سیمین اسدآبادی

هدف از انجام این پژوهش، حذف اسید اورنج 7 توسط کلویزیت Na+ و کلویزیت Na+ اصلاح شده از محیط‌های آبگین است. یکی از مشکلاتی که امروزه بشر با آن رو به رو شده، آلودگی‌های حاصل از رنگ‌های مصنوعی آلی در محیطهای آبی است. از طرفی رنگ اسید اورنج7 نیز یک نوع رنگ مصنوعی آلی است که در پساب‌های صنایع مختلف نظیر نساجی تولید می‌شود. به طور کلی ماهیت اصلی کانی رسی هیدروفیل (آب دوست) و ارگانوفوب (ماده آلی گریز) است. بار سطحی کانی‌ها رسی به طور طبیعی و ذاتی منفی است، بنابراین جاذب خوبی برای آنیون‌ها نیستند. با استفاده از سورفاکتانت کاتیونی می‌توان این ویژگی را تغییر داد تا کانی‌های رسی برای استفاده در اهداف خاص قابلیت کاربرد داشته باشند. بدین ترتیب رس به ارگانوکلی (organoclay) تبدیل شده و ویژگی‌های رس نیز کاملاً تغییر خواهد کرد. در این پژوهش از کانی رسی کلویزیت سدیم (Cloisite Na+) همچنین از سورفاکتانت ان-دو دسیل تری متیل آمونیوم برومید(2D) برای ساخت ارگانوکلی استفاده شده است. در این پژوهش علاوه بر کلویزیت Na+ از گل سرشور نیز به عنوان یک کانی رسی ارزان قیمت و در دسترس استفاده شد. در ابتدا هر دو کانی رسی به تنهایی مورد ارزیابی قرار گرفتند و مشخص شد که این دو ماده قادر به جذب سطحی ماده رنگی اسیداورنج7 نیستند. اما ارگانوکلی‌های ساخته شده از این دو کانی رسی در جذب سطحی، عملکرد خوبی از خود نشان دادند. با بررسی نتایج آزمایش مشخص شد که ارگانوکلی 2D گل سرشور نسبت به ارگانوکلی 2D کلویزیت Na+ جذب سطحی بهتری از خود نشان داده است. به طوری که مقدار Re% یا جذب سطحی، برای ارگانوکلی 2D کلویزیت Na+ در گستره 41/99 تا 60/20 و درصد حذف رنگ ارگانوکلی 2D گل سرشور در گستره90/99 تا 90/99 قرار دارد. در این آزمایش دو عامل دما و غلظت باعث افزایش جذب سطحی بوده و تاثیر مستقیمی بر فرآیند جذب داشتند. اما افزایش pH تاثیر محسوسی را در عملکرد جذب سطحی ایجاد نکرد و حتی در برخی موارد باعث کاهش جزئی در میزان جذب سطحی شد. فرآیند بازیابی اسیداورنج7 نیز توسط این دو ارگانوکلی انجام شد. طی این آزمایش مشخص شد که عمل واجذب تنها در شرایط قلیایی و در حضور NaOH صورت می‌گیرد. از طرفی بازیابی اسیداورنج 7 توسط ارگانوکلی 2D گل سرشور حدود 78% و بازیابی این ماده توسط ارگانوکلی 2D کلویزیت Na+ حدود 58 درصد بوده است و همانطور که مشخص است در این فرآیند نیز ارگانوکلی 2D گل سرشور عملکرد بهتری داشته است.

