منابع پایان نامه ارشد با موضوع g21-3، (فازحلال)، (p,d)g31-6

فلز مس پایداری بیشتری را نسبت به سایر فلزات سنگین نشان می دهد، یعنی یون فلز مس توانایی جذب سطحی شدنش در مقابل انواع فیلترهای نانویی بیشتر از یونهای کادمیم و سرب خواهد بود. مناسبترین فیلتر از بین سه فیلتر مورد استفاده، سطح جاذب(اتیلن دی آمین) می باشد که از مقایسه مقادیر جدول(3-11) کاملا مشهود می باشد. که این روند برای جاذب و جذب شونده به صورت زیر تعریف می شود.
طبق مشاهدات در فاز گازی با مجموعه پایه g21-3، برای فلز مس میزان نشستن فلز روی جاذب اتیلن دی آمین از همه بیشتر است. و میزان پایداری در برهمکنش جاذب اتیلن دی آمین با فلز Cu+2،Cd+2 ،Pb+2 یعنی کلیه فلزاتی که در این پایان نامه مورد بحث قرار گرفته اند منجر به بالاترین جذب سطحی می شود. ولی این روند برای یون فلزی مس در حضور جاذب اتیلن دی آمین شدید تر است
در نتیجه برای یون فلزی مس، روند پایداری و میزان نشستن فلز روی سطح جاذب به صورت زیر است.
جدول(3-11) مقایسه میزان پایداری انرژی بین سه سطح و سه یون فلزی در فاز گازی با مجموعه پایه g21-3
فلز
نوع سطح
K cal mol-1 انرژی
Cu+2
Cd+2
Pb+2
-422.640
-303.8945
-268.654527
-430.8218
-320.8399
287.4874327
-494.2153
-330.1084
-289.27133
1hartree=627.51Kcal/mol
ΔETotal=ΔEMetal+Nano-(ΔEMetal+ΔENano)
3-7- بررسی و مقایسه پایداری ترکیبات برای فاز حلال با مجموعه پایه g21-3
مقادیر انرژی برای ترکیبات در فاز حلال با مجموعه پایه g21-3 محاسبه گردیده و میزان پایداری برای کلیه سطوح و عناصر سنگین طبق جدول(3-12) گزارش شده است. در حضور انواع جاذب مشاهده می شودکه یون فلزی مس پایداری بیشتری را نسبت به سایر فلزات سنگین نشان می دهد. یعنی فلز مس توانایی جذب سطحی شدنش در مقابل انواع فیلترهای نانویی بیشتر از کادمیم و سرب خواهد بود. مناسبترین فیلتر از بین سه فیلتر مورد استفاده، سطح جاذب(اتیلن دی آمین) می باشد که از مقایسه مقادیر جدول(3-12) کاملا مشخص می باشد. برای فاز حلال با مجموعه پایه g21-3، میزان نشستن فلز، روی جاذب اتیلن دی آمین از همه بیشتر و شدیدتر است و بالاترین جذب سطحی را دارا می باشد.
جدول(3-12) مقایسه میزان پایداری بین سه سطح و سه فلز در فاز حلال با مجموعه پایه g21-3
فلز
نوع سطح
K cal mol-1 انرژی
Cu+2
Cd+2
Pb+2
-127.4306
-50.43120
-24.32102
-185.8205
-51.6272
-25.31341
-234.7327
-55.96914
-27.45224
1hartree=627.51Kcal/mol
ΔETotal=ΔEMetal+Nano-(ΔEMetal+ΔENano)
3-8- بررسی و مقایسه پایداری ترکیبات برای فاز حلال با مجموعه پایه (p,d)g31-6
طبق جدول(3-13) مقادیر انرژی برای ترکیبات در فازحلال با مجموعه پایه (p,d)g31-6 محاسبه گردیده و میزان پایداری برای کلیه سطوح و عناصر سنگین طبق جدول(3-13) بررسی شده است.
در حضور انواع جاذب مشاهده می شودکه یون فلز مس پایداری بیشتری را نسبت به سایر فلزات سنگین نشان می دهد. یعنی یون فلز مس توانایی جذب سطحی شدنش در مقابل انواع فیلترهای نانویی بیشتر از یون کادمیم و یون سرب خواهد بود. مناسبترین فیلتر از بین سه فیلتر مورد استفاده، سطح جاذب(اتیلن دی آمین) می باشد که از مقایسه مقادیر جدول(3-13) کاملا مشهود می باشد.
اما برای فاز حلال با مجموعه پایه (p,d)g31-6، برای یون فلز مس میزان نشستن فلز روی جاذب اتیلن دی آمین از همه بیشتر است ولی این روند برای یون فلز مس در حضور جاذب اتیلن دی آمین شدید تر است.
جدول(3-13) مقایسه میزان پایداری بین سه سطح و سه فلز در فاز حلال با مجموعه پایه (p,d)g31-6
فلز
نوع سطح
K cal mol-1 انرژی
Cu+2
Cd+2
Pb+2
-146.4201
-58.3210
-38.25702
-198.4231
-62.4371
-40.2351
-275.64302
-72.3041
-41.3302
1hartree=627.51Kcal/mol
ΔETotal=ΔEMetal+Nano-(ΔEMetal+ΔENano)
3-9- بررسی و مقایسه انرژی آنتالپی برای یون فلزی مس، کادمیم، سرب.
الف)فلز مس
محاسبه آنتالپی در 2 فاز گازی و حلال برای مجموعه پایه g21-3 و برای فاز حلال(حلال همانند روش تجربی آب می باشد) با مجموعه پایه (p,d)g31-6 گزارش شده است. همه محاسبات در پدیده جذب سطحی در یک دمای معین انجام شده است(K298/15).
با توجه به جدول شماره(3-14)، از مقایسه نتایج فاز گازی در مجاورت سطوح جاذب گرافن اکساید، 6-آمینو اوراسیل، اتیلن دی آمین نتیجه می گیریم که واکنش ترکیب اتیلن دی آمین برای یون فلزی مس به شدت گرمازا است پس این فلز نسبت به این جاذب خاص تمایل بیشتری دارد.
از مقایسه نتایج فاز گازی و فاز حلال با مجموعه پایه g21-3 می توان نتیجه گرفت که فاز حلال نسبت به فاز گازی تمایل بیشتری نسبت به جاذب دارد و البته این تمایل مجددا برای ترکیبات اتیلن دی آمین قوی تر است.
از مقایسه نتایج فاز حلال برای دو مجموعه پایه g21-3 و (p,d)g31-6 مجددا نتیجه برای ترکیب اتیلن دی آمین بطور قابل ملاحظه ایی گرمازا است یعنی می توان در کل نتیجه گرفت که یون فلز مس از بین فازها و مجموعه پایه ها، نتایج بهتری را در فاز حلال و با مجموعه پایه (p,d)g31-6 نشان می دهد.
جدول(3-14) مقایسه گرمای واکنش بین جاذب و جذب شونده در حضور یون فلزی مس(Cu+2)به عنوان جذب شونده
پارامترΔΗ
نوع سطح
K cal mol-1 انرژی
3-21g
(فاز گازی)
3-21g
(فازحلال)
6-31g(d,p)
(فازحلال)
-420.3087
-102.4207
-152.3201
-440.7831
-183.3497
-172.7843
-489.9646
-231.2538
-295.3302
1hartree=627.51Kcal/mol
Nano)ΔΗMetal+ΔΗMetal+Nano-(ΗTotal=ΔΗ
ب)فلز کادمیم
برای فلز کادمیم طبق جدول(3-15) به روش مشابهی محاسبات در فاز گازی و هم چنین در فاز حلال(با دو مجموعه پایه g21-3 و (p,d)g31-6) انجام شده است. در این بخش نیز نتایج مشابه نتایج بخش الف است.
جدول(3-15) مقایسه گرمای واکنش بین جاذب و جذب شونده در حضور یون فلزی کادمیم(Cd+2) به عنوان جذب شونده
پارامترΔΗ
نوع سطح
K cal mol-1 انرژی
3-21g
(فاز گازی)
3-21g
(فازحلال)
6-31g(d,p)
(فازحلال)
-302.75348
-34.2051
-143.1482
-318.94068
-45.3228
-163.4522
-327.65768
-48.98471
-283.626
1hartree=627.51Kcal/mol
Nano)ΔΗMetal+ΔΗMetal+Nano-(ΗTotal=ΔΗ
ب)فلز سرب
برای یون فلز سرب طبق جدول(3-16) به روش مشابهی محاسبات در فاز گازی و هم چنین در فاز حلال(با دو مجموعه پایه g21-3 و (p,d)g31-6) انجام شده است. در این بخش نیز نتایج مشابه نتایج بخش الف و ب می باشد. و در نتیجه برای یون فلز سرب در فاز حلال با مجموعه پایه (p,d)g31-6 بیشترین گرمای واکنش را تولید می کند.
جدول(3-16) مقایسه گرمای واکنش بین جاذب و جذب شونده در حضور یون فلزی سرب(Pb+2) به عنوان جذب شونده
پارامترΔΗ
نوع سطح
K cal mol-1 انرژی
3-21g
(فاز گازی)
3-21g
(فازحلال)
6-31g(d,p)
(فازحلال)
-267.542094
-119.2564
-133.7976
-284.487294
-120.45620
-153.1713
-294.48729
-123.36927
-275.626
1hartree=627.51Kcal/mol
Nano)ΔΗMetal+ΔΗMetal+Nano-(ΗTotal=ΔΗ
از مقایسه بند الف، ب، ج نتیجه می گیریم که یون فلز مس بیشترین تمایل را با سایر فلزات سنگین جهت جذب سطحی شدن روی سطح اتیلن دی آمین را دارا است.
3-10- بررسی و مقایسه تمایل به انجام واکنش جذب سطحی شدن از طریق محاسبه انرژی آزاد گیبس
الف)مس
محاسبه انرژی آزاد گیبس در 2 فاز گازی و حلال برای مجموعه پایه g21-3 و برای فاز حلال(حلال آب همانند روش تجربی می باشد) با مجموعه پایه (p,d)g31-6 گزارش شده است. با توجه به جدول شماره(3-17)، از مقایسه نتایج فاز گازی در مجاورت سطوح جاذب گرافن اکساید، 6-آمینو اوراسیل، اتیلن دی آمین نتیجه می گیریم که واکنش ترکیب اتیلن دی آمین برای یون فلز مس به شدت خودبخودی(تمایل بیشتر برای جذب سطحی شدن) است پس این فلز نسبت به این جاذب خاص تمایل بیشتری دارد. از مقایسه نتایج فاز گازی و فاز حلال با مجموعه پایه g21-3 می توان نتیجه گرفت که فاز حلال نسبت به فاز گازی تمایل بیشتری نسبت به جاذب دارد و البته این تمایل مجددا برای ترکیبات اتیلن دی آمین قوی تر است.
جدول(3-17) مقایسه میزان تمایل جذب سطحی شدن بین سه سطح در حضور یون فلزی مس(Cu2+)
پارامترGΔ
نوع سطح
K cal mol-1 انرژی
3-21 g
(فازگازی)
3-21 g
(فازحلال)
6-31g(d,p)
(فازحلال)
-298.0721
-153.4212
-163.0871
-398.0721
-172.2633
-173.3901
-649.8273
-220.8957
-298.4014
1hartree=627.51Kcal/mol
ΔGTotal=ΔGMetal+Nano-(ΔGMetal+ΔGNano)
از مقایسه نتایج فاز حلال برای دو مجموعه پایه g21-3 و (p,d)g31-6 مجددا نتیجه برای ترکیب اتیلن دی آمین بطور قابل ملاحظه ایی خودبخودی است یعنی می توان در کل نتیجه گرفت که یون فلز مس از بین فازها و مجموعه پایه ها، نتایج بهتری را در فاز حلال و با مجموعه پایه (p,d)g31-6 نشان می دهد.
ب)کادمیم
طبق جدول(3-18) فلز کادمیم تمایل به جذب خودبخودی روی کلیه سطوح نانویی دارد اما میزان این جذب خودبخودی در تمام فازها(گازی و فاز حلال) برای ترکیب اتیلن دی آمین بارزتر است.
جدول(3-18) مقایسه میزان تمایل جذب سطحی شدن بین سه سطح با فلز کادمیم(Cd+2)
پارامترGΔ
نوع سطح
K cal mol-1 انرژی
3-21 g
(فازگازی)
3-21 g
(فازحلال)
6-31g(d,p)
(فازحلال)
-291.64715
-150.255518
-144.3214
-290.83515
-168.4223
-165.4108
-422.00385
-210.4257
-285.227
1hartree=627.51Kcal/mol
ΔGTotal=ΔGMetal+Nano-(ΔGMetal+ΔGNano)
ج)سرب
طبق جدول(3-19) فلز سرب تمایل به جذب خودبخودی روی کلیه سطوح نانویی دارد اما میزان این جذب خودبخودی در تمام فازها(گازی و فاز حلال) برای ترکیب اتیلن دی آمین بارزتر است.
جدول(3-19) مقایسه میزان تمایل جذب سطحی شدن بین سه سطح با فلزسرب(Pb+2)
پارامترGΔ
نوع سطح
K cal mol-1 انرژی
3-21 g
(فازگازی)
3-21 g
(فازحلال)
6-31g(d,p)
(فازحلال)
-256.846125
-132.4251
-134.7824
-274.244425
-141.3521
-155.1798
-419.04703
-200.45113
-284.1055
1hartree=627.51Kcal/mol
ΔGTotal=ΔGMetal+Nano-(ΔGMetal+ΔGNano)
فصل چهارم
نتیجه گیری و پیشنهادات
4-1- نتیجه گیری کارهای انجام شده قسمت تجربی و نظری
گرافن اکساید را به عنوان یک جاذب پایه کربنی در این پروژه انتخاب شده است مساحت سطح این ترکیب بعنوان یک جاذب برای جذب یونهای فلزات سنگین به صورت برهمکنش های غیر کوالانسی(غیر پیوندی و واندروالسی) و نیز برهمکنش های پیوندی(کوالانسی) می باشد. برای آنکه میزان جذب توسط سطوح GO افزایش دهیم ساختارهای مزبور را می توان بهبود(modify) بخشید.
دو گروه آمینی که یکی آمین خطی و دیگری آمین حلقوی باشد را روی GO قرار داده ایم. نتایج حاصل نشان می دهد که قرار گرفتن این گروهها روی سطح GO منجر به افزایش میزان جذب یونهای فلزات سنگین توسط جاذب می شود. بدلیل آنکه هر چه موقعیت های(site) مناسب روی سطح افزایش یابد احتمال کوردینه شدن یونهای فلزی تحت شرایط دما و فشار محیط افزایش می یابد. نتایج حاصل نشان می دهد که گروه اتیلن دی آمین یک بهبود دهنده ی بهتری نسبت به 6-آمینو اوراسیل بوده بدلیل آنکه گروه آمینی اتیلن دی آمین بهتر می تواند با یونهای فلزی کوردینه شود و ممکن است تعداد استخلاف های اتیلن دی آمین

