وبلاگ

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

1-1- ضرورت انجام تحقیق
 با توجه به رشد صنعت و جمعیت جهانی آلودگی های ناشی از فلزات سنگین به عنوان تهدیدی جدی برای محیط زیست به حساب  می آیند[210]. فلزات سنگین در فرایندهای صنعتی زیادی كاربرد دارند مثل صنایع باطری سازی، آبکاری، ساخت شیرهای آب، محصولات بهداشتی مراقبت فردی (شامپوها و دیگر موادی که برای مو مصرف می شوند، دهان شویه ها، خمیر دندان و صابون) و غیره[229]. فلزات سنگین دارای ارزش زیادی می باشند، اما در صورتی که بیش از اندازه مجاز در رژیم غذایی انسان وارد شوند باعث ناراحتی های زیادی برای انسان می شوند[229]. تحقیقاتی که روی اثرات سمی فلزات سنگین انجام شده است تائید می کند که این مواد می توانند مستقیماً با مختل كردن عوامل مغزی و عصبی بر روی انسان و حیوان اثر بگذارند. فلزات سنگین بر روی مواد انتقال دهنده پیام های عصبی و عملکرد آن ها تاثیر گذاشته و فرایندهای متابولیکی بی شماری را در بدن تغییر می دهند. سیستمهایی که عناصر فلزی سمی می توانند به آن ها آسیب رسانده و برای آن ها مشکل ایجاد کنند، خون و عروق قلبی، مسیر های سم زدائی بدن (کولون، کبد، کلیه و پوست)، غدد هورمونی، مسیرهای تولید انرژی، آنزیم ها، سیستم گوارش، سیستم ایمنی، اعصاب مرکزی و محیطی، تولیدمثل و مجاری اداری هستند. بنابراین حذف یون فلزات سنگین مانند كبالت(II) و روی II)) از آبهای آلوده و آبهای آشامیدنی بسیار سودمند و ضروری می باشد[52].
2-1- بیان مسئله
روش های مختلفی برای حذف فلزات سنگین از آبهای صنعتی به كار می­روند از جمله : رسوب دهی شیمیایی، انعقاد و ته نشینی، انعقاد الكتریكی، كاربرد رزین های تبادل یون، فرایند های جداسازی غشایی (اسمز معکوس، نانو فیلتراسیون، الکترو دیالیز)، جذب سطحی (جاذب های متداول اصولاً شامل کربن فعال، زئولیت، خاک رس، موادپلیمری و زیست توده می باشد.) وجداسازی مغناطیسی.
رسوب یون های فلزی به صورت هیدروکسید و سولفید یکی از ابتدایی ترین روش های حذف فلزات سنگین از آب است. این روش دارای معایبی همچون مصرف اضافی مواد شیمیایی و تولید حجم زیادی از فاضلاب جامد برای دفع است[230]. روش انعقاد و ته نشینی برای حذف موادآلاینده در فرم کلوئیدی یا معلق به کار می رود. در این روش نیز موادشیمیایی به عنوان منعقد کننده به آب اضافه می شوند[50]. در روش انعقاد الکترودی عامل منعقد کننده توسط الکترواکسیداسیون یک آند تولید می شود. لجن تولید شده در این روش نسبت به روش های قبلی کمتر می باشد و از معایب این روش بازده کم آن برای غلظت های کم فلزات است [52]. استفاده از روش تبادل یون مفیدتر به نظر می رسد اما این روش نیز دارای معایبی همچون به کار گرفتن حجم زیادی مواد شیمیایی برای احیاء رزین تبادل یون و مشکل دفع دورریز حاصل از آن می باشد [201]. معمولترین روش برای جذب فلزات سنگین استفاده از جاذب های متخلخل مخصوصاً کربن فعال، دی اکسید سیلیکون، آلومینیوم فعال و زئولیت می باشد. ایراد جاذب های متخلخل، زمان طولانی برای رسیدن به تعادل ( به علت مقاومت در برابر نفوذ در خلل و فرج ) و سختی فعال سازی مجدد جاذب می- باشد[148].
