منابع پایان نامه ارشد با موضوع محیط زیست، اندازه گیری، مواد معدنی

پیوندهای πخارج از صفحه را می‌دهند. این پیوندها می توانند بر همکنشی بین لایه های مختلف گرافن را در گرافن چند لایه کنترل کنند[30].
1-11- کاربردهای گرافن
انواع مختلف گرافن شامل یک لایه، دو لایه، چند لایه، دارای کاربردهای بالقوه در زمینه های مختلف می باشند الکترون ها در گرافن نسبتاً آزادانه حرکت می کنند. همچنین گرافن می‌تواند به یک تک مولکول گاز واکنش نشان بدهد و در نتیجه برای ساخت ماده ردیاب در حسگرها از جذابیت زیادی برخودار است[31]. بنابراین گرافن می توانند کاربردهای مختلفی داشته باشد[32].
1-12- ساختار الکترونی گرافن
ساختار الکترونی گرافن بدین صورت است که در سطح آن اتم های کربن دارای اوربیتال هیبریدی sp2 بوده و با سه اتم مجاور پیوند محکم کووالانسی یگانه برقرار می کند. اما الکترون چهارم باقیمانده دارای اوربیتال های عمود بر سطح بوده که بالا به پائین سطح دو لپ داشته و هیبریداسیون این بخش های فضایی از تمامی سطح گرافین عبور می کنند[33].
وقتی که به شکل گرافن نگاه می کنیم در می یابیم که گرافن با ساختاری مثل قفس سیمی، بلوک سازنده ی همه موارد گرافیتی و در واقع همه‌ی ساختارهای کربنی در مقیاس نانو است(شکل1-6).
گرافیت، فولرین و نانو لوله ها در نظم ساختار اولیه کاملاً مشابه گرافن هستند. شرایط مرزی گرافن براساس نظم کربن ها در لبه به صورت زیکزاگ،17 آرمیچیر18 و زیگزاگ-آرمچیر19مشخص می شود.
شکل(1-6) ساختارهای گرافیتی کربن[34].
1-13- کاربری محیط زیست
آلودگی محیط زیست و مواجه شدن انسان با یونهای فلزات سنگین مثل Pb2+/Zn2+/Cu2+ /Cd2+ /Cr2+ در آبهای سطحی در دهه های اخیر بخاطر افزایش استفاده از فرایندهای صنعتی زیاد شده است. یونهای فلزات سنگین در فاضلاب عامل مشکلات بسیار زیاد زیست محیطی گردیده است و باعث توجه گسترده به این موضوع شده است حتی مقدار بسیار کم این فلزات در آب باعث سمیت می شود. به علاوه قوانین سخت گیرانه باعث شده تا دانشمندان به دنبال راهی برای حذف این یونها فلزات سنگین باشد. بنابراین بازیافت، تشخیص و حذف این فلزات سنگین از دو منظر زیست محیطی و اقتصادی بخصوص در مورد فلزات سمی حائز اهمیت است. اخیرا از تکنولوژی های مختلفی مثل تعویض یون، رسوب دادن شمیایی، تبخیر، جذب، اسمز معکوس و الکترو شیمی برای جدا سازی یونهای فلزات سنگین استفاده شده است. در استفاده از این روشها محدویت هایی مثل انتخاب پذیری کم، ظرفیت پایین برای جمع آوری یونهای فلزی و تولید ترکیبات سمی دیگر وجود دارد. علی رغم این نواقص، کارایی این روشها از لحاظ اقتصادی مهم می باشد که این کارایی و کاربرد آنها به تمایل بین جاذب و آلاینده های هدف بستگی دارد .