منتشرشده در No category | دیدگاه‌تان را بنویسید:

منابع پایان نامه ارشد با موضوع ظرفیت جذب، اندازه گیری، نرم افزار

تصویری از جذب یون های فلزی توسط جاذب نشان می دهد. برای بررسی جامع از روند جذب و عوامل تاثیرگذار اثر مقدار جاذب و زمان غلظت آلاینده ها بررسی می.شود.
شکل(3-8) تصویری از جذب یون های فلزی توسط جاذب.
3-1- تاثیر میزان جذب عناصر یونهای فلزی در حضور 2 میلی گرم از جاذب(نانو) در زمانهای متفاوت
رفتار جذبی یونهای فلزی توسط جاذب با زمان در ارتباط می باشد در بررسی صورت گرفته شده اثبات شد که تغییر زمان از 5 دقیقه تا 60 دقیقه روی میزان جذب اثر می گذارد. یک محلول l/mg10 از هر یک از یونهای فلزی تهیه شده و تغییرات زمان روی میزان جذب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که حداکثر جذب در زمان 30 دقیقه حاصل می شود.
الف)یون فلزی مس
میزان جذب یون مس روی هر یک از جاذب ها در زمانهای متفاوت انجام شده است و مقدار جاذب مورد نظر 2 میلی گرم در دمای اتاق اندازه گیری شده است که نتایج در جدول(3-1) و نمودار(3-1)گزارش شده است.
جدول(3-1) تاثیر میزان جذب برای یون فلزی مس در زمانهای متفاوت با غلظت مشخص
Time(min)
Cu2++GO
Cu2++6-amino
Cu2++en
5
0.19
0.15
0.14
10
0.15
0.105
0.08
30
0.0486
0.0365
0.0336
60
0.0312
0.0312
0.035
نمودار(3-1) تاثیر میزان جذب یون فلزی مس در زمانهای متفاوت با غلظت مشخص
ب)یون فلزی کادمیم
میزان جذب یون فلزی کادمیم روی هر یک از جاذبها که در زمانهای متفاوت با مقدار جاذب 2 میلی گرم در دمای اتاق اندازه گیری شده است. که نتایج در جدول(3-6) و نمودار(3-6) گزارش شده است.
جدول(3-2) تاثیر میزان جذب برای یون فلزی کادمیم در زمانهای متفاوت با غلظت مشخص
Time(min)
Cd2++GO
Cd2++6-amino
Cd2++en
5
0.27
0.23
0.16
10
0.19
0.1884
0.1474
30
0.1098
0.0884
0.07425
60
0.1109
0.10445
0.078
نمودار(3-2) تاثیر میزان جذب برای یون فلزی کادمیم در زمانهای متفاوت با غلظت مشخص
ج)یون فلزی سرب
میزان جذب یون فلزی سرب روی هر یک از جاذبها در زمانهای متفاوت و مقدار جاذب 2 میلی گرم در دمای اتاق اندازه گیری شده است و در نتایج به دست آمده که نتایج در جدول(3-7) و نمودار(3-7) گزارش شده است.
جدول(3-3) میزان جذب یون فلزی سرب در زمانهای متفاوت باغلظت 10 mgl-1از ان در دمای C° 25 به مدت 30 دقیقه
Time(min)
Pb2++GO
Pb2++6-amino
Pb2++en
5
0.34
0.17
0.15
10
0.25
0.145
0.13
30
0.1349
0.115
0.1016
60
0.12
0.12
0.09
نمودار(3-3) تاثیر میزان جذب برای یون فلزی سرب در زمانهای متفاوت با غلظت مشخص
3-2- اثر مقادیر متفاوت از جاذب 0.5، 1، 2،5
این بخش از تست ها همانند بخش قبلی انجام شده است رفتار جذبی سه جاذب در مقادیر 0.5، 1، 2، 5 میلی گرم و در زمان ثابت 30 دقیقه برای یون فلزی مس بررسی شد و نتیجه در جداول(3-4) و نمودار(3-4) دیده می شود. همانطور که نتایج تایید می کند مقادیر 2 میلی گرم از جاذب بهینه می باشد.
جدول(3-4) دادهای جذب اتمی در حضور یون فلزی مس با جاذبهای متفاوت در زمان 30 دقیقه
مقدار جاذب(میلی گرم)
Cu2++GO
Cu2++6-amino
Cu2++en
0.5
0.1895
0.1465
0.135
1
0.108
0.0784
0.0425
2
0.034
0.019
0.011
5
0.03
0.018
0.009
نمودار(3-4) دادهای جذب اتمی در حضور یون فلزی مس با جاذبهای متفاوت در زمان 30 دقیقه
3-3- مقایسه میزان تاثیر جذب یونهای عناصر فلزات سنگین در حضور سه جاذب در غلظتهای متفاوت
تاثیر میزان جذب یون ها توسط سه جاذب در غلظتهای متفاوت بررسی و توسط دستگاه جذب اتمی اندازه گیری می شود. تاثیر غلظتی یونهای فلزی روی میزان جذب مورد بررسی قرار گرفته شد، نتایج نشان می دهد که در غلظت های کم از یونهای فلزی میزان جذب سطحی بیشتر و سریعتر است و بعبارتی سرعت رسیدن به تعادل بیشتر است. که این احتمال وجود دارد که در غلظت های کم از آلاینده ها ظرفیت جذب بیشتری روی سطح جاذب وجود دارد جدول3-5) و نمودار(3-5) با افزایش غلظت یون ها میزان جذب کاهش یافته و به عبارتی غلظت یون در محیط زیاد می شود.
الف)یون فلزی مس
جدول(3-5) نتایج جذب اتمی یون فلزی مس در حضور غلظتهای متفاوت و به ازای 2 میلی گرم از جاذب نانو در دمای C°25 به مدت 30 دقیقه
غلظت
Cu2++GO
Cu2++6-amino
Cu2++en
5ppm
0.0103
0.0047
0.0201
10ppm
0.0486
0.0265
0.0336
25ppm
0.1217
0.0716
0.0509
50ppm
0.25057
0.1827
0.11763
نمودار(3-5) تاثیر میزان جذب یون فلزی مس در غلظتهای متفاوت
ب)یون فلزی کادمیم
تاثیر میزان جذب یون کادمیم توسط سه جاذب در غلظتهای متفاوت از یون کادمیم بررسی شده است نتایج در جدول(3-6) و نمودار(3-6) گزارش شده است، روند مشابه یون مس می باشد.
جدول(3-6) نتایج جذب اتمی یون فلزی کادمیم در حضور غلظتهای متفاوت و به ازای 2 میلیگرم از جاذب نانو در دمای C°25 به مدت 30 دقیقه.
غلظت
Cd2++GO
Cd2++6-amino
Cd2++en
5ppm
0.095
0.0865
0.05735
10ppm
0.1098
0.0884
0.07425
25ppm
0.1643
0.1154
0.10403
50ppm
0.4892
0.274
0.1384
نمودار(3-6) تاثیر میزان جذب یون فلزی کادمیم در غلظتهای متفاوت
ج)یون فلزی سرب
تاثیر میزان جذب یون فلزی سرب توسط سه جاذب در غلظتهای متفاوت از یون سرب در دمای اتاق برروی 2 میلی گرم از هر جاذب را بررسی می کنیم. در جدول(3-10) و نمودار(3-10) مشاهده می شود.
جدول(3-7) نتایج جذب اتمی یون فلزی سرب در حضور غلظتهای متفاوت و به ازای 2 میلی گرم از جاذب نانو در دمای C°25 به مدت 30 دقیقه.
غلظت
Pb2++GO
Pb2++6-amino
Pb2++en
5ppm
0.1149
0.1093
0.0949
10ppm
0.1349
0.115
0.1016
25ppm
0.218
0.1848
0.1494
50ppm
0.6862
0.5335
0.3096
نمودار(3-7) تاثیر میزان جذب یون سرب در غلظتهای متفاوت
از طرف دیگر، رفتار واجذبی77 یونهای فلزات سنگین در سطح GO و مشتقات آن نشان می دهد که GO را می توان پس از شستشو با محلول HCl مورد استفاده مجدد قرارداد. این تحقیقات نشان می دهد که GO-Ethylenediamine می تواند یک جاذب موثر برای حذف یونهای فلزات سنگین سمی از محلولهای آبی باشد.
3-4- مقایسه میزان تاثیر PH برروی جذب یونهای فلزی مس، سرب، کادمیم در حضور سه جاذب در غلظتهای مشخص از نانو جاذب
pH یکی از پارامترهای مهم است که روی جذب یونها موثراست. یون های فلزی در محلولهای آبی با تغییر pH به شکل های مختلفی می تواند وجود داشته باشند.
Me(OH)2↔Me(OH)3↔+Me(OH)↔+Me2
جذب یونهای فلزی روی سطح جاذب ها یک واکنش سطحی محسوب می شود بطوریکه می توان پیش بینی کرد که PH نقش مهمی در جذب یونهای فلزی روی سطح دارد، بررسی اثر PH روی جذب یونهای فلزی توسط جاذب ها مورد بررسی قرار گرفت نتایج نشان می دهد که تغیرات PH میزان جذب را تغییر داده است. بطوریکه در PH پایین ظرفیت جذب، جاذب پایین است اما با افزایش PH ظرفیت جذب افزایش می یابد
در بررسی های صورت گرفته شده در این مطالعه با استفاده از یک محلول بافری تغیرات PH را ایجاد می کنیم بعد از انجام واکنش، محلولهای واکنش را به مدت 24 ساعت در حالت تعادل قرار داده و سپس عمل فیلتر شدن را انجام می دهیم و غلظت یونهای فلزی و میزان جذب آنها روی جاذب را توسط AAS اندازه گیری می شود. نتایج نشان می دهد که ظرفیت جذب با افزایش PH زیاد می شود. وقتی که PH کمتر از 5 باشد، ظرفیت جذب پایین بوده و جاذب ها ضعیف عمل می کنند و با افزایش PH میزان ظرفیت جذب زیاد می شود. در بررسی روی سه یون فلزی نتایج زیر حاصل شده است.GO سنتزی دارای ظرفیت جذب بالا نسبت به یون های فلزات سنگین در PH اسیدی می باشد، حضور دو گروه عاملی اتیلن دی آمین و 6-آمینو اوراسیل روی گرافن منجر به افزایش قدرت جذب یونهای فلزات سنگین توسط جاذب در آب می شود.
تاثیر میزان جذب یون فلزی مس، کادمیم، سرب در غلظت مشخص در حضور سه جاذب در دمای اتاق و بر روی 2 میلی گرم از هر جاذب بررسی شده است که تاثیرات جذب برای یون فلزی مس درجدول(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.
الف)یون فلزی مس
جدول(3-8) دادهای جذب اتمی در حضور یون فلز مس به ازای 2 میلیگرم جاذب(نانو) در PH مختلف
PH
Cu2++GO
Cu2++6-amino
Cu+en
3
0.0805
0.0618
0.0417
4
0.0702
0.046
0.0276
5
0.0529
0.036
0.0161
6
0.0497
0.0202
0.0116
7
0.0339
0.0228
0.0136
8
0.034
0.0189
0.01097
نمودار(3-8) جذب فلز مس در حضور جاذب در PH مختلف
ب) یون فلزی کادمیم
تاثیر میزان جذب یون فلزی کادمیم در غلظت مشخص در حضور سه جاذب در دمای اتاق و برروی 2 میلی گرم از هر جاذب بررسی شده است. نتایج در جدول(3-9) و نمودار (3-9) گزارش شده است.
جدول(3-9) دادهای جذب اتمی در حضور یون فلز کادمیم به ازای 2 میلی گرم جاذب (نانو)در PH مختلف
PH
Cd2++GO
Cd2++6-amino
Cd2++en
3
0.1864
0.2715
0.3302
4
0.087
0.0908
0.2679
5
0.0611
0.0745
0.1754
6
0.04683
0.0573
0.0976
7
0.0314
0.0418
0.0541
8
0.0145
0.0321
0.0418
نمودار(3-9) جذب یون فلزی کادمیم در حضور جاذب در PH مختلف
ج)یون فلزی سرب
تاثیر میزان جذب یون فلزی سرب در غلظت مشخص در حضور سه جاذب در دمای اتاق بر روی 2 میلی گرم از هر جاذب بررسی شده است نتایج در جدول(3-10) و نمودار(3-10) گزارش شده است.
جدول(3-10) دادهای جذب اتمی در حضور یون فلزی سرب به ازای 2 میلی گرم جاذب نانو در PH مختلف
PH
Pb2++GO
Pb2++6-amino
Pb2++en
3
0.14079
0.13161
0.1131
4
0.1143
0.1166
0.0912
5
0.1027
0.1022
0.0849
6
0.0925
0.0928
0.0717
7
0.0927
0.0824
0.0737
8
0.0824
0.0813
0.0667
نمودار(3-10) جذب یون فلزی سرب در حضور جاذب در PH مختلف
3-5-نرم افزارهای مورد استفاده
در این راستا ابتدا از نرم افزار نانو تیوب مدولر برای رسم ساختار نانویی گرافن استفاده شده است و از نرم افزار گوس ویو ویرایش 5 برای عامل دار کردن سطح گرافن و دوپه کردن فلزات آلاینده ایی که در بخش تجربی آنها را از نظر گذراندیم یعنی یونهای فلزات سنگین کادمیم، مس و سرب استفاده شده است.
در بخش محاسبات که شامل بهینه کردن ساختارهای جاذب-جذب شونده، بررسی میزان پایداری ساختارهای ساخته شده به منظور تعیین بالاترین میزان جذب آلاینده بر روی جاذب نانویی گرافن و انواع گرافن اکسایدهای عامل دار شده، مقایسه نتایج حاصل از دو روش تجربی و محاسبات مکانیک کوانتومی به منظور تخمین میزان توانایی روش های محاسباتی در پیش بینی میزان جذب آلاینده ها بر روی سطوح جاذب و در نهایت تعیین خواص ترمودینامیکی آن ساختارها پرداخته ایم. کلیه این محاسبات توسط نرم افزار گوسین 2009 صورت گرفته است.
محاسبات در سطوح نظریه تابعیت چگالی(DFT) و با مجموعه پایه های g21-3 و (p,d)g31-6 در دو فاز گازی و حلال(حلال مورد استفاده در تجربه و محاسبات آب می باشد) در نرم افزار گوسین 09 اجرا شده است. لازم به تاکید است که برای فلزات سنگین از مجموعه پایه مناسب آنان یعنی lanl2dz استفاده شده است.
3-6- بررسی و مقایسه پایداری ترکیبات برای فاز گازی با مجموعه پایه g21-3
مقادیر انرژی برای ترکیبات در فاز گازی با مجموعه پایه g21-3 محاسبه گردیده و میزان پایداری برای کلیه سطوح و عناصر سنگین طبق جدول(3-11) بررسی شده است. تمام انرژی‌ها بر حسب کیلوکالری بر مول می‌باشد. در حضور انواع جاذب مشاهده می شود که یون