رس ماده‌ای طبیعی است که بسیار ریز دانه (کوچک‌تر از 4 میکرون) بوده و عموماً از کانی‌های رسی تشکیل شده است. بسیاری از رس‌ها با جذب آب شکل پذیری و خاصیت پلاستیکی از خود نشان می‌دهند. کانی‌های رسی به دلیل جانشینی کاتیونی در شبکه بلوری خود معمولاً دارای بار منفی سطحی هستند از این رو برای جذب آنیون‌ها مناسب نیستند. از طرفی کانی‌های رسی ماهیت ارگانوفوبی و هیدروفیلی دارند اما ارگانوکلی ویژگی معکوس داشته و هیدروفوب هستند. بنابراین با اصلاح کانی رسی توسط سورفاکتانت‌ها می‌توان ماهیت رفتاری رس را تغییر داد. عوامل مختلفی مانند یون‌های رقیب، pH محلول، جاذب، زمان و قدرت یونی محلول بر ظرفیت جذب ارگانوکلی موثر است. صنایع نساجی و کارخانه‌های تولید کننده‌ی رنگ‌های آلی جز منابع عمده‌ی تولید کننده آلودگی های زیست محیطی هستند. امروزه رنگ موجود در فاضلاب های صنعتی به عنوان یک مشکل عمده ی زیست محیطی مطرح است. ورود پساب‌های رنگی به محیط زیست نه تنها از نظر زیبایی شناختی بلکه به دلیل مشکلات بهداشتی فراوان که برای انسان و دیگر موجودات زنده ایجاد میکند حائز اهمیت است. از خصوصیات این رنگ‌های آلی می‌توان به سمی بودن، مقاومت به تجزیه‌ی بیولوژیکی و پایداری در محیط زیست اشاره کرد. در این تحقیق از کلویزیت سدیم (Cloisite Na+)، گل سرشور (Shampo clay)، سورفاکتانت‌های تترا اتیل آمونیوم برمید (4E) وهگزا دسیل تری متیل آمونیوم برومید (6D) برای ایجاد ارگانوکلی استفاده و قابلیت جذب اسید اورنج توسط ارگانوکلی‌ها با یک دیگر مقایسه شد. کانی‌های رسی به تنهایی هیچ گونه جذبی از خود نشان ندادند. ارگانوکلی‌های ساخته شده با سورفاکتانت 4E نیز در جذب رنگ موفق نبودند. اما دو ارگانوکلی ساخته شده با سورفاکتانت (6D) یعنی ارگانوکلی 6D گل سرشور و 6D کلویزیت سدیم موفق به جذب رنگ در مقادیر بالا شدند. با مقایسه‌ی این دو ارگانوکلی می‌توان دریافت که هردو ظرفیت تقریبا یکسانی در جذب رنگ دارند. اما باتوجه به حد پایین جذب ارگانوکلی گل سرشور می‌توان بیان کرد که این ارگانوکلی نسبت به ارگانوکلی کلویزیت Na+عمکرد بهتری در جذب رنگ داشته است. درصد حذف رنگ برای ارگانوکلی 6D کلویزیت Na+در گستره‌ی (82/50 تا 99/99) درصد و برای ارگانوکلی 6D گل سرشور در گستره‌ی ( 83/63 تا 73/99) قرار گرفته است. همچنین مشاهده شد که با افزایش پارامترهای pH، دما و غلظت جاذب برای هر دو ارگانوکلی 6D گل سرشور و 6D کلویزیت سدیم، جذب رنگ اسید اورنج 7 افزایش یافت. با استفاده از نرم افزار دیزاین اکسپرت برای هر ارگانوکلی شرایط بهینه ( شرایطی از دما، pH و غلظت ارگانوگلی، که در آن جذب رنگ به بیشینه‌ی مقدار خود می‌رسد) معرفی شد. برای مرحله واجذب-جذب از حلال شوینده‌ی NaOH استفاده گردید و در این مرحله ارگانوکلی 6D گل سرشور با 62/80 درصد جذب و ارگانوکلی 6D کلویزیت Na+ با 18/80 درصد جذب، بازیابی شدند. همانطور که مشخص است ارگانوکلی 6D گل سرشور عملکرد بهتری از خود نشان داده است. ضمن این که هزینه تهیه مواد اولیه و ساخت این ماده بسیار کمتر است. بنابراین توصیه می‌شود از این ماده برای جذب چنین آلاینده‌ای در صنعت استفاده شود. با توجه به عدم واجذب مواد آلاینده در شرایط خنثی و اسیدی (شرایط رایج محیط‌های سطح زمین)، به نظر میرسد ارگانوکلی‌های ساخته شده ماده مناسبی برای نگهداری بلند مدت مواد آلاینده باشند.

