزی با گروههای COOH- و OH- و روی سطح GO واکنش داده و تشکیل یک کمپلکس می دهد؛
حالت دوم واکنش بین یونهای فلزی و گروههای عاملی روی سطح GO است.
با جذب یونهای فلزی روی سطح گرافن اکساید PH محیط به سمت اسیدی شدن می رود. و همچنین به دلیل تشکیل کمپلکس بین یونهای فلزی و گروههای عاملی ساختارهای پایدارتری نیز باید تشکیل شود و در واقع به نوعی تاکیدی به افزایش میزان ظرفیت جذب، جاذب است. شکل(3-8)

مطلب مشابه :  پایان نامه با کلمات کلیدیاتحادیه اروپا، قانون اساسی، جنگ جهانی دوم، سازمان ملل

دیدگاهتان را بنویسید