منتشرشده در No category | دیدگاه‌تان را بنویسید:

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)

منتشرشده در No category | دیدگاه‌تان را بنویسید:

منابع پایان نامه ارشد با موضوع روش تحقیق، نرم افزار، اکسیداسیون

از کارهای انجام این کار آن است که دو تابع پایه برای هر اوربیتال مولکولی در نظرگرفته شود که هر یک مقدار مختلفی برای«زتا» دارند. این مجموعه، یک مجموعه پایه با زتای مضاعف(DZ) نامیده می شود.
1-27- مجموعه های پایه گوسی(GTO)
اوربیتالهای اسلیتری، که بخش شعاعی r(n-1) e-ar را دارند، به راحتی توسط کامپیوتر مورد استفاده قرار نمی گیرند، ولی اوربیتال های گوسی که بخش شعاعی e^(〖-ar〗^2 ) را دارند، چنین نیستند. به ویژه حاصل ضرب دو تابع گوسی یک گوسی است، در حالی که چنین چیزی در مورد STO ها صادق نیست. تقریباً در حال حاضر، استفاده از توابع گوسی در مجموعه های پایه«آغازین» متداول است.
برای آنکه STO به بهترین نحو تقریب زده شود، توانهای موجود در مجموعه پایه گوسی از پارامترهای برازش یافته برگزیده می شوند، ترکیب خطی عبارت(1-17) است.
Ψ=d_1 e^(〖-a〗_1 r^2 )+d_2 e^(〖-a〗_2 r^2 )+d_3 e^(〖-a〗_3 r^2 ) (1-17)
که در آن ضریب di ضرایب انقباضو ai توانها(یا ضرایب نهایی) هستند، هریک از جمله های موجود در سمت راست، یک جمله خام نامیده می شود.
1-28- تقسیم بندی انواع مجموعه های پایه
الف) مجموعه ی توابع ساده(یا مجموعه های پایه ی مستقر52) شامل:
مجموعه های پایه ی مینیمال53
مجموعه ی پایه با لایه والانس شکافته54
مجموعه های پایه ی قطبیده55
توابع پخشی56
ب) مجموعه ی توابع پیشرفته(یا مجموعه های پایه ی گسترده)
در ادامه به توضیح مختصری از هر یک می پردازیم.
1-29- طبقه بندی توابع ساده
1-29-1- مجموعه های پایه ی مینیمال
مجموعه های پایه مینیمال شامل کمترین تعداد توابع پایه مورد نیاز برای هر اتم می باشد. به عنوان مثال این مجموعه های پایه برای اتم کربن و هیدروژن عبارتند از:
H:1s
C:1s, 2s, 2px, 2py, 2pz
مجموعه های پایۀ مینیمال از اوربیتالهای اتمی با اندازه ثابت استفاده می کنند. مجموعۀ پایه STO–3G یک مجموعه پایۀ مینیمال است. این مجموعۀ پایه از سه تابع گوسی اولیه استفاده می کند که 3G در آن به همین مطلب اشاره می کند و STO مخفف اوربیتال های نوع اسلیتر است.
1-29-2- مجموعه ی پایه با لایه ی والانس شکافته
اولین راه برای بزرگ کردن یک مجموعه پایه، افزایش تعداد تابع های پایه برای هر اتم است. تابع های پایه با شکافتگی ظرفیت، مانند 6–31G ,3–21G، برای هر اوربیتال در لایه ظرفیت دو(یا بیشتر) تابع پایه در نظر می گیرد. برای مثال هیدروژن و کربن به دو صورت زیر نمایش داده می شوند.
H:1s , 1s’
C:1s, 2s, 2s’, 2px, 2py, 2pz, 2p’x, 2p’y, 2p’z
به طوری که اوربیتال های پرایم و بدون پرایم از نظر اندازه با یکدیگر متفاوت اند. به طور مشابه مجموعه های پایه با سه شکافتگی ظرفیت، مانند 6–311G، از سه اندازه متفاوت برای هر نوع اوربیتال استفاده می کنند.
هر اوربیتال اتمی والانس در این مجموعه پایه، دارای توابع پایه ی چندگانه هستند. ساختار کلی این مجموعه X–YZG(دوگانه زتا57) X–YZWG(سه گانه زتا58) و X–YZWVG(چهارگانه– زتا59) می باشد، مانند ….6–311G ,6–31G ,4–31G ,3–21G
1-29-3- مجموعه های پایه قطبیده
مجموعه های پایه ظرفیتی مجزا امکان تغییر در اندازۀ اوربیتال ها را می دهند اما تغییر در شکل آنها امکان پذیر نیست. مجموعه های پایه قطبیده با استفاده از افزایش اوربیتال هایی با اندازه حرکت زاویه ای آن سوی اندازه حرکت مورد نیاز برای توصیف حالت پایه هر اتم، این محدودیت را از بین می برد. برای مثال مجموعه های پایه قطبیده، توابع d را به اتم های کربن، توابع f را به فلزات واسطه و توابع p را به اتم های هیدروژن اضافه می کنند. یکی از مجموعه های پایه قطبیده 6–31G(d) است. نام آن نشان می دهد که در مجموعۀ پایه 6–31G توابع d به اتم های سنگین آن اضافه شده اند. این مجموعۀ پایه یک مجموعۀ پایه عمومی است و در محاسباتی که مستلزم سیستم هایی به اندازه متوسط هستند، استفاده می شود. این مجموعۀ پایه را به صورت 6–31G* نیز نشان می دهند.
6–31G(d,p) یا 6-31G**تابع قطبیده دیگری است که در آن علاوه بر اضافه کردن توابع d به اتم های سنگین، توابع p را به اتم های هیدروژن اضافه می کند.
1-29-4-توابع پخشی
استفاده از این توابع، برای سیستم هایی که در فواصل دور از هسته دارای دانسیته ی الکترونی قابل توجهی هستند، مانند آنیون ها، سیستم های در حالت برانگیخته، ترکیباتی با زوج الکترون تنها، دیمرهای دارای پیوند هیدروژنی، سیستم هایی با پتانسیل یونش پایین و برهم کنش های ضعیف واندروالسی مناسب است. بر نمایش توابع پخشی از علامت + یا ++ قبل از نماد Gاستفاده می شود.
به عنوان مثال 6–311+G(d,p)
6–311++G(d,p)
1-29-5- مجموعه ی توابع پیشرفته
در این دسته، از ترکیب مجموعه ی توابع پیچیده تری برای نمایش هر اوربیتال اتمی استفاده می شود و هر دو گروه اوربیتال های لایه های داخلی و والانس بیرونی را بهبود می بخشد تا هم بستگی های الکترونی نیز در محاسبات لحاظ گردند. یکی از مهمترین اعضای خانواده ی این گروه، توابع هم بستگی-سازگار هستند که برای عناصر ردیف اول و دوم به صورت CC–pVXZ نشان داده می شود. به عنوان مثال می توان به موارد زیر اشاره کرد:
CC–pVDZ–Double–zeta
CC–pVTZ–Triple–zeta
CC–pVQZ–Quadruple–zeta
CC–pV5Z–Quintuple–zeta, ete
aug–cc–pVDZ, ete
خانواده ی این توابع، همیشه از پنج تابع d، هفت تابع f و غیره به عنوان توابع قطبیده استفاده می کنند افزودن توابع پخشی به این مجموعه ی توابع با نماد augمشخص می شود.
1-30- محاسبات تک نقطه ای(single Point)
محاسبه انرژی تک نقطه ای، به معنای محاسبه انرژی ویژگی های مرتبط با آن، برای یک ساختار هندسی مشخص می باشد. به بیان دیگر محاسبات بر روی یک نقطه ی ثابت شده بر روی منحنی پتانسیل مولکول صورت می گیرد. به این ترتیب در نتیجه ی حل معادله ی شرودینگر الکترونی و انجام یک بار محاسبات، انرژی یک نقطه از سطح انرژی پتانسیل حالت پایه، به دست می آید که به آن تک نقطه ای گفته می شود.
میزان قابل اعتماد بودن نتایج این محاسبات بستگی به در اختیار داشتن ساختارهای قابل اعتماد برای مولکول به عنوان ورودی برنامه دارد.
محاسبات انرژی تک نقطه ای، برای مقاصد مختلف صورت می گیرد. از جمله:
به دست آوردن اطلاعات پایه در مورد مولکول.
بررسی سازگاری ساختار هندسی مولکول مورد استفاده به عنوان نقطه ی شروع محاسبات بهینه سازی.
محاسبه مقادیر بسیار دقیق انرژی و خواص دیگر برای یک ساختار هندسی بهینه شده با استفاده از یک روش تئوری با دقتی پایین تر.
لازم به ذکر است که محاسبات انرژی single point می تواند با هر دو روش و مجموعۀ پایه ای صورت گیرد.
1-31- برخی از قابلیت های نرم افزار گوسین
نرم افزار گوسین قادر به پیش بینی بسیاری از خواص مولکولها و واکنش‌هاست که می توان به موارد زیر اشاره کرد.
ساختار و انرژی مولکول
ساختار و انرژی حالت گذار
فرکانس ارتعاشی
خواص ترمودینامیکی
انرژی پیوندهای واکنش
مسیر واکنش
اوربیتال های مولکولی
بارهای اتمی
گشتاور چند قطبی
10- قطبش پذیری و ابر قطبش پذیری
11- طیف های رامان و IR
12- حفاظت NMR و نفوذ پذیری مغناطیسی
13- الکترون خواهی و پتانسیل یونش
14- گردش ارتعاشی
این محاسبات را می توان در فاز گاز، فاز حلال، حالت پایه و یا در حالت برانگیخته انجام داد. از این رو گوسین را می توان به عنوان یک ابزار پر قدرت برای کاوش در حیطه های گوناگونی از مطالعات شیمیایی به کار برد.
فصل دوم
بخش تجربی مواد و روش های تحقیق
2-1- روش تحقیق و مواد
این بخش شامل مواد شیمیایی استفاده شده، (تمام مواد از شرکت مرک Merck تهیه شده است). تجهیزات دستگاهی به کار رفته و روش تحقیق پروژه است. بطور کلی عملیات آزمایشگاهی انجام شده در این تحقیق، به دو بخش عمده سنتز و کاربرد دسته بندی می شوند.
فهرست مواد شیمیایی در جدول(2-1) وسایل آزمایشگاهی در جدول(2-2) و دستگاههای که در انجام این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته است در جدول(2-3) مشاهده می شود.
2-1-1- مواد شیمیایی
گرافیت
NaNO3
H2SO4
KMnO4
H2O230%
اسیدکلریدریک
تیونیل کلراید
THF
6-Aminouracir
Deionize water
دی متیل فرمامید
اتیلن دی آمین
اتانول
Cu(NO3)2
Cd(NO3)2
Pb(NO3)2
GraphenOxid
6-آمینواوراسیل
2-1-2- وسایل آزمایشگاهی
همزن مغناطیسی
مبرد
هیتر
بشر
بورت
بالن ژوژه
لوله آزمایش
سانتریفیوژ
رفلاکس
التراسونیک
سنترگلاس
ارلن خلا
هاون
دستگاه جذب اتمی
2-1-3- دستگاه
جدول(2-3) دستگاها
مدل دستگاه
نام دستگاه
Memmert
آون
IK arhbasic2
هیتر
1KA RW 20 digital
همزن مکانیکی
Ultrasonic processor )UP 400 S)
التراسونیک
شرکت سهند طب آزما
سانتریفوژ
WT5003HC
ترازوی دیجیتالی
2-2- سنتز گرافن اکساید(GO)
برای تهیه گرافن اکسید از روش اکسیداسیون گرافیت به کمک پرمنگنات پتاسیم( (KMnO4به روش Hummers انجام می شود. روش کار بدین صورت است که g3 گرافیت و g5/1 سدیم نیترات در دمای اتاق داخل یک بالن ته گرد ریخته و بعد به آن ml70 اسید سولفوریک غلیظ (%98) اضافه می کنیم و ترکیب را تا دمای صفر درجه تحت حمام سرد می کنیم بعد از 15 دقیقه g9 پتاسیم پرمنگنات به آهستگی به گونه ای اضافه می شود که دمای سوسپانسیون زیر 20 درجه باقی بماند. سیستم واکنش به طور متوالی به مدت 24 ساعت هم میزنیم در حمام آب یخ دمای صفر درجه ادامه پیدا می کند و بعد از 24 ساعت همزدن ماده خمیری ضخیم خاکستری رنگی بدست می آید. سپس به ماده خمیری ml270 آب مقطر دیونیزه اضافه می کنیم به مدت 15 دقیقه همزدن را ادامه می دهیم و دنبال آن ml20 آب اکسیزنه %30 درصد به آرامی اضافه می شود و بعد مقدار ml60 اسیدکلریدریک (%5)به آن اضافه می کنیم و مقدار cc30 آب مقطر دیونیزه دوباره به آن اضافه می کنیم و رنگ محلول را از قهوه ای به زرد تغییر می دهد و بعد از همزدن به مدت 2 روز ادامه پیدا می کند و بعد از آن عمل شستشو محلول را صاف کرده و شستشو را تکرار می کنیم و مخلوط به منظور جداسازی اسید، سانترفیوژ می شود تا PH آن خنثی شود و بعد از خنثی سازی محلول را 24 ساعت در آون خشک کرده تا رطوبت آن از بین برود و بعد از خشک کردن گرافن اکساید ما تهیه می شود شکل(2-1). محصول به دست آمده برای واکنش بعدی مورد استفاده قرار می گیرد. ساختار گرافن اکسید سنتزی در شکل و طیف از نانو لایه های گرافن پراکنده شده در اتانول(شکل2-2)
شکل(2-1)گرافن اکسید
شکل(2-2) طیف UV/Vis از نانو لایه های گرافن پراکنده شده در اتانول
2-3- آماده سازی6-آمینو اوراسیل
روش کار
g5/0 گرافن اکساید را با ml20 تیونیل کلراید((SOCl2 در حضور ml5/0 دی متیل فرمامید(DMF( به مدت 24 ساعت در دمای 70 رفلاکس کرده تا اسیدهای کربوکسلیک چسبیده به سطح به آسیل کلریدها تبدیل شوند. بعد از انجام رفلاکس ماده را با دستگاه روتاری خشک کرده و در آون به مدت 24 ساعت در دمای 60 درجه سانتیگراد قرار داده و به ماده جامد حاصله، مقدار ml20 تترا هیدروفوران (THF) بدون آب پراکنده شده و سپس g5/0 6-آمینو اوراسیل به آن اضافه کرده و دوباره به مدت 24 ساعت رفلاکس در دمای C°75 انجام می دهیم بعد با دستگاه روتاری خشک نموده و مواد خشک