 امروزه روش جداسازی مغناطیسی یكی از روش های نوید بخش برای پاك سازی محیط زیست می باشد [148، 32]. زیرا هیچ گونه فاضلابی تولید نمی کند، توانایی كار برای مقدار زیاد فاضلاب در زمان كوتاه را دارد و همچنین به آسانی قابل جداسازی توسط اعمال میدان مغناطیسی می باشد. به علاوه در شرایط پیچیده ی جداسازی مثلاً هنگامی كه آب آلوده شامل ذرات جامد می باشد این روش قابل انجام است[171]. این روش دارای سرعت بالایی می باشد و همچنین بعد از جذب یون های فلزات بر روی ذرات جاذب مغناطیسی، با قرار دادن ذرات در یک میدان مغناطیسی دائم یا غیر دائم به راحتی می توان آن ها را از محلول جدا کرد. بنابراین این روش  مشکل جاذب های متخلخل (سرعت پایین) و غشاها (پیچیدگی و بازده كم) را ندارد. همچنین در این روش فاضلاب ثانوی تولید نمی شود. اما علاوه بر مزیت های متعدد در این روش مشکلاتی وجود دارد مانند اینکه این روش، ظرفیت جذب سطحی بالایی ندارد و نسبت به فلزات سنگین گزینش پذیر نیست. به علاوه، یون های دیگر موجود در آب مانند فسفات ها نیز به خوبی جذب جاذب مغناطیسی می شوند و حتی برای جذب با فلزات سنگین رقابت می کنند. بنابراین برای غلبه بر این مشكلات در این تحقیق از این روش به صورت تركیبی با روش جذب سطحی استفاده شده است كه روش جذب سطحی دارای مزایایی مانند عملیات ساده، راندمان بالا و اقتصادی بودن می باشد[52]. همچنین ذرات مغناطیسی را به عنوان پایه قرار داده و با پوششی از هیدروكسی آپاتیت پوشانده ایم تا ظرفیت جذب بدین طریق افزایش یابد. با این کار جذب انتخاب پذیر شده و یون های دیگر مانند فسفات ها جذب نمی شوند، سرعت جذب بالا می رود و مشکل برگشت ناپذیری نیز حل می شود. در این حالت هم مانند حالتی که جاذب مغناطیسی بدون پوشش به کار می رود بعد از عمل جذب می توان ذرات جاذب را با قرار دادن محلول در یک میدان مغناطیسی مناسب جدا نمود.
هیدروكسی آپاتیت)2   Ca10(PO4)6(OHمهمترین عضو خانواده ی معدنی آپاتیت است كه ماده ی ایده ال برای تصفیه ی آلودگی های طولانی مدت است. این ماده دارای مزایایی همچون ظرفیت بالا برای جذب سطحی فلزات سنگین، انحلال پذیری كم در آب، مقاومت بالا تحت عوامل اكسنده و كاهنده، در دسترس بودن و هزینه ی پایین می باشد. امروزه نانو ذرات به علت خواص متفاوتشان جذابیت زیادی در جوامع علمی دارند. سطح ویژه ی بزرگ و سایت های فعال زیاد نانو ذرات آن ها را قادر می سازد تا ظرفیت جذب بالاتری در مقایسه با میكرو جاذب ها و میكرو ذرات داشته باشند. بنابراین جاذب های نانو مغناطیسی پوشش داده شده بسیار مفید و جالب توجه می باشند[148، 95 ، 87].
وایت[1] و همکاران در سال 2008 برای جداسازیZn2+،Pb2+،Cu2+،Cd2+،Ni2+ ،As3+  توسط نانوذرات         γ-Fe2O3 پوشیده شده توسط پلیمر پلی سیستین آزمایشاتی انجام دادند[210].
یانگ چوانگ چنگ [2] و همکارانش در سال 2005 نانوذرات مغناطیسی پوشیده شده با کیتوسان را برای جذب یون های کبالت به کار گرفتند ]53.[
اما تا به حال جداسازی فلزات سنگین  Co2+و Zn2+  از محلول های آبی به كمك MNHAP به عنوان جاذب سطحی در مقالات گزارش نشده است.
3-1- اهداف پژوهش
 سنتز نانو ذرات مغناطیسی آهن پوشیده شده با HAP، به كارگیری MNHAP به عنوان جاذب برای جداسازی یون های فلزی Zn2+   و Co+2 از محلول آبی واندازه گیری جذب این فلزات با اسپكتروسكوپی جذب اتمی شعله، بررسی تاثیر پارامترهایی مانند دما، زمان تماس، غلظت اولیه ی یون فلزی و PH محلول بر روی جذب این یون های فلزی توسط نانوذارت مغناطیسی سنتز شده به منظور دستیابی به بالاترین بازده جذب این فلزات سنگین.
در این تحقیق برای اندازه گیری غلظت باقیمانده ی یون های كبالت II)) و روی (II) روش طیف سنجی جذب اتمی شعله، به دلیل حساسیت زیاد، حد تشخیص مناسب، هزینه ی تجزیه ی كم مورد استفاده قرار گرفته است[32].
[1] – White
[2] – Yang Chuang Chang