ورود یک و یا چند ماده شیمیایی، آلی، مواد معدنی و یا ورود مواد زائد جامد به درون آب ناشی از فاضلاب های صنعتی، شیمیایی، انسانی، کشاورزی، خانگی، بیمارستانی و… باعث آلودگی آب می شود که بستگی به مقدار آلودگی، شدت و حجم آن دارد. آلودگی می تواند از یک منبع و یا چندین منبع با هم باشد مانند ورود فاضلاب یک کارخانه که علاوه بر داشتن انواع آلودگی های صنعتی، حاوی آلودگی های انسانی نیز است.
بدترین نوع آلودگی به ترتیب شدت آلودگی عبارتند از:
-آلودگی های ناشی از مواد رادیواکتیو
-آلودگی های بیمارستانی
-آلودگی های صنعتی
-آلودگی های کشاوزی
-آلودگی های انسانی
گرافن از جمله نانو مواد کربنی دو بعدی است که در سالهای اخیر جذابیت خاصی پیدا کرده است این ساختار دو بعدی متشکل از تک لایه اتم های کربن sp2 است و دارای خواص فیزکی مثل رسانایی الکتریکی زیاد، پایداری حرارتی زیاد و قدرت مکانیکی عالی است. آرایش هشت وجهی اتمهای کربن در صفحه گرافن برای برهم کنش های قوی با سایر مولکولها ایده ال است. اگر چه گرافن بخاطر بر هم کنش های واندروالس به سختی در حلال ها پراکنده شده و نامحلول است اما می تواند جاذب خوبی برای یون های فلزی و ترکیبات یونی باشد لذا عامل دار کردن صفحات گرافن برای این کاربردها بسیار مهم است]35.[گرافن اکساید20(GO (از طریق اکسیداسیون گرافیت توسط پتاسیم پرمنگنات((KMnO4 یا پتاسیم دی کرومات((K2Cr2O7 مثل روش Hummer انجام می شود]39،35[ . فرایند اکسیداسیون با قرار گرفتن مقادیر زیادی از اتمهای اکسیژن روی سطح GO با اشکال اپوکسی، هیدروکسیل و گروه های کربوکسیل انجام می شود]40.[ در نتیجه فضای بین لایه ها از nm335/0 برای گرافیت به nm625/0 برای اکسید گرافن زیاد می شود]41[. به علاوه اینکه اکسید گرافن بسیار آبدوست تراز گرافن است. گروه های عاملی حاوی اکسیژن دارای زوج الکترون تنها بوده و می توانند به یونهای فلزی کمپلکس شوند به علاوه سطح بسیار زیاد GO باعث افزایش ظرفیت جذب آن می شود.
اکسید گرافن با توجه به سطح بسیار زیاد و گروه های عاملی زیادی که دارد قدرت جذب بالایی دارد. لذا جاذب مناسبی برای یونهای فلزی مثل Pb2+/Zn2+/Cu2+/Cd2+/Cr2+ است]42[. برای این منظور توجه به افزایش گروههای عاملی بر روی گرافن و اکسید گرافن افزایش پیدا کرده است]46،43[.
1-14- عوامل تأثیر گذار بر آب
افزایش جمعیت، مخصوصاً در کشورهای در حال توسعه، نیاز به آب را افزایش داده، به دلیل محدود بودن منابع آبی، فشار بر ذخیره ها و منابع آب های زیر زمینی باعث کاهش کیفیت آب در این مناطق شده است.
تقاضای به غذا در این مناطق، استفاده از کودهای کشاورزی و سموم کشاورزی برای دفع آفات، مشکل دیگری برای کاهش کیفیت آب شده است. متأسفانه ایران یکی از بزرگترین وارد کنندگان سموم کشاوزری است. این سموم به دلیل داشتن مواد شیمیایی خطرناک از طریق آبیاری وارد خاک، محصول کشاورزی، منابع آبی(آبهای سطحی و زیر زمینی) می شوند و بر حسب کمیت و سمیت می توانند بر آب زیان وارد کنند.