منتشرشده در No category | دیدگاه‌تان را بنویسید:

منابع پایان نامه ارشد با موضوع نرم افزار

صیف می نمایند[53].
علت استفاده از روش های نیمه تجربی آن است که در حال حاضر محاسبات ab initio دقیق روی مولکولهای نسبتاً بزرگ امکان پذیر نیست. روش های نیمه تجربی در ابتدا مولکولهای مزدوج آلی و سپس تمام مولکولها را در برگرفت.
روش های مانند …,MNDO ,AM1 ,PM3 از روش هایی هستند که در بررسی نیمه تجربی به کار می رود. محاسبات تمام این روش ها با انتخاب مجموعه‌ی پایه آغاز می شود، استفاده از مجموعۀ پایه یک ابزار لازم برای موفقیت در محاسبات است.
1-25-2- روش های آغازین43
در این روش ها، تنها از قانون های مکانیک کوانتومی استفاده می شود. عبارتab initio به معنای آغازین بوده و به معنای حل دقیق معادله شرودینگر با استفاده از یک سری تقریب های ریاضی دقیق است. این روشها از روش های از پایه کوانتوم هستند که صحت محاسبات در آنها بالاست. بر خلاف روش های مکانیک مولکولی یا روش های نیمه تجربی،44 از پارامترهای تجربی در محاسبات استفاده نمی کنند بلکه محاسبات در این روشها بر اساس قوانین مکانیک کوانتومی و تعداد ثابت های فیزیکی نظیر سرعت نور، حجم، بار الکترونها، هسته، ثابت پلانک استوار است[54]. به طور خلاصه در روش ab initio یک هامیلتونی واقعی مولکولی برای محاسبات به کار می رود و از داده های تجربی در محاسبات استفاده نمی شود. مانند روش های زیر:
نظریه اختلال45
روش میدان خود سازگار هارتری-فاک46(SCF)
روش برهم کنش آرایشی47(CI)
روش همبستگی الکترونی48
نظریه تابعیت چگالی49(DFT)
1-25-2-1- نظریه اختلال مولر-پلست
در نظریه اختلال مولر-پلست، تصحیح های غیر چرخه ای به انرژی بدست آمده از روش هارتری-فاک افزوده می شوند[55]. بر اساس این روش، هامیلتونی سیستم به صورت رابط(1-8) زیر تعریف می گردد.
Ĥ=Ĥ^0+λĤ^1 (1-8)
که در آن 〖 Ĥ〗^0 هامیلتونی مرتبه صفر بر اساس عملگر تک الکترونی فاک و Ĥ^1 هامیلتونی اختلال است.اثر.〖 Ĥ〗^1 را می توان بصورت یک دنباله از جملات توانی به صورت معادله(1-9 و 1-10) بیان کرد.
(1-9) Ψ=Ψ^((0) )+λΨ^((1) )+λ^2 Ψ^((2) )+λ^3 Ψ^((3) )
E=E^((0) )+λE^((1) )+λ^2 E^((2) )+λ^3 E^((3) )+… (1-10)
در این دنباله ها،Ψ^((0)) همان تابع موج(دترمینان اسلیتر)و 〖 E〗^((0) ) انرژی حالت پایه سیستم غیر مختل شده می باشد.E^((1) ) و E^((2) ) به ترتیب تصحیحات مرتبه اول و دوم انرژی حالت پایه هستند که بر طبق انتگرال های رابط(1-11) و (1-12) زیر محاسبه می شوند.
(1-11) E^((1))=⟨Ψ^((0))│H ̂^((1))│Ψ^((0)) ⟩
(1-12)E^((2))=∑_(j≠0)▒〖|〈Ψ_j^((0) ) |H ̂^1 | Ψ_0^((0) ) 〉|^2/(E_0^((0) )-E_j^((0) ) ) 〗
روش محاسبه تصحیح مرتبه دوم انرژی به روش MP2 معروف است. به همین ترتیب در صورت ادامه تا تصحیح مرتبه سوم و چهارم، روش محاسبات به ترتیب MP3وMP4 معروف می باشد.
1-25-2-2- روش میدان خود سازگار(SCF)هارتری-فاک
یک توسعه کلیدی در علم شیمی کوانتومی محاسبه توابع موج SCF برای تعداد زیادی از مولکولهای دو اتمی بوده است[56].روش هارتری-فاک، پایه ای برای استفاده از اوربیتال های اتمی و مولکولی درسیستم های چند الکترونی است. اگر هسته ها و الکترون ها را جرم های نقطه ای فرض کنیم و از تمامی بر هم کنش های اسپین-اوربیت و نسبیتی صرف نظر کنیم، هامیلتونین مولکولی به صورت رابط(1-13) می باشد.
(1-13) H ̂=-h/2 ∑_a▒〖1/m_a ∇_a^2-h^2/(2m_e ) ∑_i▒〖∇_i^2+∑_a▒〖∑_(βa)▒(Z_a Z_β e^(´^2 ))/r_αβ -∑_a▒∑_i▒〖(Z_a e^(´^2 ))/r_ia +∑_i▒∑_(ji)▒e^(´^2 )/r_ij 〗〗〗〗
αو β به هسته و i و j به الکترونها اشاره دارد.
اصول محاسبات SCF مولکولی شبیه محاسبات SCF اتمی است. انرژی الکترونی مولکولی هارتری-فاک E_HF، توسط نظریه وردشی، بصورت E_HF=⟨D│〖+Ĥ_el+〗_(V ̂_NN )│D⟩ داده می شود که D شکل دترمینان اسلیتری تابع موج هارتری-فاک است طبق رابط(1-14).
E_HF=2∑_(i=1)^(n/2)▒〖H_ii^core+∑_(i=1)^(n/2)▒∑_(j=1)^(n/2)▒〖(2J_ij-K_ij )+V_(NN ) 〗〗(1-14)
1-25-2-3- برهم کنش آرایشی ها(CI)
در این روش، با توجه به اینکه یک دترمینال اسلیتر منفرد برای بیان تابع موج کافی نیست، آرایش های الکترونی سیستم به صورت ترکیب خطی از تمام دترمینال های اسلیتر چند الکترونی ممکن بیان می شود[57]. از آنجائیکه حتی برای تعداد کمی از الکترون و توابع پایه توصیف کننده آنها، تعداد این دترمینال ها بسیار زیاد می باشند، در عمل بررسی تمام این آرایش ها در روش CI ممکن نمی باشد.
1-25-2-4- همبستگی الکترونی
در روش Hf دافعۀ آنی الکترون-الکترون در نظر گرفته نمی شود و الکترون ها می‌توانند به طور مؤثر به یکدیگر بسیار نزدیک شوند. بنابراین محاسبات با این روش توام با یک خطای ذاتی است که انرژی همبستگی الکترونی نامیده می شود. این انرژی به صورت اختلاف انرژی دقیق (E0) با انرژی حد (EHf)Hf یک سیستم تعریف می‌شود.
ECorr=E0–EHf
بر اساس نظریه وردشی انرژی همبستگی مقدار منفی دارد، چون EHf بزرگتر از E0 است.
صرف نظرکردن از این انرژی منجر به خطایی در حدود 1% می شود که معادل با انرژی یک پیوند کووالانسی یک گانه است[57].
1-25-2-5- نظریه تابعیت چگالی(DFT)
اساس تئوری تابعیت چگالی که به وسیله هونبرگ وکوهن پایه گذاری شده است، تعیین انرژی تراز پایه الکترونی بوسیله چگالی الکترونی است[58]. به بیان دیگر یک رابطه مستقیم بین چگالی الکترونی و انرژی سیستم برقرار است. اهمیت این رابطه زمانی آشکارمی شود که این روش، با روش استفاده از تابع موج مقایسه شود. یک تابع موج با N الکترون شامل 3N مختصات است. در حالی که چگالی الکترون، مربع تابع موج است و بر روی N-1 الکترون جمع بسته می شود. در نتیجه چکالی الکترون مستقل از تعداد الکترون ها بوده و تنها تابع سه مختصه است. در نتیجه بر خلاف تابع موج که با افزایش مختصات پیچیده تر می شود در روش استفاده از چگالی الکترون، تعداد متغیرها برای سیستم های با تعداد الکترون متفاوت یکسان خواهد بود. (چگالی الکترون مستقل از اندازه سیستم خواهد بود)[59]. تنها مشکل این روش این است که ثابت شود که یک چگالی الکترونی خاص، انرژی حالت پایه معینی را می دهد. تابعی که ارتباط بین این دو کمیت را برقرار می کند مجهول است و در واقع هدف تئوری تابعیت چگالی معرفی تابعیت های است که چگالی الکترونی و انرژی را به هم ربط دهد[60]. منظور از تابع در اینجا نمایشی برای به دست آوردن یک عدد از مجموع ای متغیر(مختصات) است. علاوه براین، تعریف تابعیت برای فهم ریاضیات مسئله ضروری است. تابعیت3 نمایشی است برای تولید یک عدد از یک تابع که خود وابسته به متغیرها باشد. از اینرو تابع موج و چگالی الکترونی تابع هستند و انرژی که به تابع موج و چگالی الکترونی وابسته است تابعیت نامیده می شود. تابع بستگی به متغیرهایی دارد که در داخل پرانتز (f)F گرفته است در حالیکه تابعیت به متغیر هایی که در داخل کروشه [f]F قرار دارد وابسته است[61].
مشابه با روش مکانیک موجی در این روش هم تابعیت انرژی به سه قسمت تقسیم می شود. انرژی جنبشی T[ρ]، جاذبه بین هسته و الکترونها E_ne [ρ] ،دافعه بین الکترونها E_ee [ρ]، (دافعه بین هسته ها به خاطر تقریب بورن اپنهایمر ثابت است). همچنین برطبق نظریه هارتری-فاک به دو قسمت J[ρ]و K[ρ](انتگرلهای جابجایی50 و کولمبی51 که صراحتا انرژی همبستگی الکترونی را شامل می شوند) تقسیم می شود. E_ne [ρ] و J[ρ] تابعیت هایی هستند که بصورت کلاسیک تعریف می شود و فاکتور 1/2 در J[ρ] اجازه می دهد که انتگرال گیری در تمام فضا برروی دو متغیر رابط شماره(1-15) و (1-16) صورت می گیرد.
E_ne [ρ]=∑_a▒∫▒〖(Z_a ρ(r))/(|R_a-r|) dr〗 (1-15)
J[ρ]=1/2 ∫▒∫▒〖(ρ(r)ρ(r^´))/(|r-r^´ |) drdr^´ 〗(1-16)
1-25-2-6- قابلیت DFT
مدت زمان لازم برای انجام یک محاسبۀ DFT تقریباً برابر مدت زمان لازم برای انجام یک محاسبه هارتری-فاک روی مولکول یکسان و با مجموعۀ پایه یکسان است.
یک محاسبۀ هارتری-فاک(که تابع موج مولکولی را محدود به یک دترمینال اسلیتر از اسپین-اوربیتالها می کند) تنها یک تابع موج و DFT در اصل قادر است مقادیر دقیق انرژی و خواص مولکولی دیگر را حاصل کند(هیچ گونه تقریبی در معادلات KSDFT اعمال نشده است) در عمل، از آنجا که تابعی واقعی Exc[ρ] نامعلوم است، محاسبات DFT منجر به نتایج تقریبی می شود. کیفیت نتایج بستگی به کیفیت Exc ای دارد که در محاسبات وارد می شود. با تابعیهای Exc که امروزه از آنها استفاده می شود، محاسبات DFT به میزان قابل ملاحظه ای نتایج دقیق تر در مقایسه با محاسبات هارتری-فاک حاصل می کنند. محاسبات DFT نباید با مجموعه های پایۀ کوچکتر از 6-31G* انجام شود.
محاسبه هارتری-فاک اغلب برای ترکیبات فلز-واسطه غیرقابل اعتماد هستند. بر عکس، انرژی های ساختارهای و نسبیDFT برای ترکیبات فلز-واسطه معمولاً قابل اعتماد هستند، و «شیمی محاسباتی فلز-واسطه امروزه با DFT برای مولکولهایی با اندازۀ متوسط برابری می کند.»[62].
روش DFT هیبرید، از روش های هارتری-فاکMP2 ,(HF) موثرتر است. نتایج به مراتب بهتر برای انرژی های اتمی شدن می توانند با تابعهای چگالی جدیدتر از B3PW91 حاصل شوند.
1-25- مجموعه پایه
استفاده از یک مجموعه پایه مناسب، شرط اصلی برای موفقیت در محاسبات به شمار می آید. مجموعه های پایه، مجموعه ای از توابع هستند که برای توصیف شکل اوربیتال ها در اتم ها به کار می روند. اوربیتال های مولکولی، از ترکیب خطی توابع پایه حاصل می شوند. مجموعه های پایه، معمولاً ترکیب خطی از توابع مربوط به اوربیتال های اتمی مستقر در مرکز اتم ها هستند که با ضرایب مختلف بیان می شوند.
نرم افزارگوسین از نمایش ریاضی اوربیتال های گوسینی(GTO) که دارای عامل 〖 e〗^(〖-ar〗^2 ) است، استفاده می کند. جواب دقیق معادله شرودینگر برای اتم هیدروژن یک اوربیتال از نوع اسلیتری(STO) به صورت e-ar است. همان گونه که در شکل(2-2) نشان داده شده است، اوربیتال های اسلیتری نسبت به اوربیتال های گاوسی توصیف بهتری از توابع موج ارائه می کنند اما انتگرال های مربوط به توابع اسلیتری تنها از طریق حل عددی امکان پذیر است که بسیار زمان بر است. بنابراین مجموعه های پایه،STO گاهی تنها برای محاسبات با دقت های بسیار بالا به کار می رود، اما امروزهاغلبمحاسباتبامجموعههایپایهیGTOصورتمیگیرد.
شگل(2-2) تقریب یک اوربیتال اسلیتری با استفاده از چند اوربیتالGaussian
1-26- اوربیتال های اسلیتری(STO)
در تقریب LCAO می خواهیم هر اوربیتال مولکولی را با ترکیب خطی اوربیتالهای اتمی نشان دهیم. اگر این اوربیتالها، اوربیتالهای اتمی شعاعی هیدروژن باشد.
s:Ne-ar
p:N1re-ar
d:N2r2e-ar
آنها را اوربیتال های«اسلیتری»می نامیم. اگر برای هر اوربیتال مولکولی، یک STO در نظر گرفته شود، مجموعه پایه، مجموعه پایه مینیمال نامیده می شود. با افزایش مجموعه پایه، می توان به نتایج بهتری دست یافت. یکی ا