چکیده: هدف این کار پژوهشی سنتز غشاء ماتریس مختلط بر پایه پلی اترسولفون (PES) حاوی چارچوب های فلز/کووالانسی-آلی برای حذف مواد آلی بوده است. برای رسیدن به بهترین نتیجه، در ابتدا، از روش طراحی مرکب مرکزی بهره گرفته و تعداد 20 غشاء با درصد های جرمی مختلف از حفره ساز پلی وینیل پیرولیدون (PVP) و چارچوب فلز-آلی (MOF) مبتنی بر آهن (از خانواده MIL به اختصار NH2-MIL-88B(Fe)) و زمان های متفاوت هم زدن مخلوط، تهیه و عملکرد هر غشاء در میزان پس زنی (Re%) رنگ متیل ویولت B2 با غلظت اولیه mg·L-1 0/4 و دمای °C 0/25 بررسی گردید. سپس، بررسی های آماری بر روی داده ها صورت گرفت و درصد پس زنی برابر با 94/74% در w/w %16 PES، 2 % PVP و 3/0% MOF در بازه زمانی h 3 به عنوان شرایط بهینه انتخاب شد. در ادامه، سه غشاء با نام های PES (حاوی w/w%16 از PES)، M1 (حاوی %16 از PES و 2% از PVP) و M2 (حاوی %16 از PES، %2 از PVP و 3/0% از MOF) سنتز شد و در انتها یک لایه نازک از چارچوب کووالانسی-آلی (COF) تشکیل شده از منومرهای 5،3،1-تری فرمیل فلوروگلوسینول و 5،2- دی آمینوبنزن سولفونیک اسید بر روی سطح غشاء M2 نشانده شده و M3 نامیده شد. برای شناسایی و مشخصه یابی غشاءها از تکنیک های FT-IR، XRD، FESEM و AFM استفاده شد. سپس، آزمایش های تعیین تخلخل (ε)، اندازه میانگین شعاع حفرات (rm)، زاویه تماس (CA)، شار آب خالص (PWF)، میزان پس زنی رنگ های کاتیونی، آنیونی و سوسپانسوین شیر خشک، خاصیت ضدگرفتگی و پایداری فیزیکی و شیمیایی انجام شد. زبری، میزان تخلخل، اندازه میانگین شعاع حفرات، PWF و Re% برای غشاءهای M3 و M2 در مقایسه با PES و M1 افزایش داشت. دو غشاء آخر در حضور سوسپانسیون شیر خشک و آلبومین گرفتگی صد در صد داشتند و نسبت بازیابی شار برای آن ها برابر با صفر شد. نتایج نشان داد که نسبت بازیابی شار در غشاء M3 در حضور شیر خشک تقریباً 7/1 برابر این نسبت برای غشاء M2 بود. گرفتگی کل برای هر دو غشاء PES و M1 برابر با 100% بود. از طرف دیگر، گرفتگی کل در غشاء M2 برابر با 32/85 و 63/78% و برای M3 برابر با 30/72 و 81/81% به ترتیب در حضور سوسپانسیون شیر خشک و آلبومین بود. در انتها، تست پایداری نشان داد که غشاء M3 در محیط خنثی و اسیدی پایدارتر از غشاءهای دیگر بود.

از گذشته تا به امروز، پژوهشگران بر روی حل بحران کمبود آب متمرکز شده اند. ایده سنتز یک جاذب کارآمد و پایدار موضوعی است که برای حل مشکل آب آلوده بسیار مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این مطالعه حذف رنگ کاتیونیک بلو 41 (معروف به بیسیک بلو 41) از محلول های آبی با استفاده از یک نانوکامپوزیت جدید بود. برای سنتز این نانوکامپوزیت جدید چارچوب آلی فلزی حاوی آهن(NH2-MIL-88(Fe)) ، گرافن اکساید و نانوذرات اسپینل کبالت-روی فریت مغناطیسی (Co0.5Zn0.5Fe2O4) انتخاب شدند. جاذب سنتز شده با استفاده از تکنیک های FT-IR، XRD، TEM، FESEM، نقشه برداری عنصری، EDX، VSM و TGA مشخصه یابی شد. آزمایشات جذب سطحی بر اساس پیشنهاد طراحی مرکب مرکزی انجام شده و شرایط عملیاتی بهینه به دست آمد. بنابراین بهترین حذف 89/96% برای غلظت اولیه رنگ mg·L-1 0/10 در دمای ºC0/29، pH برابر با 70/8 و مقدار جاذب g·L-132/1 به دست آمد. جالب توجه است که فرآیند جذب سطحی بسیار سریع بوده و همانطور که مطالعات سینتیکی نشان داد تقریباً در زمان 60 ثانیه تکمیل شد. معادله فراکتال مانند- شبه مرتبه اول (FL-PFO) بهترین مدل برای برازش داده های سینتیکی تجربی بود. جاذبه الکتروستاتیک، پیوند هیدروژنی و برهم کنش π-πاز عوامل اصلی حذف رنگ بودند. بازیابی جاذب با دو رویکرد مختلف انجام شد: i) دفع رنگ با استفاده از محلول سدیم کلرید در حضور امواج فرا صوت ( mol·L-1 1/0، ml5، با زمان تماس 5 دقیقه)، ii) تخریب رنگ توسط فرآیند اکسیداسیون پیشرفته ترکیبی شامل فنتون و امواج فراصوت. در واقع به دلیل وجود کاتیون آهن در ساختار نانوکامپوزیت، امکان تجزیه رنگ به روش فنتون وجود داشت. در نتیجه، بازیابی جاذب طی شش چرخه با موفقیت انجام شد.