1-14-1- آلودگی شیمیایی
مواد غیر قابل حل مانند رنگ، کف که در مزه، بو، طعم، رنگ pH، هدایت الکتریکی، سختی و مواد شیمیایی درون آب مشکل ایجاد می کنند و بافت و ترکیب آب را به هم می زند.
1-14-2- آلودگی بیولوژیکی
میکروارگانیسم ها که با عنوان پروتسیتا تقسیم بندی می شوند شامل گیاهان، جانوران، قارچ ها،21 باکتری ها، پروتوزوآها22 جلبک ها23 می باشند که اغلب در فاضلاب ها یافت می شوند.
1-15- مواد معدنی در آب و اثرات آن ها
آلودگی آب ها بر اثر ورود فلزات سنگین می تواند ناشی از فعالیت های انسانی باشد مانند بهره برداری از معادن و سنگ ها و فلزات، استفاده صنعتی از ترکیبات فلزی مانند مصرف کروم در دباغی و یا نشت زباله های خانگی و صنعتی می تواند باعث ورود فلزات به منابع آبی باشد. در اثر رسوب معادن وجود لوله های سربی و ورود فلز به زنجیره غذایی، فلز سریع جذب بافت های موجود زنده شده و ذخیره می شود.
آلودگی فلزات سنیگن نه فقط در مقیاس محلی اثر دارد بلکه در مقیاس منطقه ای نیز اثر گذاشته و باعث آلودگی شده است.
1-15-1- کادمیم
این یون فلزی عنصر مهمی برای فعالیت های بدنی نیست و از طریق فاضلاب های آبکاری، صنایع شیمیایی و استخراج معادن ممکن است داخل آب شود. در دود سیگار و دودهای آلودگی کننده هوا مقداری کادمیوم موجود است که باعث آلودگی محیط زیست خواهد گردید. در بدن بعضی موجودات آبی که برای انسان جنبه غذایی دارند به صورت تجمع دیده شده که مصرف این مواد غذایی باعث ورود یون کادمیوم به بدن انسان خواهد گردید. یک سوم یون کادمیوم ورودی به بدن در کلیه و بقیه آن در کبد ذخیره می شود و افزایش سن در این تجمع ها اثر مثبت دارد. مهمترین اثر مسمومیت کادمیوم انعقاد پروتئین های اوره و گرفتگی مجاری و لوله های کلیه و تسریع و تشکیل و پیدایش سنگ کلیه است. به علاوه کادمیوم قادر است گروه گوگردی آنزیم ها را از کار انداخته و بر قوای جنسی اثر بگذارد. اثرات مشابهی از یون کادمیوم بر کبد دیده شده است.
1-15-2- سرب
سرب در پوسته زمین به میزان 16 میلی گرم در کل موجود است و در تعدادی از مواد معدنی به میزان قابل توجه سرب دیده شده است. در صنایعی چون سرامیک سازی، باطری سازی، تهیه مواد ضد ضربه به سوختها، پوشش کابل ها، ساخت تسلیحات در رنگ ساختمانی به میزان وسیعی مورد مصرف قرار می گیرد.
مهمترین عامل آلودگی محیط از طریق سرب دوده خروجی وسایل نقلیه باشد که احتمالاً به علت مصرف سوخت های بدون سرب در آینده از میزان آلودگی آنها کاسته خواهد شد.
در مجموع می توان گفت که هیچ عنصری در سال های اخیر به اندازه سرب از نظر اثرات آن بر بدن مورد بررسی و تحقیق قرار نگرفته است و به جرات باید اذعان نمود که انسان از طریق سرب بیش از سایر عناصر موجود در محیط زیست مسموم شده است. تجربه نشان داده که خطر سرب حتی از عواملی چون DDT زیادتر است و میزان انباشتگی آن در بدن به اندازه ای رسیده که مسمومیت های کلینیکی آن ظاهر شده است. نوع مسمومیت سرب در بدن به کیفیت شیمیایی آن بستگی دارد و بیشتر اوقات سرب ورودی به بدن با کلسیم استخوان جانشین خواهد شد. از اثرات دیگر ورود سرب به بدن عقب ماندگی ذهنی و ممانعت از رشد طبیعی است. کم خونی، سوزش های تنفسی، تغییر رفتار کودکان توقف فعالیت اکثر آنزیم های بدن و خیلی موارد دیگر از عوارض حضور سرب در بدن است(جدول1-2).