منتشرشده در No category | دیدگاه‌تان را بنویسید:

منابع پایان نامه ارشد با موضوع اندازه گیری، درجه حرارت، طلاق

متغیری است که هم جذب و هم نشر را تحت تأثیر قرار می دهد صرف نظر کنیم، جذب اتمی عملاً مستقل از درجه حرارت سیستم می باشد.
– قسمت اعظم اتمها در حالت پایه وجود دارند در علامت جذب اتمی شرکت می کنند.
– در جذب اتمی فقط لازم است که مقادیر I و I0 را اندازه‌گیری کرد تا جذب اندازه گیری گردد.
– کار با دستگاه AAS ساده و آسان می باشد[50،49].
1-18- شیمی محاسباتی
شیمی محاسباتی29 شاخه ای از علم شیمی است که در آن، از رایانه ها جهت کمک به حل مسائل شیمی استفاده می شود و شامل همه روش های نظری برای محاسبه خواص شیمیایی و فیزیکی مولکو ها، جامدات یا مایعات می باشد. به عبارت دیگر، شیمی محاسباتی. توصیف شیمی به زبان ریاضی است که در آن، یک روش ریاضی توسط رایانه برای انجام محاسبات به کار می رود.
این محاسبات برپایه مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتومی و ترمودینامیک آماری انجام می گیرد. جهت انجام محاسبات در شیمی محاسباتی دو نظریه کاملاً متفاوت، نظریه مکانیک کوانتومی30(نظریه ساختار الکترونی)31و نظریه مکانیک مولکولی استفاده می‌شود. روشهایی که معادله شرودینگر الکترونی را حل می کند به محاسبات ساختار الکترونی معروف هستند این روش تنها برای سیستم های کوچک کارایی دارد. بکارگیری تقریب های بیشتر در روش های نیمه تجربی، مطالعه سیستم های بزرگ تر امکان پذیر می شود.از سوی دیگر برخی از سیستم‌های مورد توجه در شیمی محاسباتی آن چنان سیستم‌های بزرگی هستند که نمی‌توان آن‌ها را با روش کوانتومی یا روش نیمه تجربی مورد مطالعه قرار داد. برای بررسی چنین سیستم‌های روشهای مکانیک مولکولی بر پایه قوانین فیزیک کلاسیک است به کار می رود.
معمولاً دو روش برای حل مسائل شیمی به صورت نظری وجود دارد. شیمی محاسباتی و شیمی نظری غیر محاسباتی. شیمی محاسباتی به محاسبات عددی ساختارهای الکترونی مولکولها و اندرکنش‌های مولکولی مربوط می‌شود، اما شیمی نظری غیر محاسباتی به توصیف تحلیلی مولکول‌ها و فرمول بندی آن ها به صورت دستی اطلاق می‌گردد. در شیمی محاسباتی نیز از رایانه‌ها برای پیش بینی ساختار مولکولی، خواص مولکولی و واکنش های شیمیایی استفاده می‌شود. این روش به شیمیدانان اجازه می دهد به جای این که پدیده های شیمیایی را از طریق واکنش‌های شیمیایی و ترکیبات شیمیایی مورد بررسی قرار دهند، آنها را از طریق محاسبات کامپیوتری مطالعه کنند.
1-19- مروری بر روش های نظری در مکانیک کوانتومی
مکانیک کوانتومی، مکانیکی که سیستم‌های میکروسکوپی از آن پیروی می‌کنند مکانیک کوانتومی نامیده می شود، زیرا یکی از جنبه های شاخص این مکانیک،کوانتش انرژی است. قوانین مکانیک کوانتومی به وسیله هایزنبرگ،32 بورن33 و جوردن34 در سال 1925 و به وسیله شرودینگر35در سال 1926 بیان شد.
حالت یک سیستم مکانیک کوانتومی به وسیله تابع حالت که تابعی از مختصات ذرات و زمان است، توصیف می شود. تغییر با زمان به وسیله معادله وابسته به زمان شرودینگر(iħ ∂Ψ/∂t=H ̂Ψ) تعیین می شود، در این معادلهH ̂ عملگر هامیلتونی مکانیک کوانتومی است که با کمیت کلاسیکی انرژی مطابقت دارد. برای یک سیستم مولکولی، تمام خواص مولکولی از حل معادله شرودینگر مولکولی قابل محاسبه است. عملگر هامیلتونی برای یک مولکول مطابق رابط شماره(1-1) است.
H ̂_e=K ̂_N+K ̂_e+V ̂_NN+V ̂_Ne+V ̂_ee (1-1)
که درآنK ̂_(N ) وK ̂_(e ) به ترتیب عملگرهای انرژی جنبشی برای هسته ها و الکترونها و V ̂_NN، V ̂_(Ne ) و V ̂_ee به ترتیب انرژی پتانسیل دافعه بین هسته ها، جاذبه بین الکترون ها و هسته ها و دافعه بین الکترونها هستند.
1-20- تقریب بورن-اپنهایمر
با این عملگر هامیلتونی، حل معادله شرودینگر مولکولی(H ̂Ψ=EΨ) بسیار دشوار است و برای حل آن نیاز به استفاده از تقریب های گوناگون داریم، یکی از این تقریب ها، تقریب بورن-اپنهایمر36 است. ماکس بورن و روبرت اپنهایمر نشان دادند که بررسی جداگانه حرکت های الکترونی و هسته ای یک تقریب بسیار خوب است. به علت جرم‌های زیادی که هسته ها دارند، خیلی آهسته تر از الکترونها حرکت می‌کنند و در مدت زمانی که هسته ها فاصله کوتاهی را طی می کنند، الکترونها تعداد زیادی از چرخه های حرکتی را انجام می دهند، لذا توزیع الکترونها درون یک سیستم مولکولی به موقعیت هسته ها و نه به سرعت آن بستگی دارد. با این تقریب می توان معادله شرودینگر را مطابق رابطه(1-2) زیر نوشت:
H ̂_e (r, R) Ψ_e (r, R)=E_e (R) Ψ_e (r,R )
هامیلتونی الکترونی از حذف عملگر انرژی جنبشی هسته ای از هامیلتونی کل(رابطه1-3) بدست می آید و برابر است با:
(1-3) =-1/2 ∑_(i=1)^n▒〖(∂^2/(∂x_i^2 )+∂^2/(∂y_i^2 )+∂^2/(∂z_i^2 ))-∑_(i=1)^n▒〖∑_(I=1 )^N▒Z_I/|R_I-r_i | +∑_(i=1)^n▒∑_(j<1 )^n▒〖1/|r_i-r_j | + ∑_(I=1)^N▒〖Σ_(J<1) (Z_I Z_J)/|R_I-R_J | 〗〗〗〗 H ̂_(e1 ) که در آن جمله اول عملگر انرژی جنبشی nالکترون،جمله دوم عملگر انرژی پتانسیل جاذبه n الکترون با N هسته، جمله سوم انرژی پتانسیل دافعه بین n الکترون و جمله چهارم، انرژی پتانسیل دافعه بین N هسته می باشد. انرژی دافعه بین هسته ای در معادله بالا ثابت است زیرا در این تقریب مواضع هسته ها ثابت است زیرا ین تقریب مواضع هسته‌ها ثابت در نظر گرفته می‌شود. بنابراین مطالعه یک واکنش شیمیایی یا بررسی خواص یک مولکول معین با دو نوع محاسبه سرکار دارد: حل معادله شرودینگر الکترونی بهینه کردن شکل هندسی تعادلی مولکول 1-21- روش های حل معادله ی شرودینگر الکترونی معادله مستقل از زمان شرودینگر H ̂Ψ=EΨ است که در آنH ̂، عملگر هامیلتونی کل سیستم است که با صرف نظرکردن از اثرات نسبیتی، خود شامل مجموع عملگرهای انرژی جنبشی هسته ها، انرژی جنبشی الکترونها و انرژی های پتانسیل برهم کنش میان آنها است طبق(رابط1-4). H ̂_total=H ̂_kinetic+H ̂_potential=Σ_i [-〖tn〗^2/(2m_i ) ∇_i^2 ]+Σ_j Σ_(i>j) 1/(4πε_0 ) [(q_i q_j)/(r_i-r_j )](1-4)
حل تحلیلی معادله شرودینگر جزء برای سیستم های تک الکترونی امکان پذیر نبوده و برای سایر مولکولها نیازمند به حل تقریبی آن هستیم.
1-22- بهینه کردن شکل هندسی تعادلی مولکول
همان طور که می دانیم چنانچه در ساختار مولکول ها، پارامترهای مولکولی(طول، زوایای پیوند و زوایای دو وجهی) تغییر کنند، انرژی آنها نیز تغییر می کند. به مسیری که در طی آن انرژی مولکول با تغییرات کوچک در ساختار تغییر می کند، سطح انرژی پتانسیل گویند. سطح انرژی پتانسیل توصیف کاملی از تمام صورت بندیها، ایزومرها و حرکات مولکولی که از لحاظ انرژی قابل دسترس هستند، ارائه می نماید. بهینه سازی ساختار هندسی یک تخمین مکانیک کوانتومی از انرژی الکترونی مولکول در اختیار قرار می دهد که در یک کمینه ی موضعی37 یا کمینه فراگیر38محاسبه شده است. برای بهینه سازی ساختار هندسی با استفاده از نرم افزارگوسین39 با حدس اولیه ای برای ساختار تعادلی شروع می کنیم و با اعمال روش و مجموعه ی پایه ی مناسب و به کارگیری تقریب های دیگر به ساختار تعادلی بهینه می رسیم.
1-23- تابع موج تک الکترونی و روش هارتری-فاک
تابع موج (r)ψ به مختصات تمام الکترون ها وابسته می باشد. هارتری پیشنهاد کرد که تابع موج الکترونی را می توان به صورت رابط(1-5) حاصلضرب تابع موج تک تک الکترون ها نوشت.
(1-5)Ψ(r_1,r_2…r_n )=∅_1 (r_1 ) ∅_2 (r_2 )…∅_n (r_n )
سپس هارتری معادله خود را طوری باز نویسی کرد که دافعه بین الکترونی به شکلی تعریف گردید که در هر لحظه یک الکترون در یک موثر از سایر الکترون های باقیمانده قرار می‌گرفتند. بنابراین رابط(1-6) بر قرار است.
(-1/2 ∇_i^2-∑_I^N▒〖Z_I/r_Ii +V_i^eff 〗) ∅_i=E_i ∅_(i ) (1-6)
حل مستقیم معادله فوق امکان پذیر نیست چراکه خود V_i^eff با ∅_i رابطه دارد و نمی توان مستقیم آنرا حل کرد لذا یک طرح تکرار شونده برای حل معادله هارتری ضروری است. ابتدا یک سری توابع〖(∅〗_1,∅_2…,∅_n) فرض می شود سپس از روی آن ها پتانسیل موثر بدست می آید و بعد درمعادله (1-7) گذاشته می شود و با حل معادله توابع بهبود یافته ∅_i حاصل می‌گردد. این چرخه آنقدر تکرار می شود که در نهایت تغیرات حاصل در توابع ∅_i، بسیار کوچک گردد. این رویکرد به میدان خود سازگار40 معروف است[51]. جایگزینی جمله دافعه الکترون-الکترون با پتانسیل موثر تقریب خطی است، این تقریب از پاسخ هر یک الکترون‌ها به مکان سایر الکترون‌ها صرف نظر می‌کند. فاک نشان داد که توابع موج جدا شده هارتری، اصل طرد پائولی را تامین نمی کند. بنابراین فاک دترمینان اسلیتر را پیشنهاد کرد .
Ψ (r_1,r_2…r_n )=1/√n! |■(■(■(∅_1 (e_1)@∅_1 (e_2))&■(■(∅_2 (e_1)@∅_2 (e_2))&■(⋯@…))&■(∅_n (e_1)@∅_n (e_2)))@■(∅_1 (e_n)&■(∅_2 (e_n)&⋯)&∅_n (e_n)))|=|∅_1,∅_2…∅_n |,
دترمینان اسیتر ضد متقارن بوده و اصل پائولی در ان لحاظ شده است.
نمودار(1-1) روش های شیمی محاسباتی
به طور کلی دو شاخه گسترده در شیمی محاسباتی وجود دارد:
1-24- روش مکانیک مولکولی
شبیه سازی مکانیک مولکولی از قوانین فیزیک کلاسیک برای پیش بینی ساختار و خواص مولکولها استفاده می کند. روشهای مکانیک مولکولی در بسیاری از برنامه‌های کامپیوتری نظیر(,Alchemy ,Quanta Hyperchem ,MM3 ,Syby1) وجود دارد.
روش های مکانیک مولکولی مختلفی وجود دارد که هریک از آنها به وسیله نیروی میدان ویژه41 خودش مشخص می شوند. یک میدان نیرو شامل اجزاء زیر می باشد:
یک مجموعه از معادلات نحوه ی تغییر انرژی پتانسیل یک مولکول با موقعیت اتم ها را تعریف می‌کند.
یک سری از انواع اتم، ماهیت یک عنصر در یک محیط شیمیایی ویژه را تعیین می‌کنند.
یک یا بیشتر از یک مجموعه از پارامترها برای انطباق دادن معادلات و انواع داده های تجربی انتخاب می گردد.مجموعه ی پارامترها، ثابت های نیرو را تعریف می‌کند.
محاسبات مکانیک مولکولی، صریحاً در مورد الکترون های یک سیستم مولکولی بحث نمی کنند. در عوض محاسباتی را انجام می دهند که به برهمکنش های بین هسته ای مربوط می شود ضمناً این محاسبات اثرات الکترونی میدان های نیرو را شامل می شوند.
این تقریب، سبب می شود که زمان محاسبات بسیار کوتاه گردد و موجب ارزان شدن محاسبات مکانیک مولکولی شده و امکان استفاده از آن را برای بسیاری از سیستم های بزرگ فراهم می سازد. البته این روش، دارای چندین محدودیت نیز می باشد که مهم ترین آنها عبارتند از:
هر میدان نیرو فقط برای گروه محدودی از مولکول ها نتیجه خوبی را ارائه می کند و هیچ یک از آنها معمولاً نمی توانند برای همه مولکولها مورد استفاده قرار گیرند.
در نظر گرفتن الکترونها به این معنا است که روش های مکانیک مولکولی نمی توانند مسائل شیمیایی مربوط به اثرات الکترونی را حل نمایند به عنوان مثال، این روش ها نمی توانند مراحل را که شامل شکستن یا تشکیل پیوند می باشند، تشریح نمایند[52].
1-24- روش مکانیک کوانتومی
این روش ها بر مبنای قوانین مکانیک کوانتومی پایه گذاری شده اند که بر طبق آن انرژی و سایر خواص مولکولی از حل معادله شرودینگر(HΨ=EΨ) حاصل می شود. در هر حال تنها به جزء برای سیستم های کوچک، حل دقیق معادله ی شرودینگر از نظر تحلیلی امکان پذیر نیست. روش های ساختار الکترونی بسته به تقریب های ریاضی مختلفی که در حل مسله به کار می گیرد، طبقه بندی می شوند. به طورکلی دو گروه عمده ی روش های ساختار الکترونی را می توان نام برد: روش های نیمه تجربی و روش های آغازین.
1-25-1- روش نیمه تجربی
در این روش نیمه تجربی42 از یک هامیلتونی ساده تر از هامیلتونی واقعی مولکول برای حل معادله شرودینگر استفاده می شود و از داده های تجربی برای اختصاص دادن مقادیر به برخی از انتگرال هایی که در محاسبه حاصل می شوند، استفاده و از برخی انتگرال ها صرفنظر می کند. در روش نیمه تجربی مانند روش های میدان نیرو هیچ ادعایی برای اعتبار نتیجه گرفته شده نیست. این موضوع می تواند بدان علت باشد که سری پایه انتخاب شده در این روش ها از نوع مینیمم است که صحت سایر محاسبات روی سیستم های مشابه، با نتایج تجربی مقایسه شوند. برای دست‌یابی به داده های دقیق تر و نزدیک به داده های تجربی موجود، لازم است اثرات قطبیت و نفوذ و همچنین اثرات همبستگی الکترونی نیز در محاسبات در نظر گرفته شود که در این روش ها مقدور نیست. نکته مهم در مورد این روش ها این است که روش های نیمه-تجربی فقط آرایش الکترونی حالت پایه را