هدف از انجام این پژوهش، حذف کاتیون های مس و روی از محلول های آبی با استفاده از یک نانوکامپوزیت جدید زیستی مغناطیسی می باشد. در ابتدا، سلولز موجود در پوست آناناس استخراج و به وسیله اسید اگزالیک اصلاح گردید. سپس، سلولز اصلاح شده و لیگاند EDTA به نانوذرات مگنتیت (Fe3O4) پوشش داده شده توسط گروه های عاملی سیلیس متصل گردیدند. جاذب با استفاده از تکنیک های FT-IR، XRD، FESEM، TEM، EDX، Elemental mapping، TGA، VSM و BET مشخصه یابی شد. طراحی مرکب مرکزی برای طراحی آزمایش ها و بهینه سازی مورد استفاده قرار گرفت و معادلات درجه دوم برای برازش داده های تجربی پیشنهاد شد. براساس تجزیه ANOVA، فاکتورهای pH، دما و غلظت جاذب بر درصد حذف کاتیون ها اثرگذار بودند. بیشترین درصد حذف یون های مس و روی در شرایط بهینه و با در نظر گرفتن برهم کنش بین متغیرها به ترتیب برابر با 18/93 و 30/96% به دست آمد. جاذبه الکتروستاتیک و تشکیل کمپلکس از عوامل اصلی حذف کاتیون ها بودند. فرآیند جذب سطحی برای کاتیون مس با غلظت های مختلف بعد از گذشت 10 دقیقه به تعادل رسید و داده های سینتیکی با معادله سرعت شبه مرتبه nام اصلاح شده برازش گردید. کاتیون روی بعد از 30 ثانیه از محلول حذف شده و معادله سرعت شبه مرتبه nام اصلاح شده بهترین برازش را به دست داد. داده های تعادلی برای کاتیون های مس و روی با استفاده از ایزوترم لنگمویر-فروندلیچ و تاث به ترتیب برازش شد. بیشترین مقدار کاتیون جذب سطحی شده به ازاء جرم نانوکامپوزیت در تعادل معادل با mg·g-1 98/152 (برای کاتیون مس) و 93/153 (برای کاتیون روی )به دست آمد. همچنین، بازیابی نانوکامپوزیت تا 5 چرخه با موفقیت انجام شد.

هدف از انجام این پژوهش، حذف رنگ کاتیونیک بلو 41 از محلول های آبی با استفاده از یک نانوکامپوزیت جدید می باشد. نانوکامپوزیت با استفاده از نانوذرات مگنتیت اصلاح شده با ترکیبات سیلیکا، گرافن اکساید و چیتوسان متصل به دی اتیلن تری آمین پنتااستیک اسید سنتز شد. نانوکامپوزیت با استفاده از تکنیک های FT-IR، XRD، FESEM، TEM، EDX، Elemental mapping، TGA، VSM و BET مشخصه یابی شد. طراحی مرکب مرکزی برای طراحی آزمایش ها و بهینه سازی مورد استفاده قرار گرفت و یک معادله درجه دوم برای برازش داده های تجربی پیشنهاد شد. براساس تجزیه ANOVA، فاکتورهای pH، دما و غلظت جاذب بر درصد حذف رنگ اثرگذار بودند. با توجه به برهم کنش بین متغیرها، اثر pH بر روی حذف رنگ در غلظت های بالای نانوکامپوزیت قابل توجه بود. همچنین، این نتیجه حاصل شد که فرآیند جذب سطحی گرماگیر بود. در شرایط بهینه، بیشترین حذف رنگ برابر با 41/93% به دست آمد، در حالی که غلظت اولیه رنگ mg·L-1 0/10 بود. جاذبه الکتروستاتیک، پیوند هیدروژنی و برهم کنش π-π از عوامل اصلی حذف رنگ بودند. مطالعات سینتیکی و تعادلی در مقادیر ثابت 02/9 = pH، °C 1/47 T = و غلظت نانوکامپوزیت mg·L-1 98/1 انجام شد. فرآیند جذب سطحی بعد از گذشت 30 دقیقه به تعادل رسید. مدل سینتیکی شبه مرتبه nام اصلاح شده بهترین معادله برای برازش داده ها بود. داده های تعادلی با استفاده از ایزوترم لنگمویر-فروندلیچ اصلاح شده برازش شد و بیشترین مقدار ماده جذب سطحی شده به ازاء جرم نانوکامپوزیت در تعادل معادل با mg·g-1 87/55 به دست آمد. همچنین، بازیابی نانوکامپوزیت با استفاده از حلال اسیدی انجام شد.