پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: در این پژوهش، در گام نخست نانوذرات Fe₃O₄ با بهره‌گیری از روش هم‌رسوبی کنترل‌شده سنتز شد. سپس با استفاده از روش اشتوبر و حضور تترااتیل‌ارتوسیلیکات (TEOS) به‌عنوان منبع سیلیکا، پوششی یکنواخت بر سطح نانوذرات اکسیدآهن ایجاد و بدین‌ترتیب، نانوذرات هسته–پوسته Fe₃O₄@SiO₂ با ساختاری پایدار و منظم تهیه شد. پس از آن، سطح نانوذرات حاصل با پلیمر نقش‌گذاری مولکولی (MIP) عامل‌دار شد تا جاذبی هدفمند و انتخاب‌پذیر برای حذف یون‌های روی (Zn²⁺) از محلول‌های آبی حاصل شود. غلظت یون‌های باقی‌مانده در محلول با استفاده از دستگاه پلاسمای جفت‌شده القایی (ICP) تعیین شد.
روش تحقیق: به‌منظور بررسی دقیق ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و ساختاری نانوجاذب سنتزی، آزمون‌های مختلفی شامل میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM)، توزیع اندازه ذرات (DLS)، مغناطیس‌سنج نمونه ارتعاشی (VSM)، آزمون گرماوزنی (TGA)، پراش انرژی پرتو ایکس (EDX)، پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR) مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج اصلی: نتایج این آزمون‌ها بیانگر ساختار منسجم، اندازه یکنواخت ذرات، پایداری حرارتی مناسب و حضور موفق گروه‌های عاملی فعال بر سطح نانوذرات است. عملکرد جذب نانوجاذب در حذف یون‌های Zn²⁺ با بررسی تأثیر عوامل مختلفی از جمله مقدار جاذب، زمان تماس، pH محلول و غلظت اولیه یون فلزی مورد ارزیابی قرار گرفت. براساس نتایج بهینه‌ شده، در شرایط مقدار جاذب 16 میلی‌گرم، 7=pH، غلظت اولیه mmol/L 0.45، حجم محلول 50 میلی‌لیتر و زمان تماس 21 دقیقه، میزان حذف یون‌های روی به 96% رسید که نشان‌دهنده کارایی بالای جاذب است (mg/g107.55). مطالعات هم‌دمایی نشان داد که فرایند جذب از مدل لانگمویر پیروی می‌کند و ماهیت آن تک‌لایه‌ای است. همچنین، بررسی سینتیکی فرایند جذب نشان داد داده‌های تجربی با مدل شبه ‌مرتبه دوم انطباق بالایی دارند که این موضوع بیانگر غالب‌بودن سازوکار جذب شیمیایی در مرحله تعیین‌کننده سرعت واکنش است. علاوه بر این، نانوجاذب سنتزی قابلیت جداسازی مغناطیسی آسان و استفاده مجدد در چندین چرخه متوالی جذب–واجذب را بدون کاهش محسوس در عملکرد جذبی حفظ می‌کند. بدین‌ترتیب، جاذب طراحی‌شده به‌عنوان سامانه‌ای پایدار، کارآمد و دوستدار محیط‌زیست، گزینه‌ای امیدبخش برای تصفیه مؤثر پساب‌های صنعتی حاوی یون‌های فلزات سنگین به‌شمار می‌رود.

چکیده موضوع تحقیق: در این تحقیق، نانو ذرات هسته-پوسته عامل­دارشده با گلوکزآمین سنتز شد. در ادامه با به‌کارگیری روش­های مشخصه‌یابی، اطمینان از سنتز این نانو ذرات صورت پذیرفت و در نهایت نانو ذرات سنتزی برای اهداف جداسازی فلزات سنگین مورد استفاده قرار گرفت. بدین منظور، نانو ذرات هسته-پوسته مغناطیسی Fe₃O₄@SiO₂ با به‌کارگیری روش­های هم­رسوبی و اشتوبر سنتز شدند. در ادامه نانو ذرات هسته-پوسته با مولکول­های سیانوریک‌کلرید و گلوکزآمین عامل­دار شدند. نانو ذرات عامل­دارشده با مولکول­های گلوکزآمین به‌عنوان جاذبی مؤثر در حذف یون­های فلزی کادمیوم به روش استخراج فاز جامد از محلول­های آبی مورد استفاده قرار گرفتند.