منتشرشده در No category | دیدگاه‌تان را بنویسید:

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

منتشرشده در No category | دیدگاه‌تان را بنویسید:

منابع پایان نامه ارشد با موضوع اندازه گیری، دسته بندی، فناوری نانو

ن عناصر نانو مقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانو مقیاس با خواص شان در مقیاس بزرگتر فرق می کند.
1-7- طبقه بندی نانو تکنولوژی
1-7-1-Wet nanotechnology
مطالعه سیستم های بیولوژیکی و سیستم هایی که محیط اطراف شان بر مبنای آب است. ساختارهای نانومتری که می توان مثال زد.
الف)مواد ژنتیکی
ب)غشاءها
ج)آنزیمها و سایر اجزای سلولی
1-7-2- Dry Nanotechnology
در این نوع در سطح علوم دیگر مثل فیزیک و شیمی مطرح است. مثل ساختارهای مولکول کربن.
1-7-3- Nano computational
نانو محاسبات، مدل سازی و شبیه سازی ترکیبات نانو متریک محاسبه و پیش بینی عملکرد ساختارهای به وجود آمده می باشد.
ارتباط نانو با علوم دیگر مثل شیمی، فیزیک، علوم مهندسی و بیولوژیکی و زیر شاخه‌هایشان را می ‌توان به صورت فلوچارت شکل(1-1) زیر نمایش داد.
شکل(1-1) ارتباط نانو با علوم دیگر
1-8- دسته بندی مواد در فناوری نانو
مواد در مقیااندازه بحرانی دانه ها، رفتار سوپر پارا مغناطیسیته ذرات
نوری
خصوصیات فلوئور سنتی، افزایش اثر کوانتومی کریستال های نیمه هادی
بیولوژیکی
افزایش نفوذ پذیری از بین حصارهای بیولوژیکی(غشاء و سد مغز خون و غیره) و بهبود زیست سازگاری
1-8-8- فولرین ها
فولرین ها اشکال منحصر به فردی از کربن ها می باشند که به شکل قفس توپی شکل بوده و اتم های کربنی در ساختارهای شش ضلعی و پنج ضلعی در آن قرار گرفته اند. این اشکال دارای خواص منحصر بفردی می باشند که آنها را نسبت به سایر ساختارهای کربن نظیر الماس کربن و گرافیت و… متمایز می سازد. بنابراین فورین ها دسته مهمی از ترکیبات کربن را تشکیل می دهند. پیش از رویت و ساخت و رویت فلورینها کوچک تصور بر این بود که این مولکولهای کروی ناپایداری هستند. اما به تازگی دانشمدان روسی دریافته اند که کربن شش صفر در فاز گازی پایدار بوده و دارای فاصله نورایی نسبتاً زیادی می باشد. فلورین ها به صورت کاملاً اتفاقی کشف شدند. در سال 1981 میلادی کرتو و اسمالی نتایج عجیبی را در طیف جرمی کربن تبخیر شده مشاهده نمودند و به این ترتیب فلورینها کشف شده و پایداری آنها در فاز گازی به اثبات رسید. پس فلولرین ها، اغب به ساختارهای کروی که از جنس کربن هستند، اطلاق می شود. ولی امرزه از عناصر دیگر نظیر نیتروژن نیز در ساختار آنها استفاده شده است. فولرین و فولرین های معدنی نمونه ای از آنها هستند.
1-8-8-1- کاربردهای فولرین‌ها
روان کننده های جامد
روغن موتورهای بسیار کاراتر
ارسال هدفمند داروها
درمان ایدز و سرطان با فولرین های حساس به نور
لاستیک های سبکتر، مقاومتر و الاستیک تر
جلوگیری از رشد باکتری ها
a) C60 b)c C70)فولرین درون وجهی C82 دارای عنصر لانتانیوم
شکل(1-2) انواعی از فولرن و اشکال مربوط.(a)- مولکول C60 اولین نانو توپ شناخته شده است.(b)-C70 فولرین ها بدلیل تو خالی بودن می تواند مانند کیفی در ابعاد نانو، عمل کنند[16،15،14[.
1-8-1 ابزار های تشخیص در علوم نانو
ابزارهای اندازه گیری در نانو ساختارها انواع متفاوتی را شامل می شوند:
الف)میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM).
ب)میکروسکوپ تونلی روبشی(STM).
پ)میکروسکوپ نیروی مغناطیسی(MFM).
ت)میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)15.
ث)میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)16.
1-9-1- میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)
میکروسکوپ نیروی اتمی از الکترونهای روی سطوح استفاده می کند. میکروسکوپ نیروی اتمی دستگاه ی است که برای بررسی خواص و ساختار سطحی مواد در ابعاد نانومتر بکار می رود. انعطاف پذیری، سیگنالهای بالقوه ی متعدد، و امکان عملکرد دستگاه در مدهای مختلف، محققین را در بررسی سطوح گوناگون، تحت شرایط محیطی متفاوت توانمند ساخته است. این دستگاه امکان عملکرد در محیط خلاء، هوا، و مایع را دارد.
برخلاف اکثر روش های بررسی خواص سطوح، در این روش غالبا”محدودیت اساسی بر روی نوع سطح و محیط آن وجود ندارد. با این دستگاه امکان بررسی سطوح رسانا یا عایق، نرم یا سخت منسجم یا پودری، بیولوژیک و آلی یا غیر آلی وجود دارد. خواص قابل اندازه گیری با این دستگاه شامل مورفولوژی هندسی، توزیع چسبندگی، اصطکاک، ناخالصی سطحی، جنس نقاط مختلف سطحی، کشسانی، مغناطیسی، بزرگی پیوندهای شمیایی، توزیع بارهای الکتریکی سطح، و قطبش الکتریکی نقاط مختلف می باشد. در عمل از این قابلیتها برای بررسی خوردگی، تمیزی، زبری، چسبندگی، اصطکاک، اندازه و غیر استفاده می شود.
1-9-2- میکروسکوپ تونلی روبشی(STM)
دستگاهی است که برای بررسی ساختار و برخی از خواص سطوح(مرفولوژی) موادرسانا، مواد بیولوژیک(که تا حدی رسانا) باشند و همچنین لایه های نازک نا رسانا که روی زیر لایه رسانا لایه نشانی شده اند، در حد ابعاد نانومتر بکار می رود. کاوشگر مقدار جریان شارش روی سطوح را اندازه گیری می کند که می توان هندسه آن سطح را برآورد کرد]17.[
1-9-3- میکروسکوپ نیروی مغناطیسی(MFM)
نوک روبش دهنده آن مغناطیسی است مانند ضبط صوت و یا دیسک خوان عمل می کند. و جنس نوک سوزن آن راز تنگستن می باشد.
1-9-4- میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)
برای تعیین اندازه و شکل نانو ساختارها از میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده می شود. این روش اندازه و شکل ذرات را با دقت حدود چند دهم نانومتر به دست می دهد که به نوع ماده و دستگاه مورد استفاده بستگی دارد. امروزه در بررسی خواص مواد نانو ساختاری از میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح بالا(High-Resolution) استفاده می شود. علاوه بر تعیین شکل و اندازه ذرات به وسیله میکروسکوپ الکترونی عبوری با استفاده از پراش الکترون و سایر سازوکارهای موجود در برخورد الکترون با ماده، برخی ویژگیهای دیگر مواد نانو ساختاری مانند ساختار بلوری و ترکیب شیمیایی را می توان به دست آورد.
1-9-5- در میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)
همانند میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)، یک پرتوی الکترونی به نمونه می تابد. در نتیجه بعضی قسمت ها نظیر تفنگ الکترونی، عدسی های متمرکز کننده و سیستم خلآ، درهر دو دستگاه مشابه است. اما روش تشکیل تصویر و نحو بزرگنمایی کاملاً متفاوت است. علاوه بر این، TEM اصولاً برای مطالعه ساختار نمونه های حجیم در سطح یا نزدیکی سطح، استفاده می شود(توپولوژی). درک این نوع تصویر بسیار آسانتر از تصویر الکترون عبوری است. در این پایان نامه از این روش برای کارهای آزمایشگاهی استفاده شده است.
1-10- گرافن(Graphene)
صفحات گرافن از کنار هم قرار گرفتن اتم های کربن تشکیل می شوند. صفحات گرافن به عنوان یکی از آلوتروپهای کربن در یک شبکه شش وجهی(لانه زنبوری) با فاصله پیوند کربن-کربن در گرافن حدود 142/0 نانومتر است. صفحات گرافن از کنار هم قرار گرفتن اتم های کربن در شبکه های شش وجهی تشکیل می شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آنها با یکدیگر مساوی و برابر با 120 درجه می باشد. در این حالت اتم های کربن در وضعیتی قرار می گیرند که شبکه ای از شش ضلعی های منظم را ایجاد می کنند. البته این ایده آل ترین حالت یک صفحه ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه ای تغییر می کند که در آن پنج ضلعی ها و هفت ضلعی هایی نیز ایجاد می شود. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک پیوند آزاد در خارج از صفحه دارد(اوربیتال p عمود بر صفحه). این پیوند مکان مناسبی برای قرار گیری برخی گروه های عاملی و هم چنین اتم های هیدروژن است. پیوند بین اتم های کربن کووالانسی بوده و بسیار محکم است.
بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد آنچه لایه های گرافن را روی یکدیگر نگه می دارد، پیوندهای واندروالس بین آنهاست(برهم کنشهای π-π بین سطوح). این پیوند بسیار ضعیت است. بنابراین لایه های گرافن به راحتی می توانند روی هم بلغزند.
در ابعاد نانومتر، چند پارامتر مهم وجود دارد که تأثیر بسیاری بر خواص مواد می گذارد. ازجمله پارامترهای مهم اندازه و شکل فیزیکی نانو مواد و نحوه پیوندهای بین اتمی میان آنها می باشد.
در مورد نانو لوله های کربنی، پارامترهایی مانند طول، قطر، نحوه ی چینش اتم ها در ساختار نانو لوله، تعداد دیواره ها، نقص های ساختاری و گروه های عاملی موجود بر روی نانو لوله، از جمله خواص فیزیکی و شیمیایی هستند که در تعیین خواص آنها نقش دارند. یک نانو لوله، همانطور که از نامش بر می آید، یک استوانه ی تو خالی با قطری در حد نانو متر است. طول هر نانو لوله می تواند از چند نانومتر تا چند میکرو متر باشد. اگر یک نانو لوله‌ی تک دیواره را در نظر بگیریم، با برش دادن دیواره ی آن در راستای طول نانو لوله، یک صفحه از اتم های کربن به نام گرافن به دست می آید. شکل(1-3)[18].
شکل(1-3) برش دادن دیواره‏ی نانولوله های کربنی در راستای طول نانولوله[19].
گرافن ورقه ای دو بعدی(2D) از اتم های کربن می باشد که اتم ها با هیبرید sp2 به هم متصل شده اند[23،20].گرافن جدیدترین عضو خانواده مواد کربنی گرافیتی چند بعدی می باشد، که شامل فولرن به عنوان نانو ماده ی صفر بعدی(0D)، نانو لوله های کربنی به عنوان نانو مادهی یک بعدی(1D) و گرافیت به عنوان یک ماده سه بعدی(3D) می باشد.شکل(1-4)]24،23].
شکل(1-4) ساختار اتمی صفحه گرافن در این شکل اتم‏ های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده‏ اند[18].
گرافن تک لایه، ساختار زیر بنایی برای ساخت ساختارهای کربنی می باشد که اگر بر روی هم قرار بگیرند توده های سه بعدی گرافیت را تشکیل می دهند. بر همکنش بین این صفحات از نوع واندروالسی با فاصله بین صفحه ای 335/0 نانو متر می باشد. شکل(1-5) اگر تک لایه گرافنی حول محوری لوله شود، نانو لوله کربنی شبه یک بعدی و اگر به صورت کروی پیچانده شود فلورن شبه صفر بعدی را شکل می دهد(شکل1-5)]25[.
شکل(1-5) فرمهای مختلف کربن گرافیتی[26].
در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک اوربیتال از نوع p در خارج از صفحه دارد. این اوربیتال مکان مناسبی برای پیوند با برخی گروه های عاملی و همچنین اتم های هیدروژن است. پیوند بین اتم های کربن در صفحه کووالانسی بوده و بسیار محکم است. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد و انتظار می رود که نانو لوله های کربنی نیز استحکام زیادی داشته باشند. گرافیت نیز که یک ماده پر مصرف و شناخته شده است، از روی هم قرار گرفتن لایه های گرافن و تشکیل یک ساختار منظم تشکیل می شود. همانطور که می دانیم، گرافیت بسیار نرم است. آنچه لایه های گرافن را روی یکدیگر نگه می دارد، پیوندهای واندروالس بین آنهاست. از آنجا که این پیوندها نسبت به پیوندهای کوالانسی بسیار ضعیف می باشند بنابراین لایه های گرافن به راحتی می توانند روی هم بلغزند و به همین دلیل گرافیت(نوک مواد سیاه) نرم است]18[. لایه های گرافن از 3 تا 10 لایه را به نام گرافن کم لایه) (Few Layer Graphene و بین 10 تا 30 لایه را به نام گرافن چند لایه، گرافن ضخیمThick) (Graphene و یا نانو بلورهای نازک گرافینی می نامند]28،27[. خصوصیت بارز این لایه ها این است که از فضای بین آنها بعنوان trap استفاده می شود(شکل1-6).
شکل(1-6) ترکیبات بین لایه ای گرافیت(graphite intercalation compounds)[29].
همانطور که قبلاً گفته شد گرافن تک لایه به عنوان یک ورقه دو بعدی از اتم های کربن که به صورت شبکه ای شش ضلعی کنار هم قرار گرفته اند تعریف شده است[30] گرافن دارای هیبرید sp2 می باشد و اتم های کربن سه پیوند قوی کووالانسی() در صفحه تشکیل می دهد که ساختار شش ضلعی را تشکیل می دهند و همچنین دارای یک اوربیتال عمود بر صفحه می باشند که تشکیل