(جدول1-2) مخاطرات یونهای فلزات سنگین به صورت ترکیبات محلول برای انسان
یون فلز سنگین
عوارض ناشی از آن
مس
تهوع، پیچش شدیدی معدی،اسهال و استفراغ
کادمیوم
افزایش فشار خون، تنگی نفس، سر درد و لرزش، کم شدن وزن بدن و مسمومیت های دیگری که منجر به مرگ می شود.
سرب
کم خونی، بی اشتهایی، دردهای عضلانی، نارسایی ذهنی و عقلی کودکان
1-16- کلیات جذب اتمی(AAS)
تجزیه غلظت عناصر فلزی در موارد گوناگون بکار می رود. در این روش یک نمونه معمولاً در حالت محلول توسط یک اتم کننده،24 اغلب یک شعله به بخار اتمی تبدیل گشته و سپس توسط یک منبع نوری در معرض تابشی با طول موج معین که مشخصه عنصر مورد تجزیه است قرار می گیرد و جذب این تابش توسط بخار اتمی اندازه گیری شده و ثبت می گردد.
در جذب اتمی تنها، اتم‌های آزاد25 ترکیب شده26و یونش نیافته27 حالت پایه28 اندازه گیری می شوند. جذب اتمی توسط اتم ها از قوانین کاملاً شناخته شده فیزیکی پیروی کرده و انرژی نورانی جذب شده توسط اتمها عموماً به صورت خطوط جذب باریک با طول موج هایی در ناحیه مرئی و یا ماوراء بنفش طیف انرژی تابشی می باشد.
در طیف سنجی جذب اتمی اگر یک اتم از حالت پایدار به حالت برانگیخته برود انرژی آن افزایش می یابد. این انرژی(E) ناشی از جذب یک فوتون(انرژیhv) می باشد که انرژی آن مساوی با انرژی لازم برای برانگیخته شدن اتم است.
براساس تئوری کوانتومی سطح انرژی بخصوص در اتم ها مجاز بوده و تنها در این سطوح انرژی مجاز، اتم ها می توانند برای دوره های طولانی وجود داشته باشند. تفاوت انرژی میان این سطوح به خوبی معین بوده و بنابراین تابشی با طول موج های بخصوص می تواند نشر یا جذب گردد.
در نتیجه طیف نشری یک اتم از مشخصات یک عنصر بخصوص بوده و به طور مشابه فرکانس های تابشی مشخصی می توانند توسط یک عنصر معین جذب گردند و این دو خاصیت ویژگی لازم برای اینکه طیف سنجی جذب یا نشر اتمی را یک وسیله تجزیه ای مفید و تکرار پذیر سازد، فراهم می کند[49،48،47].
1-17- برتریهای جذب اتمی(AAS)
امروزه روش AAS به دلایل مختلفی کاربرد وسیعی در عرضه زندگی انسانی پیدا کرده است. و این کاربرد وسیع به دلایل ذیل می تواند باشد.
-AAS می تواند به اندازه گیری بیش از 70 عنصر فلزی به کار رود.
– دارای دقت عالی بوده و انحراف استاندارد آن بهتر از 1% می باشد.
– جذب اتمی مستقل از طول موج خط جذبی است.
– اگر از اثرات درجه حرارت بر راندمان تشکیل اتم که خود

مطلب مشابه :  مقاله رایگان دربارهافغانستان، توسعه سیاسی، توسعه نیافتگی، جامعه پذیری

دیدگاهتان را بنویسید