روش تحقیق: ویژگی­های مورفولوژی، اندازه ذرات، خصوصیات ساختاری و رفتار مغناطیسی نانو ذرات در طول مراحل سنتز، با استفاده از روش­های تصویربرداری شامل میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM)، توزیع اندازه ذرات (DLS)، پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف­سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR)، آزمون توزین حرارتی (TGA)، پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) و مغناطیس­سنج نمونه مرتعش (VSM) مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. سپس تأثیر پارامترهای مختلف از قبیل دوز جاذب، زمان تماس بر عملکرد جذبی و pH محلول بر میزان جذب مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت.
نتایج اصلی: نتایج نشان می­دهد که بیشینه ظرفیت جذب کادمیوم توسط جاذب (mg/g145) زمانی اتفاق می­افتد که از 15 میلی­گرم جاذب در 50 میلی­لیتر محلول (غلظت اولیه mmol/L4/0) در مدت زمان 18 دقیقه و در 7=pH استفاده شود. علاوه بر این نانوجاذب سنتزی قابلیت بازیافت و استفاده مجدد در فرایندهای جذب-واجذب متوالی برای 6 مرتبه با استفاده از مگنت مغناطیسی بدون کاهش جدی در فعالیت را دارد. نانو ذرات هسته-پوسته عامل­دارشده با گلوکزآمین با توجه به ظرفیت بالای جذب و همچنین قابلیت کاربرد در چرخه­های جذب-واجذب متوالی به‌عنوان روشی ایده­ال برای اهداف تصفیه آب و پساب پیشنهاد می­شود

چکیده موضوع تحقیق: حضور فلزات سنگین در آب‌های سطحی و زیرزمینی و به دنبال آن ورود این دسته از فلزات به آب­های شرب در غلظت­های بالا تأثیرات جبران­ناپذیری بر سلامت انسان­ها دارد. در این راستا، از گذشته تا کنون استفاده از روش استخراج فاز جامد به‌عنوان روشی معمول و کاربردی برای حذف فلزات سنگین از نمونه­ های آب و فاضلاب محسوب می­شده است. بنابراین تولید جاذب­های مؤثر روش استخراج فاز جامد برای حذف یون­های فلزات سنگین از درجه اهمیت بالایی برخوردار است.

روش تحقیق: در پژوهش حاضر، مولکول­های پلی­وینیل الکل با استفاده از ترکیبات سیانوریک کلرید و تری­اتوکسی‌سیلیل‌پروپیل‌آمین به نانوذرات هسته-پوسته Fe₃O₄@SiO₂ متصل شدند. در ادامه نانوذرات سنتزی به‌عنوان جاذبی مؤثر برای حذف یون فلز سنگین Pb²⁺ از محلول­های آبی مورد استفاده قرار گرفتند. خصوصیات ساختاری، ریختار (Morphology) و اندازه ذرات با استفاده از طیف­سنجی فروسرخ تبدیل فوریه، پراش انرژی پرتوی ایکس، پراش پرتوی ایکس، گرماوزن‌سنجی، مغناطیس­سنجی نمونه مرتعش و میکروسکوپی الکترونی عبوری و پویشی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند
نتایج اصلی: بهینه ­سازی پارامترهای مؤثر در عملکرد جذبی جاذب همچون pH، دوز جاذب و مدت زمان تماس در mL 50 محلول (با غلظت اولیه mg/L 72.52) در دمای محیط انجام شد. نتایج بررسی­ ها نشان داد که بهترین عملکرد جذبی در pH برابر با 7 در مدت زمان min 35 و مقدار mg 32 از جاذب اتفاق می­ افتد که منجر به حذف یون فلز سنگین Pb²⁺ به میزان 89% از محلول می­ شود. علاوه بر این، نانوجاذب سنتزی توانایی بازیابی و استفاده پی­ در­پی تا 5 مرتبه در فرایند جذب-واجذب را بدون کاهش جدی در فعالیت عملکردی دارد.