منتشرشده در No category | دیدگاه‌تان را بنویسید:

منابع پایان نامه ارشد با موضوع فناوری نانو، علم و فناوری، تکنولوژی

ر حضور غلظتهای متفاوت و به ازای 2 میلی گرم از جاذب نانو در دمای C°25 به مدت 30 دقیقه 63
جدول(3-7) نتایج جذب اتمی یون فلزی سرب در حضور غلظتهای متفاوت و به ازای 2 میلی گرم از جاذب نانو در دمای C°25 به مدت 30 دقیقه 64
جدول(3-8) دادهای جذب اتمی در حضور یون فلز مس به ازای 2 میلی گرم جاذب(نانو) در PH مختلف 66
جدول(3-9) دادهای جذب اتمی در حضور فلز کادمیم به ازای 2 میلی گرم جاذب(نانو) در PHمختلف 67
جدول(3-10) دادهای جذب اتمی در حضور یون فلزی سرب به ازای 2 میلی گرم جاذب نانو درPH مختلف.. 68
جدول(3-11) مقایسه میزان پایداری انرژی بین سه سطح و سه فلز در فاز گازی با مجموعه پایهg21-3 71
جدول(3-12) مقایسه میزان پایداری بین سه سطح و سه فلز در فاز حلال با مجموعه پایهg21-3 72
جدول(3-13) مقایسه میزان پایداری بین سه سطح و سه فلز در فاز حلال با مجموعه پایه(p,d)g31-6 73
جدول(3-14) مقایسه گرمای واکنش بین جاذب و جذب شونده با حضور یون فلز مس(Cu+2) به عنوان جذب شونده 74
جدول(3-15) مقایسه گرمای واکنش بین جاذب و جذب شونده با حضور یون فلز کادمیم(Cd+2) به عنوان جذب شونده 75
جدول(3-16) مقایسه گرمای واکنش بین جاذب و جذب شونده با حضور یون فلز سرب(Pb+2) به عنوان جذب شونده 76
جدول(3-17) مقایسه میزان تمایل جذب سطحی شدن بین سه سطح با حضور یون فلز مس(Cu+2) 77
جدول(3-18) مقایسه میزان تمایل جذب سطحی شدن بین سه سطح با یون فلز کادمیم(Cd+2) 88
جدول(3-19) مقایسه میزان تمایل جذب سطحی شدن بین سه سطح با یون فلز سرب(Pb+2) 88
«فهرست نمودار»
نمودار صفحه نمودار(1-1) روش های شیمی محاسباتی…………………………………………………………..28
نمودار(3-1) تاثیر میزان جذب یون فلزی مس در زمانهای متفاوت با غلظت مشخص……………..59
نمودار(3-2) تاثیر میزان جذب برای یون فلزی کادمیم در زمانهای متفاوت با غلظت مشخص 60
نمودار(3-3) تاثیر میزان جذب برای یون فلزی سرب در زمانهای متفاوت باغلظت مشخص 61
نمودار(3-4) دادهای جذب اتمی در حضور یون فلزی مس با جاذبهای متفاوت در زمان 30 دقیقه 62
نمودار(3-5) تاثیر میزان جذب یون فلزی مس در غلظتهای متفاوت 63
نمودار(3-6) تاثیر میزان جذب یون فلزی کادمیم در غلظتهای متفاوت 64
نمودار(3-7) تاثیر میزان جذب یون سرب در غلظتهای متفاوت 65
نمودار(3-8) جذب فلز مس در حضور جاذب در PH مختلف 67
نمودار(3-9) جذب یون فلزی کادمیم در حضور جاذب در PH مختلف 68
نمودار(3-10) جذب یون فلزی سرب در حضور جاذب در PH مختلف 69
«فهرست اشکال»
شکل صفحه
شکل(1-1) ارتباط نانو با علوم دیگر……..………………..………………………………….…………..6
شکل(1-2) انواعی از فولرن و اشکال مربوط ………12
شکل(1-3) برش دادن دیواره‏ی نانولوله های کربنی در راستای طول نانولوله. 15
شکل(1-4) ساختار اتمی صفحه گرافن: در این شکل اتم‏ های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده‏ اند 16
شکل(1-5) فرم های مختلف کربن گرافیتی 16
شکل(1-6) ترکیبات بین لایه ای گرافیت 17
شکل(1-6) ساختارهای گرافیتی کربن 18
شکل(1-7) تقریب یک اوربیتال اسلیتری با استفاده از چند اوربیتال گوسین……………………….36
شکل(2-1) گرافن اکساید 45
شکل(2-2) طیف UV/Vis از نانو لایه های گرافن پراکنده شده در اتانول 45
شکل(2-3) 6-آمینو اوراسیل 46
شکل(2-4) اتیلن دی آمین 47
شکل(3-1) در طیف FTIR گرافن اکسید 51
شکل(3-2) طیف FT-IR گرافن اکسید حاوی گروه 6-آمینو اوراسیل 52
شکل(3-3) طیف FT-IR گرافن اکسید حاوی گروه اتیلن دی آمین 52
شکل(3-4) طیف XRD گرافن اکساید 53
شکل(3-5) تصویر SEM از گرافن اکسید 54
شکل(3-6) تصویر SEM 6-آمینو اوراسیل 55
شکل(3-7) جذب یونهای فلزی توسط برهم کنش های الکترستاتیک روی سطح GO 56
شکل(3-8) تصویری از جذب یون های فلزی توسط جاذب 58
فصل اول
مروری بر پیشینه پژوهش و
تحقیق
1-1- مقدمه
امروزه نانو تکنولوژی در پیشبرد دانش بشری جایگاه ویژهای یافته و اکتشافات حوزه ی نانو به علوم فیزیک و شیمی جان تازه می بخشد. علم و فناوری نانو توانایی به دست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانو متری و بهره برداری از خواص و پدیده های این بعد در مواد، ابزارها و سیستم های نوین است و در واقع رویکرد جدید در تولید فراورده های مورد نیاز انسان می باشد. به نظر می رسد که علم نانو و علوم مرتبط با آن جدید نیستند. صدها سال است که شیمی دانان از تکنیک های در کار خود استفاده می کنند که بی شباهت به تکنیک های امروزی نانو نیست.
مسیر تحول و شکل گیری علم نانو به شکل امروزی، با کشف محلول کلوئیدی طلا در سال 1857 توسط فارادی آغاز شد و سال 1959، فاینمن ایدهی«فضای زیاد در سطوح پایین»را برای کار با مواد در مقیاس نانو مطرح کرد در سال 1974 برای اولین بار واژهی فناوری نانو توسط تانیگوچی بر زبانها جاری شد و در دهه ی 1980 این ایده به گونه ای وسیع تری توسط دکتر درکسلر مورد بررسی قرار گرفت.
1-2- مفهوم نانو6
نانو یک پیشوند یونانی به معنای کوتوله است. یک نانومتر مقیاسی معادل یک میلیاردم متر(m9-10) می باشد، که نسبت به قطر موی سر انسان که یک دهم میلی متر است، صد هزار بار کوچکتر است[1،2[. مواد در مقیاس نانو، موادی را شامل می شود که ابعادشان در سطع کمتر از یک میکرون است. این اندازه تقریباً پهنایی معادل 3 تا 4 اتم می باشد. خواص مواد با چنین ابعاد و اندازه هایی، با مواد متعارف، اساساً متفاوت بوده و به همین لحاظ تحقیقات در حوزه ی نانو مواد،7 روز به روز فعال تر می شود]3[. از آنجا که خواص مواد قویاً به اندازه ی اجزای تشکیل دهنده و به عبارتی ریزدانه ها وابسته است، موادی که ریزدانه های آنها در مقیاس نانو طراحی می شوند از کیفیت نوینی برخور دارند که در مواد معمولی یافت نمی شود]4]. اهمیت این مقیاس طولی به این مفهوم بر می گردد که از دیدگاه مکانیک کوانتومی، خاصیت موجی الکترون های داخل ماده و تقابل اتم ها با یکدیگر، از جابه جایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می پذیرد[6،5[.
1-3- فناوری نانو چیست؟
نخستین کسی که واژه ی فناوری نانو8 بر زبانش جاری شد نوریا تانیگوچی9، استاد دانشگاه علوم توکیو بود که در سال 1974 این واژه را برای توصیف ساخت مواد دقیقی که تولرانس ابعادی آنها در حد نانو متر است، به کار برد]8،7.[ فناوری نانو عبارت از کاربرد ذرات در ابعاد نانو است. به بیان دیگر توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید، با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی، اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می شود[9،8 .[دست کاری هوشمندانه و کنترل هدفمند مواد در مقیاس اتمی هدف عمده ی فناوری نانو تلقی می شود[10]. لذا فناوری نانو یک رشته جدید محسوب نمی شود، بلکه رویکرد جدید در تمام رشته‌هاست[9].
یکی از ویژگی های مهم نانو فناوری، جنبه ی چند رشته ای آن است. به عبارتی، برای درک مفاهیم پایه ای و تدوین قوانین در مقیاس نانو تقریباً به تمام علوم نیاز است. به عنوان مثال به علم زیست شناسی نیاز است؛ زیرا اولاً محصولات نانو فناوری به شدت از سیستم های زیستی تبعیت می کنند، و ثانیاً محصولات نانو کاربردهای چشم گیری در زیست پزشکی دارد. علم فیزیک مورد نیاز است، زیرا دنیای نانو، دنیای تابع موج، تونل زنی کوانتومی و کشف نیروهای اتمی ناشناخته است علم شیمی مورد نیاز است، زیرا روش های پیوند مولکولها با هم دیگر و چگونگی ترکیب مواد را به ما می آموزد.
تعاریف زیادی برای فناوری نانو وجود دارد، در این میان مؤسسه‌ی پیشگامی ملی فناوری نانو در آمریکا10-که نهاد دولتی متولی این فناوری در آن کشور است-تعریفی را برای فناوری نانو ارائه می دهد که سه اصل زیر را در برمی گیرد:
تحقیق و توسعه ی فناوری در سطوح اتمی، مولکولی با ماکرومولکولی(ابر مولکولی) در مقیاس اندازهای در حدود 1 تا 100 نانو متر]10[.
ساخت و به کارگیری ساختارها، ابزارها و سیستم هایی که به علت داشتن ابعاد کوچک یا متوسط خواص و عملکرد نوینی دارند.
توانایی کنترل یا دست کاری در مقیاس اتمی]8،7 .[
1-4- چرا نانو فناوری؟
شاید این سؤال در ذهن پدید آید که چه چیزی در مقیاس نانو متری وجود دارد که یک تکنولوژی بر پایه آن نهاده شده است؟ آنچه باعث شکل گیری نانو فناوری شده است، ظهور و خواص بی نظیر در این مقیاس است. در مقیاس نانو، اشیاء شروع به تغییر رفتار می کنند و رفتار سطوح بر رفتار تودهای ماده غلبه می کند. در نتیجه برخی روابط فیزیکی که برای مواد معمولی کاربرد دارند، نقض می شود.
با کوچکتر شدن مقیاس مواد، نسبت سطح به حجم افزایش می یابد. بنابراین، نیروهای سطحی اهمیت بیشتری پیدا می کنند. در حقیقت در این مقیاس قوانین فیزیک کوانتوم وارد صحنه می ‌شوند و امکان کنترل خواص ذاتی ماده از جمله نقطه ذوب، خواص مغناطیسی، خواص الکتریکی و حتی رنگ مواد، بدون تغییر در ترکیب شیمیایی ماده وجود خواهد داشت. نسبت سطح به حجم بالا، سبب افزایش واکنش پذیری نیز خواهد شد، و مواد در مقیاس نانو، واکنش پذیرتر می باشند. هم چنین کاتالیزورهایی با کارایی بالاتر خواهیم داشت.
1-5- اهمیت فناوری نانو
فناوری نانو رویکردی جدید به علم و فناوری و پژوهش است به عبارت دیگر نگاهی بنیادی از مقیاس مولکولی به دنیای اطراف است.
تحلیلگران بر این باورند که فناوری نانو، فناوری زیستی11 و فناوری اطلاعات12 سه قلمرو علمی هستد که انقلاب سوم صنعتی را تشکیل می دهند. مهمترین عامل و محرک اصلی رشد فناوری نانو، سود اقتصادی آن می باشد. این رویکرد جدید ریشه در پنجاه سال گذشته دارد و در علوم فیزیک و شیمی ردپای آن دیده می ‌شود]11[. در فناوری نانو قادر به تولید ساختارهایی هستیم که در طبعیت موجود نیست]12[.
علم نانو و فناوری نانو، اطلاعاتی را پیرامون کنترل اندازه ی ساختارهای نانو، توزیع اندازه‌ی این مواد و ترکیبات و نحوه‌ی چیدمان آنها ارائه می دهد. برخی از مزایای فناوری نانو، تولید مواد قویتر و کاهش هزینه های تولید است. تفاوت اصلی فناوری نانو با سایر فناوریها، در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فناوری مورد استفاده قرار می ‌گیرد و معیار اصلی آن عناصر پایه است.
عناصر پایه همان عناصر نانو مقیاسی می باشند که خواص شان در حالت نانو در مقایسه با مقیاس بزرگتر تفاوت دارد. مثلاً به دلیل توسعه ی خواص ویژه ی پودرهای بسیار ریز شیمی سطح؛ نظیر تراکم، مقاومت، خواص نوری و واکنشهای سینیتکی؛ تقاضای این پودرهای ریز در حوزه ها و صنایع مختلفی مانند مواد سرامیکی از جمله خواص جالبی که نانو ذرات دارند این است که در رنگهای مختلف یافت می شوند. نانو ذرات طلا بسته به اندازه خود، می توانند نارنجی، ارغوانی، قرمز، یا آبی متمایل به سبز به نظر برسند، اما وقتی این نانو ذرات به هم متصل می شوند رنگشان زرد تبدیل می ‌شود یا محلولهای کلوئید تیتانیم در رنگهای مختلف وجود دارد.
1-6- تفاوت فناوری نانو با فناوریهای دیگر
در فناوری نانو تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست؛ بلکه زمانی که اندازه مواد در این مقیاس قرار می گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ، استحکام، مقاومت در برابر خوردگی و… تغییر می یابد.
در حقیقت اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری های دیگر بیان نماییم، می توانیم وجود«عناصر پایه»را به عنوان یک معیار ذکر کنیم. عناصر پایه در حقیقت هما

