حذف یون ها و فلزات سنگین از آب شهری با ترکیب مزوپوری SBA-15

محیط زیست
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد رشته محیط زیست حذف یون ها و فلزات سنگین از آب شهری با ترکیب مزوپوری SBA-15

*** قابل استفاده برای گروه شیمی و صنایع چكیده: با گسترش صنعت و پیشرفت صنایع، خطر آلودگی فلزات سنگین در طبیعت، روز به روز در حال افزایش است. از آن جهت که امروزه پاکسازی و تصفیه فاضلاب‌ها و آبهای طبیعی از فلزات سنگین سمی و استفاده مجدد از پسابها برای مصارف صنعتی و کشاورزی مورد توجه فراوان قرار گرفته است و به لحاظ آنکه روشهای معمول حذف فلزات سنگین نظیر ته‌نشینی، الکترولیز، جذب سطحی توسط کربن فعال، فرایند تبخیر و بستر سیال ماسه‌ای کارایی لازم را نداشته و هزینه بالایی دارد، استفاده از مواد و روشهای ارزان‌قیمت و پربازده جزء اولویت‌های واحدهای صنعتی بشمار می‌آید. یكی از روشهایی كه امروزه بكار می‌‌رود تبادل یونی است. در تبادل یونی، یك ماده جامد طبیعی یا سنتز شده كه توانایی ویژه‌ای در تبادل كاتیون‌های خود با فلزات دیگر از جمله عناصر سنگین دارد مورد استفاده قرار می‌گیرد. امروزه بدین منظور از زئولیتها كه دارای حجم حفره كمتر و بازدهی كمتری می‌باشند، استفاده می‌شود. تحقیقات اخیر نشان می‌دهد كه موادی مشابه با نام مزوپور با حجم حفره بزرگتر و راندمان بالاتر می‌تواند جایگزین مناسبی برای زئولیتها باشد. مزوپور عامل‌دار شدهSBA-15 یك ماده منظم است كه دارای آرایش كانالهای شش‌وجهی دو بعدی با قاعده، سطح ویژه زیاد، سایز حفره یكسان (قطر 7 تا 10 نانومتر) و سطح قابل كنترل می‌باشد. در این تحقیق، توانایی SBA-15 عامل‌دارشده با گروههای دندریمری پلی‌آمید و آمینی G1 به عنوان یك فاز جامد استخراج‌كننده برای حذف یونهای Pb2+ و Zn2+ از آب و پساب بررسی شد. از اسپكتروفتومتری جذب‌اتمی ‌شعله‌ای برای تعین غلظت یونها در محلول زیر صافی و محلول بازیابی استفاده شد. اثر چندین متغیر همچون مقدار جاذب، زمان واكنش، pH و اثر یونهای مزاحم در استخراج و بازیابی یونهای مذكور بررسی شد. در ادامه بر روی پارامترهای موثر بر نحوه عملكرد جاذب SBA-15 همچون فاكتور تغلیظ، ظرفیت جاذب، حد تشخیص و دقت روش، منحنی كالیبراسیون بررسیهایی صورت گرفت و در پایان نیز تمامی نتایج حاصله از آزمایشات بر روی یك نمونه حقیقی اعمال و نتایج قابل قبولی بدست آمد. کلمات کلیدی: فلزات مزوپورها آلودگی فلزات سنگین حذف و پیش تغلیظ یونهای سنگین

مقدمه حضور مقادیر هر چند ناچیز فلزات سنگین در آب از قبیل نیکل، مس، سرب، کادمیوم باعث بروز اثرات زیست‌محیطی فراوانی خواهد شد که پیشگیری از آنها امری کاملاً بدیهی می‌نماید. فلزات سنگین كه با توجه به توسعه شهرنشینی و صنایع و افزایش میزان فاضلاب و پساب، تولید گردیده است، عمدتاً از طریق دفع نادرست و غیربهداشتی فاضلاب شهری و پساب صنعتی وارد محیط زیست می‌گردد. وجود فلزات سنگین مانند سرب، جیوه، روی، نیكل، كرم، كادمیوم و غیره در غلظت بیش از استاندارد در آب شرب باعث عوارض مختلف نظیر مسمومیت، حساسیت شدید، ضایعات كروموزومی، عقب افتادگی ذهنی، فراموشی، پاركینسن، سنگ‌كلیه، نرمی استخوان و انواع سرطان از جمله سرطان پروستات می‌گردد. یكی از كارشناسان محیط زیست، آلودگی محیط خصوصاً آب با فلزات سنگین را به عنوان بزرگترین گناهی كه بشر در طبیعت انجام می‌دهد ارزیابی نموده است(12). در كتب و مراجع گوناگون، تعاریف و تفسیرهای مختلفی از فلزات سنگین بعمل آمده است. علت اطلاق لفظ سنگین، وزن‌مخصوص بالاتر از 6 گرم بر سانتی‌مترمكعب می‌باشد كه این فلزات دارا هستند. این فلزات دارای نقاط ذوب و جوش بسیار متفاوت می‌باشند بطوریكه در این گروه جیوه (Hg) پایین‌ترین نقطه‌جوش یعنی 78/38- درجه سانتی‌گراد و مولیبدن (Mo) بالاترین نقطه‌جوش معادل 4612 درجه سانتیگراد را دارا می‌باشد. اكسید فلزات سنگین، در جدول تناوبی، هر چه به طرف گازهای نادر پیش برویم، در طبیعت پایدارتر است. حضور برخی از این عناصر از نظر تغذیه حائز اهمیت می‌باشد در حالیكه در شرایط مشابه حضور برخی از آنها در بافت زنده مضر است. نیاز پستانداران به روی و مس به مراتب بیشتر از ید و سلنیوم می‌باشد. فلزات سنگین نظیر آهن، روی و مس برای تعداد زیادی از آنزیمهای فلزی در حكم یك كانون فعال هستند. با وجود اینكه این فلزات در غلظت‌های پایین در بدن یافت می‌شوند ولی اثر فوق‌العاده‌ای در بدن دارند. فلزات سنگین نظیر نقره(Ag)، كادمیوم(Cd)، قلع(Sn)، جیوه(Hg)، سرب(Pb) و همچنین فلزاتی كه خاصیت الكترونگاتیویته زیادی دارند مانند مس، نیكل و كبالت میل تركیبی شدیدی با گروه‌های آمین و سولفیدریل(SH) دارند. آنزیمها به وسیله این فلزات متلاشی شده و قدرت آنزیمی خود را از دست می‌دهند. فهرست مطالب چكیده 4 فصل اول:خواص و كاربرد فلزات نقره،سرب و روی 6 مقدمه 7 كاهش سمیت 8 1-2-اندازهگیری فلزات سنگین 10 1-3-روشهای حذف فلزات سنگین از آبها و فاضلاب 11 1-3-1-روشهای شیمیایی حذف فلزات سنگین 11 1-3-2-روشهای فیزیكی حذف فلزات سنگین 12 1-3-3-روشهای بیولوژیكی حذف فلزات سنگین 12 1-4-نقره 13 1-4-1-معرفی 13 1-4-2-تاریخچه 15 1-4-3-منابع 16 1-4-4-خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر نقره 18 26/1Å : شعاع یونی 19 الکترونگاتیوی:93/1 19 حالت اکسیداسیون: 1 19 3/11Kj/molگرمای فروپاشی : 19 58/250Kj/mol :گرمای تبخیر 19 0000000159/0Ohm. mمقاومت الکتریکی : 19 شکل الکترونی: s14d105 19 1-4-5-ترکیبات نقره 21 1-4-6-کمپلکس‌های نقره 22 1-4-7-کاربردها 23 1-4-8-تاثیرات نقره بر محیط زیست و سلامتی انسان 25 1-4-9-ایزوتوپ 27 نیمه عمر ایزوتوپها به صورت زیر می‌باشد: 27 1-5-سرب 30 1-5-1-معرفی 30 1-5-2-تاریخچـــــــه 31 1-5-3-منابع 32 1-5-4-خواص فیزیكی و شیمیایی عنصر سرب 34 نام: Lead 34 علامت اختصاری: Pb 34 شماره: 82 34 گروه شیمیایی: فلز ضعیف 34 گروه: 6 34 تناوب: IVA 34 بلوک: بلوک p 34 جرم‌حجمی: kg/m3 11340 34 سختی: 5/1 موهس 34 رنگ: سفید متمایل به آبی 34 1-5-5-گونه‌های آلاینده سرب 36 1-5-5-2- Pb4+ 37 1-5-6-ترکیبات آلی سرب 37 می‌شود. 38 1-5-7-کاربردها 38 1-5-11-تأثیرات سرب روی انسان 44 1-5-14-ایزوتوپهــــــــــــا 46 1-6-1-معرفی 48 1-6-2-تاریخچه 48 1-6-3-منابع 50 1-6-4-خصوصیات فیزیكی و شیمیایی روی 51 عدداتمی: 30 51 جرماتمی: 409/65 51 نقطهذوب: °C 73/419 51 نقطهجوش: °C 907 51 شعاعاتمی: Å 53/1 51 ظرفیت: 2 51 رنگ: سفید مایل به آبی 51 حالت استاندارد: جامد 51 نام گروه: 12 51 انرژی یونیزاسیون: Kj/mol 394/9 51 شکل الکترونی: 1s22s2p63s23 p63d 104s2 51 شعاعیونی: Å 74/0 51 الکترونگاتیوی: 65/1 51 حالت اکسیداسیون:2 51 دانسیته: 13/7 51 گرمای فروپاشی: Kj/mol 322/7 51 گرمای تبخیر: Kj/mol 3/115 52 مقاومت الکتریکی: Ohm m 00000005964/0 52 گرمای ویژه:J/g oK 39/0 52 دوره تناوبی: 4 52 شماره سطح انرژی: 4 52 اولین انرژی: 2 52 دومین انرژی: 8 52 سومین انرژی: 18 52 چهارمین انرژی: 2 52 1-6-5-ترکیبات 53 1-6-6-کاربردها 55 1-6-7- اثرات روی بر روی سلامتی انسان و محیط زیست 58 1-6-8-ایزوتوپها 59 فصل دوم:مزوپورهاوكاربردهای آنها 61 2-1-نانوتكنولوژی و نانومواد 61 2-2-تركیبات نانومتخلخل 67 2-4-تاریخچه 74 2-5-تركیبات نانومتخلخل مزوپوری 79 2-6-تركیبات مزوپوری SBA-15 80 2-6-1-ساختار حفره SBA-15 81 2-7-سیستمهای ناهمگن و بسترها 81 2-8-نانودندریمرها 82 2-8-1-ساختمان و نحوه سنتز نانودندریمرها 83 2-8-2-دندریمر پلیآمید و آمین PAMAM 84 2-8-3-سمیت و زیستسازگاری دندریمرها 85 2-9-سنتز و مكانیسم تشكیل مزوپورها 85 2-9-1-مكانیسم كلی 86 2-9-2-استفاده از قالب كوپلیمرهای غیر یونی در تهیه مواد مزوپور 87 2-9-3-تثبیت كمپلكسهای فلزات واسطه درون مزوپورها 94 2-9-4-مكانیزم قالبگیری كریستال مایع(LCT) یا تجمع میلههای سیلیكاتی 96 2-9-5-مكانیسم چروك خوردن لایه سیلیكاتی 97 2-9-6-مكانیسم جفت شدن دانسیته بار 98 2-9-8-مكانیسم بلور مایع سیلیكاتروپیك(SLC) 100 2-9-9-مسیر سنتز و مورفولوژی ذرات SBA-15 102 2-10-كاربردهای مزوپورها 104 2-10-1-نقش كاتالیزوری 104 2-10-2-كشتی در بطری 104 2-10-3-جذب و جداسازی 105 2-11-كلیات جذب‌اتمی 106 2-11-1-اصول 108 2-11-2-تجهیزات و دستگاه‌ها در جذب‌اتمی شعله 109 2-11-3-منبع تابش 111 2-11-4-اتم‌كننده‌ها در جذب‌اتمی 112 2-11-5-مراحل و فرایندهای تشكیل اتم در شعله 114 2-11-6-تكفام سازها یاانتخاب‌گرهای طول‌موج (MMED) 117 2-11-7-آشكارسازها 119 2-11-8-مزاحمتها در AAS 122 فصل سوم:بخش تجربی 126 3-1-مقدمه 127 3-2-مواد و دستگاه‌های مورد نیاز 127 3-2-1-تهیه محلولها و استانداردها 127 3-3-بررسی میزان جذب فلزات سنگین مختلف توسط جاذب 128 3-4-استخراج و بازیابی نمونه 129 3-5-بررسی پارامترهای موثر بر استخراج و بازیابی 129 3-6-بررسی اثر مقدار جاذب 130 3-7-بررسی زمان استخراج 132 3-9-بررسی مقدار و نوع محلول بازیابی كننده 136 3-10-تعیین ظرفیت جاذب برای جذب Pb2+ وZn2+ وAg+ 136 3-11-كاربرد جاذب برای پیش تغلیظ 137 3-12-گستره خطی نمودار كالیبراسیون 137 3-13-فاكتور تغلیظ 138 3-14-حد تشخیص (LOD) 139 3-15-بررسی دقت روش 142 3-16-بررسی مزاحمت‌ها 143 3-17-حذف Pb2+ و Zn2+ و Ag+ در نمونه‌های پساب 144 فصل چهارم:بحث و نتیجه‌گیری 146 فهرست منابع 150