چکیده آلودگی آب و خاک با فلزات سنگین خطرات و تهدیدهای جدی برای سلامتی بشر و محیط زیست ایجاد می­کند و لذا یافتن راهکاری مؤثر برای حذف این فلزات بسیار لازم و ضروری می­باشد. در این پژوهش ابتدا نانو ذرات مغناطیسی MnFe₂O₄@SiO₂ عامل­دار شده با N- فسفونو متیل آمینو دی­استیک اسید با ساختار هسته-پوسته سنتز شدند. سپس خصوصیات گروه‌های عاملی سطحی، ساختار کریستالی، خواص مغناطیسی، اندازه و مورفولوژی سطحی این نانوذرات با بکارگیری آنالیزهای طیف­سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR)، پراش اشعه ایکس (XRD)، میکرسکوپ الکترونی عبوری (TEM) میکرسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM)، آنالیز توزین حرارتی (TGA) و مغناطیس­سنج نمونه مرتعش (VSM) مورد بررسی و شناسایی قرار گرفتند. نهایتاً بررسی کارایی این نانوجاذب سنتزی در حذف یون­های مس و کروم از محلول­های آبی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. اثر پارامترهای مختلف همچون اثر pH، مقدار جاذب و زمان تماس بر میزان جذب یون­های مس و کروم از محلول بررسی گردید. نتایج نشان می­دهد که با افزایش میزان pH از 5/2 تا 5 میزان جذب دو یون فلزی مس (II) و کروم (VI) به طور چشمگیری افزایش می­یابد و بالاترین راندمان جذب در pH برابر 7 حاصل شد. میزان R در نمودار جذب فرندلیچ یون مس نسبت به ایزوترم لانگمویر بیشتر است و در نتیجه جذب یون مس بر روی جاذب از معادله جذب فرندلیچ تبعیت می­کند. همچنین میزان R در نمودار جذب فرندلیچ برای یون کروم نسبت به ایزوترم لانگمویر بیشتر می­باشد و از اینرو جذب یون­های کروم بر روی جاذب از معادله جذب فرندلیچ پیروی می­کند. همچنین در معادله فرندلیچ میزان nبالا نشان­دهنده جذب مطلوب و مؤثر می­باشد. علاوه بر این بررسی ایزوترم­های جذب نشان می­دهد که جذب فلزات کروم و مس از دو مدل لانگمویر و فرندلیچ پیروی می­کند. همچنین قابلیت بازیافت و استفاده مجدد جاذب در چرخه متوالی جذب-واجذب با بکارگیری یک مگنت مغناطیسی مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان می­دهد که کاهش قابل توجهی در فعالیت جاذب مشاهده نمی­شود.