منتشرشده در No category | دیدگاه‌تان را بنویسید:

منبع پایان نامه درباره برنامه ریزی، ذخیره احتیاطی، زمان بندی

شروع به تولید نیازمند تعویض و تنظیم قالب می باشد که ممکن است به ساعت ها زمان نیاز داشته باشد. در این حالت، اندازه دسته تولیدی باید به گونه ای انتخاب گردد که تعداد دفعات تعویض قالب به حد اقل کاهش داده شوند. ممکن است در یک چنین شرایطی یک اندازه ثابت جهت دسته های تولیدی، بر اساس تجارب قبلی، تعیین گردیده باشد.به هر صورت معمول است که اندازه دسته تولیدی را حد اقل برابر با مقدار در نظر می گیرند. S زمانی راه اندازی و t زمان عملیات برای هر قطعه می باشد. طبیعی است که هر چه اندازه دسته از این مقدار بیشتر باشد، صرفه جویی بیشتری را در زمان ها در پی خواهد داشت.
4-6-2- روش دسته به دسته (lot for lot = L4L)
در این روش میزان هر بار سفارش دقیقاً برابر با نیاز واقعی می باشد. در نتیجه میزان موجودی ها در پایان هر پریود برابر با مقدار ذخیره احتیاطی خواهد بود.
جدول4- 3، یک جدول MRP را که بر اساس روش L4L اندازه دسته های آن تعیین شده است نشان می دهد.
جدول4-3:
هفته
9
8
7
6
5
4
3
2
1
11
7
16
10
8
17
9
15
12
تقاضا
15
12
دریافت زمان بندی شده
PHO
11
7
16
10
8
17
9
دریافت برنامه ریزی شده
11
7
16
10
8
17
9
ارسال برنامه ریزی شده
پیش زمان = 2، ذخیره احتیاطی =0، اندازه دسته =L4L
همانگونه که ملاحظه می گردد دریافت ها زمان بندی شده و برنامه ریزی شده به گونه ای تنظیم شده اند که دقیقاً نیاز های هر پریود را به تنهایی برآورده نمایند. در این روش تعداد دفعات ارسال بسیار بیشتر از روش قبل می باشد.
4-6-3- حداقل هزینه بر واحد (LUC)Least unit cost
در این روش اندازه دسته در هر پریود، می تواند نیاز همان پریود، پریود بعدی یا دو پریود بعدی والی آخر را تامین نماید. معیار تصمیم گیری در این زمینه نیز این است که اندازه دسته باید به گونه ای باشد که هزینه سفارش(راه اندازی) و نگهداری به ازای یک واحد کالا را به حداقل برساند.
لازم به ذکر است که بر اساس یک قضیه در برنامه ریزی تولید که بر پایه خواص مدل های برنامه ریزی پویا به دست آمده است، در شرایطی که محدودیت تولید یا سفارش وجود نداشته باشد، اگر در پریود R ام سفارشی جهت تامین تقاضاها باید صورت گیرد، این سفارش یا باید به اندازه تقاضای پریود R ام باشد یا باید به اندازه مجموع تقاضاهای پریود R ، R+1، R+2، باشد و الی آخر.
در عین حال اگر قرار است که پریود ، Rام تامین کننده تقاضای پریود Lام باشد، می باید تقاضای تمامی پریود های مابین R تاL را نیز تامین کند.
در روش LUC ، از نخستین پریودی که تقاضای خالص برای آن وجود دارد شروع می نماییم و اندازه دسته را برابر با تقاضای آن در نظر می گیریم. در این حال مجموع هزینه های سفارش (راه اندازی) و نگهداری را محاسبه کرده و آن را بر اندازه دسته تقسیم می نماییم. این مقدار اولین UC خواهد بود. سپس اندازه دسته را برابر مجموع تقاضاهای این پریود و پریود بعد از آن بر اندازه دسته تقسیم نموده و دومین مقدار UC را به دست می آوریم.
با ادامه دادن به همین منوال، در جایی که مقادیر UC به سیر نزولی خود خاتمه می دهند و میل به صعود پیدا می کنند متوقف می شویم و اندازه دسته مربوطه را به عنوان اندازه دسته سفارش انتخاب می کنیم.
در جدول4- 4 یک نمونه از MPR را ملاحظه می نمایید که در ان هزینه هر بار سفارش 75/5 واحد پول و هزینه نگهداری یک واحد کالا در یک پریود نیز 05/0 واحد پول می باشد. محاسبات مربوط به روش LUD در جدول 4-5آورده شده اند.
9
8
7
6
5
4
3
2
1
11
7
16
10
8
17
9
15
12
تقاضا
53
دریافت زمان بندی شده
11
18
34
44
17
26
41
PHO
52
دریافت برنامه ریزی شده
52
ارسال برنامه ریزی شده
پیش زمان = 2، ذخیره احتیاطی = 0، اندازه دسته = LUD
جدول4-4
هزینه
بر واحد
مجموع
هزینه ها
هزینه
نگهداری
هزینه
سفارش
تعداد
سفارش شده
پریود
479/0
75/5
75/5
12
1
240/0
5/6
75/0=05/0×15
75/5
27
2-1
205/0
4/7
65/1=01/0×9+05/0×15
75/5
36
3-2-1
188/0
95/9
2/4=15/0×17+1/0×9+05/0×15
75/5
53
4-3-2-1
189/0
55/11
81/5=2/0×8+15/0×17+1/9+05/0×15
75/5
61
5-4-3-2-1
جدول 4-5: محاسبات LUC
به عنوان مثال، در آخرین سطر جدول 4-5، حالتی بررسی شده است که در آن پریود 1 (اولین پریودی که برای آن تقاضای خالص وجود دارد)، تامین کننده تقاضای پریودهای 1 تا 5 می باشد. لذا اندازه دسته نیز برابر با مجموع تقاضای این 5 پریود می باشد. هزینه سفارش به دلیل آنکه با یک دسته سر کار داریم، مقدار 75/5 می باشد ولی هزینه نگهداری برای تقاضای پریود دوم، به اندازه یک پریود، پریود سوم به اندازه 2 پریود، پریود چهارم به اندازه 3 پریود و پریود پنجم به اندازه 4 پریود می باشد. مجموع هزینه های سفارش و نگهداری برای دسته با اندازه 61 عدد، 55/11 واحد پول شده است که به ازای هر واحد کالا 189/0 واحد پول خواهد بود. چون این هزینه از 188/0 که در اندازه دسته 53 (یک سطر بالاتر در جدول 4-5) به دست آمده است، بیشتر می باشد، لذا اندازه دسته را برابر با 53 اختیار می نماییم.
بدیهی است که برای پریودهای 5 به بعد نیز به همین شکل محاسبات تکرار خواهند شد.
4-6-4- روش حداقل هزینه کل Least total cost (LTC)
این روش نیز مشابهت بسیاری با روش LUC دارد. در این روش اندازه دسته به گونهای تعیین می گردد که هزینه های نگهداری آن نزدیک ترین مقدار به هزینه سفارش باشد. جدول4-6 یک MRP را که با روش LTC اندازه دسته های آن تعیین گردیده است نشان می دهد. در جدول 4-7 نیز محاسبات روش LTC آورده شده است.
پریود

منتشرشده در No category | دیدگاه‌تان را بنویسید: