شناسایی و آنالیز ترکیبات نانو متخلخل با تاکید بر کاربرد آنها در استخراج و بازیابی فلزات سنگین

شیمی
دانلود پایان نامه رشته شیمی شناسایی و آنالیز ترکیبات نانو متخلخل با تاکید بر کاربرد آنها در استخراج و بازیابی فلزات سنگین مقدمه: در این تحقیق به شناخت انواع تركیبات نانومتخلخل، روشهای سنتز، آنالیز، اهمیت و كاربرد آنها در زمینه‌های استخراج و بازیابی فلزات سنگین اشاره می‌شود. 2-1-نانوتكنولوژی و نانومواد امروزه فناوری نانو به عنوان یك چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان است. در سالهای اخیر مشخصات اندازه محصولات برای مواد پیشرفته به شكل بسیار چشمگیری ریز شده است كه در بعضی اوقات به محدوده نانوسایز می‌رسد. لذا استفاده از نانوتكنولوژی در رسیدن به این هدف بسیار مفید و كارا خواهد بود. در نانوتكنولوژی شما قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهید بود كه در طبیعت موجود نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجاد آن نمی‌باشد. برخی از مزایای این فناوری را می توان تولید مواد قوی‌تر، قابل برنامه‌ریزی و كاهش هزینه‌های فعالیت برشمرد. تعریف نانوفناوری بر اساس برنامه پیشگامی ملی آمریكا (یك برنامه تحقیق و توسعه دولتی جهت هماهنگی میان تلاش‌های صورت گرفته از طرف حوزه‌های علمی، مهندسی و فناوری) عبارتست از: • توسعه علمی و تحقیقاتی در سطوح اتمی، مولكولی یا ماكرومولكولی، در محدوده اندازه‌های طولی از ۱ تا ۱۰۰ نانومتر. • ساخت و كاربرد ساختارها، تجهیزات و سیستم‌هایی كه بعلت ابعاد كوچك و یا متوسط خود دارای ویژگی‌ها و كاركردهای نوین و منحصر به فردی هستند. • توانایی كنترل و اداره كردن (مواد و فرایندها) در ابعاد اتمی. نانوفناوری اشاره به تحقیقات و توسعه صنعتی در سطوح اتمی، مولكولی و ماكرومولكولی دارد. این تحقیقات با هدف ایجاد و بهره‌برداری از ساختارها و سیستم‌هایی صورت می‌گیرند كه بواسطه اندازه كوچك خود دارای خواص و كاربردهای منحصر به فردی باشند. تفاوت اصلی فناوری نانو با فناوری‌های دیگر در مقیاس مواد و ساختارهایی است كه در این فناوری مورد استفاده قرار می‌گیرند. در حقیقت اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری‌های دیگر به صورت قابل ارزیابی بیان نماییم، می‌توانیم وجود عناصر پایه را به عنوان یك معیار ذكر كنیم. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانومقیاسی هستند كه خواص آنها در حالت نانومقیاس با خواصشان در مقیاس بزرگتر تفاوت می‌كند. بعلت توسعه خواص پودرهای بسیار ریز نظیر شیمی سطح، خواص تراكم، مقاومت، خواص نوری و واكنش‏های سینیتیكی و همچنین افزایش تقاضا برای پودرهای ریز در صنایع، اندازه‌های بسیار ریزتر در بسیاری از رشته‏ها مانند كانی‏ها، مواد سرامیكی، رنگدانه‏ها، محصولات شیمیایی، میكروارگانیسم‏ها، داروشناسی و كاغذسازی استفاده می‏شود. یكی از پیشوندهای مقیاس اندازه‌گیری در سیستم SI ، نانو به معنی یك‌میلیاردم واحد آن مقیاس است. برای مثال یك نانومتر معادل یك‌میلیاردم متر است. با توجه به این‌ كه یك سلول بدن بیش از صدها نانومتر است، می‌توان به كوچكی این مقیاس پی برد. از آنجایی كه علوم نانو بخش وسیعی برگرفته از مباحث شیمی، فیزیك، بیولوژی، پزشكی، مهندسی و الكترونیك را دربرمی‌گیرد، ‌گروه‌بندی آن بسیار پیچیده است. دانشمندان، علوم نانو را به چهار گروه شامل مواد (گروه اول)، مقیاسها (گروه دوم)، تكنولوژی الكترونیك، اپتوالكترونیك، اطلاعات و ارتباطات (گروه سوم) و بیولوژی و پزشكی(گروه چهارم) طبقه‌بندی كرده‌اند. این طبقه‌بندی باعث سهولت در بررسی این علوم شده‌است، البته تداخل برخی از بخشها در یكدیگر طبیعی است. هر قدر بتوانیم این مواد را در ابعاد ریزتر و كنترل‌شده‌ای تولید كنیم خواهیم توانست مواد جدیدی را با قابلیت و عملكردهای بسیار عالی بدست آوریم. تاكنون تعاریف متعددی از مواد نانو ارائه شده‌است اما در یك تعریف جامع می‌توان گفت موادی در این گروه قرار می‌گیرند كه یكی از ابعاد اضلاع آنها از ۱۰۰ نانومتر كوچكتر باشد. امروزه واژه نانوتكنولوژی برای توضیح جامع تمامی فعالیتهای انجام شده در سطح اتمی و مولكولی كه كاربردی در دنیای حقیقی داشته باشند بكار می‌رود. نانوتكنولوژی همواره در حال دگرگونی زندگی بشر است و تكنولوژی، امروزه به آن سمت حركت می‌كند. بنابراین علم و تكنولوژی نانو، گستره وسیعی از تحقیقات را در بسیاری از رشته‌ها شامل می‌شود. اصطلاح نانو تكنولوژی در هر جایی كه تكنولوژیستها، با عناصر سازنده مواد، اتمها و مولكولها سر و كار دارند بكار می‌رود. در واقع علوم و تكنولوژی در مقیاس نانو، مرزهای شیمی، علم مواد، پزشكی و سخت‌افزارهای كامپیوتر را در نوردیده است. انتظار می‌رود كه مقیاس نانومتر، به یك مقیاس با كارایی بالا و ویژگی‌های منحصر به فرد تبدیل شود. به عنوان مثال كاتالیست‌های نانوساختاری در صنایع پتروشیمی دارای كاربردهای فراوانند. بطوریكه پیش بینی شده‌است این دانش، سالانه صد میلیارد دلار را طی ده تا پانزده سال آینده تحت تاثیر قرار دهد. شركت موبایل، كاتالیست‌های نانو ساختاری را برای دستگاههای شیمیایی تولید كرده‌است و شركت مرك، داروهای نانوذره‌ای را عرضه كرده‌است. تویوتا در ژاپن، مواد پلیمری تقویت شده نانو ذره‌ای را برای خودروها، و سامسونگ الكترونیك در كره، در حال كار بر روی سطح صفحات نمایش به وسیله نانولوله‌های كربن هستند. بشر درست در ابتدای مسیر قرار دارد و فقط چندین محصول تجاری از نانوساختارهای یك بعدی بهره می‌گیرند. نظریات جدید و روشهای مقرون به صرفه تولید نانوساختارهای دو و سه بعدی، از موضوعات مورد بررسی آینده می‌باشد. درحال حاضر 450 شركت تحقیقاتی-تجاری در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا،آمریكا و ژاپن با بودجه‌ای بالغ بر چهار میلیارد دلار، سرگرم تحقیقات در عرصه نانوتكنولوژی هستند. در این قلمرو، اتمها و ذرات، رفتاری غیرمتعارف از خود به نمایش می‌گذارند و از آنجا كه كل طبیعت از همین ذرات تشكیل شده‌است شناخت نحوه عمل آنها، به یك معنا شناخت بهتر نحوه شكل‌گیری عالم است. تحقیق در قلمرو نانوتكنولوژی، از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستین نتایج چشمگیر از رهگذر این تحقیقات بدست آمد. مواد نانو با ذرات كوچكتر در مقایسه با مواد نانو با ذرات بزرگتر دارای سطح بیشتری در واحد جرم هستند. با توجه به ازدیاد سطح در این مواد، تماس ماده با سایر عناصر بیشتر شده و موجب افزایش واكنش با آنها می‌شود. این عمل منجر به تغییرات عمده در شرایط مكانیكی و الكترونیكی این مواد خواهد شد. برای مثال سطوح بین ذرات كریستالها در بیشتر فلزات باعث تحمل فشارهای مكانیكی بر آن می‌شود. اگر این فلزات در مقیاس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدیاد سطح بین كریستالها، مقاومت مكانیكی آن به شدت افزایش می‌یابد. به موازات تأثیرات ازدیاد سطح، اثرات كوانتمی با كاهش اندازه مواد(به مقیاس نانو) موجب تغییر در خواص این مواد می‌شود. فهرست مطالب :مزوپورهاوكاربردهای آنها 2 2-1-نانوتكنولوژی و نانومواد 3 2-2-تركیبات نانومتخلخل 8 2-4-تاریخچه 15 2-5-تركیبات نانومتخلخل مزوپوری 20 2-6-تركیبات مزوپوری SBA-15 21 2-6-1-ساختار حفره SBA-15 22 2-7-سیستمهای ناهمگن و بسترها 22 2-8-نانودندریمرها 23 2-8-1-ساختمان و نحوه سنتز نانودندریمرها 25 2-8-2-دندریمر پلیآمید و آمین PAMAM 26 2-8-3-سمیت و زیستسازگاری دندریمرها 26 2-9-سنتز و مكانیسم تشكیل مزوپورها 27 2-9-1-مكانیسم كلی 27 2-9-2-استفاده از قالب كوپلیمرهای غیر یونی در تهیه مواد مزوپور 28 2-9-3-تثبیت كمپلكسهای فلزات واسطه درون مزوپورها 35 2-9-4-مكانیزم قالبگیری كریستال مایع(LCT) یا تجمع میلههای سیلیكاتی 37 2-9-5-مكانیسم چروك خوردن لایه سیلیكاتی 38 2-9-6-مكانیسم جفت شدن دانسیته بار 39 2-9-8-مكانیسم بلور مایع سیلیكاتروپیك(SLC) 41 2-9-9-مسیر سنتز و مورفولوژی ذرات SBA-15 43 2-10-كاربردهای مزوپورها 45 2-10-1-نقش كاتالیزوری 45 2-10-2-كشتی در بطری 45 2-10-3-جذب و جداسازی 46 2-11-كلیات جذب‌اتمی 47 2-11-1-اصول 49 2-11-2-تجهیزات و دستگاه‌ها در جذب‌اتمی شعله 50 2-11-3-منبع تابش 52 2-11-4-اتم‌كننده‌ها در جذب‌اتمی 53 2-11-5-مراحل و فرایندهای تشكیل اتم در شعله 55 2-11-6-تكفام سازها یاانتخاب‌گرهای طول‌موج (MMED) 58 2-11-7-آشكارسازها 60 2-11-8-مزاحمتها در AAS 63 فهرست منابع 67