چکیده موضوع تحقیق: در این پژوهش در ابتدا نانوذرات سیلیکا از پوسته برنج به عنوان یک منبع زیستی استخراج شدند. این نانوذرات سیلیکا متخلخل با اندازه میانگین 45 نانومتر به طور موفقیت آمیزی از طریق یک روش چند مرحله­ای از پوسته برنج تهیه و با دندریمر عامل‏دار شدند و به منظور حذف یون­های کادمیوم دوظرفیتی از محلول­های آبی مورد بررسی قرار گرفتند.
روش تحقیق: در ابتدا سدیم‏سیلیکات از پوسته برنج استخراج و به آن ستیل تری‏متیل آمونیوم برمید، هیدروکلریک اسید و استیک اسید اضافه شد و مخلوط حاصل تحت امواج فراصوت قرار گرفت. پس از واکنش هیدروترمال، نمونه‏های جمع آوری شده کلسینه و نانوذرات سیلیکا مورد نظر سنتز شدند. سپس نانوذرات سنتزی با مولکول‏های دندریمر عامل‏دار شدند. این نانوذرات با بکارگیری روش‏های مختلف همچون طیف‏‏سنجی مادون‏قرمز تبدیل‏فوریه، آزمون وزن سنجی حرارتی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، اندازه­گیری سطح ویژه و توزیع اندازه ذرات شناسایی شدند. سپس اثر زمان بر عملکرد جاذب و تأثیرات مقادیر مختلف این نانوذرات سنتزی به عنوان جاذب در حذف یون‏های کادمیوم دوظرفیتی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین تأثیر زمان تماس جاذب بر میزان جذب کادمیوم و قابلیت بازیافت و استفاده مجدد از جاذب نیز مورد بررسی قرار گرفتند.
نتایج اصلی: نتایج نشان می‏دهد که کاهش محسوسی در عملکرد و فعالیت این نانوجاذب در جذب یون‏های فلزی بعد از 6 بار بازیافت و استفاده مجدد مشاهده نشده است. عملکرد عالی این نانوجاذب در حذف یون‏های فلزی به دلیل تخلخل بالا، گروه‏های آمینی فعال سطحی و نسبت سطح به حجم بالاست.

چکیده موضوع تحقیق: در این پژوهش، نانوکامپوزیت­های مغناطیسی Fe₃O₄@SiO₂ عامل­دار شده با اتیلن دی­آمین تترااستیک اسید با ساختار هسته-پوسته به منظور حذف یون­های کادمیوم دوظرفیتی از محلول­های آبی سنتز شده و مورد بررسی قرار گرفتند.
روش تحقیق: در مرحله اول، نانوذرات کروی هسته-پوسته Fe₃O₄@SiO₂ با به کارگیری نانوذرات Fe₃O₄ به عنوان هسته، تترااتیل اورتوسیلیکات (TEOS) به عنوان منبع سیلیکا و پلی وینیل الکل (PVA) به عنوان فعال­کننده سطحی سنتز شدند. سپس در مرحله بعدی، خصوصیات گروه­های عاملی سطحی، ساختار کریستالی، خواص مغناطیسی، اندازه و مورفولوژی سطحی این نانوذرات با به کارگیری طیف­سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه FT-IR))، پراش اشعه ایکس XRD))، میکرسکوپ الکترونی عبوری TEM))، میکرسکوپ الکترونی روبشی FE-SEM))، توزیع اندازه ذرات (DLS(، مغناطیس­سنج نمونه مرتعش (VSM) و اندازه­گیری سطح ویژه و تخلخل (BET) مورد بررسی، شناسایی و تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. به خاطر خصوصیات مغناطیسی جاذب، این نانوذرات قابلیت جداسازی ساده از مخلوط واکنش با به کارگیری یک مگنت مغناطیسی و استفاده مجدد در پنج چرخه متوالی بدون کاهش جدی در فعالیت را دارا می­باشد.
نتایج اصلی: به منظور بررسی طبیعت جاذب، آزمایش­های گوناگون همچون مقدار جاذب و زمان تماس بررسی و بهینه شدند. تأثیر مقادیر مختلف و زمان تماس جاذب به منظور حذف یون­های کادمیوم دوظرفیتی از محلول­های آبی، مقدار جذب ماکزیمم 94% را در دمای محیط نشان می­دهد. تمامی نتایج مطالعات نشان می­دهند که نانو کامپوزیت سنتزی Fe₃O₄@SiO₂-EDTA یک جاذب مؤثر، قابل بازیافت با عملکرد عالی برای حذف کادمیوم دوظرفیتی می­باشد. همچنین قابلیت بازیافت Fe₃O₄@SiO₂-EDTA به منظور حذف کاتیون دوظرفیتی برای چرخه های متوالی جذب-واجذب مورد بررسی قرار گرفت.