پایان نامه بررسی کاربرد ترکیب سیلیکای مزوپوری SBA-15 اصلاح شده با گروه‌های اتیلن دی آمین

اختصاصی از یارا فایل پایان نامه بررسی کاربرد ترکیب سیلیکای مزوپوری SBA-15 اصلاح شده با گروه‌های اتیلن دی آمین دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:99

پایان نامه: جهت دریافت درجه کارشناسی ارشد (M.S.C)
گرایش: کاربردی

عنوان: بررسی کاربرد ترکیب سیلیکای مزوپوری SBA-15 اصلاح شده با گروه‌های اتیلن دی آمین، جهت حذف برخی فلزات سنگین در محلول‌های آبی

 فهرست مطالب:
عنوان صفحه
فصل اول: خواص و کاربرد فلزات سنگین سرب و کادمیوم 1
1-1- مقدمه 2
1-2- روشهای حذف فلزات سنگین از آبها و فاضلاب 3
1-2-1- روشهای شیمیایی حذف فلزات سنگین 3
1-2-2- روشهای فیزیکی حذف فلزات سنگین 4
1-2-3- روشهای بیولوژیکی حذف فلزات سنگین 4
1-3- کادمیوم 6
1-3-1- تاریخچه کادمیوم 6
1-3-2- خواص کادمیوم 8
1-3-3-اثرات کادمیوم 9
1-3-3-1- اثرات کادمیوم بر روی انسان 9
1-3-3-2- اثرات کادمیوم بر روی حیوانات 10
1-3-4- منابع طبیعی کادمیوم 11
1-3-5- کاربردهای کادمیوم و ترکیبات آن 12
1-3-6- روشهای جداسازی و اندازه گیری کادمیوم 14
1-3-7- روشهای متداولی که در گذشته برای حذف کادمیوم بکار رفته است 16
1-4- سرب و تاریخچه آن 19
1-4-1- خواص سرب 20
1-4-2- اثرات سرب 21
1-4-3-آثار مسمومیت با سرب 22
1-4-4- منابع سرب 23
1-4-5- مصارف سرب pb 24
1-4-6- روشهای رایج اندازه گیری سرب 25
1-4-6-1- روشهای اسپکترفتوکوپی برای اندازه گیری سرب 25
1-4-6-2- روشهای اسپکترومتری جذب اتمی برای اندازه گیری سرب (FAAS) 25
1-4-6-3- روش اسپکترومتری جذب اتمی با کوره گرافیتی برای سرب(GFAAS) 26
1-4-6-4- روش الکتروشیمیایی اندازه گیری سرب 26
1-4-6-5- روشهای دیگری برای اندازه گیری سرب وجود دارند که عبارتند از: 27
1-4-7- روشهای متداول حذف سرب 28
1-4-7-1-  روش رسوب دهی برای حذف سرب 28
1-4-7-2- تصفیه به روش تعویض یونی برای ترکیبات آلی و معدنی سرب 29
1-4-7-3- روش استخراج مایع – مایع برای سرب 29
1-4-7-4- روش استخراج با فاز جامد با تکنیک MRT یا تشخیص مولکولی 30
 
فصل دوم: مزوپورها و کاربرد آن 31
2-1- مقدمه 32
2-2- تاریخچه 34
2-3- مزوپورها و SBA-15 36
2-4- مکانیسم کلی 39
2-5- سنتز و مکانیسم تشکیل مزوپور 40
2-5-1- مکانیزم قالبگیریکریستال مایع (LCT) یا تجمع میله های سیلیکاتی 41
2-5-2- مکانیزم چروک خوردن لایه سیلیکاتی 42
2-5-3- مکانیزم جفت شدن دانسیته بار 43
2-5-4- مکانیزم صفحات پیچ خورده 45
2-5-5- مکانیزم بلور مایع سیلیکاتروپیک (SLC) 46
2-6- مسیر سنتز و مورفولوژی ذرات SBA-15 48
2-7- ویژگی های ذرات مزوپور سیلیکاتی SBA-15 50
2-8- ساختار حفره SBA-15 51
2-9- کاربردهای مزوپور 51
2-9-1- نقش کاتالیزوری 52
2-9-2- کشتی در بطری 52
2-9-3- جذب و جداسازی 52
2-10- کلیات جذب اتمی 54
2-11- دستگاهوری جذب اتمی شعله 55
2-11-1- منابع تابشی 56
2-11-2-  اتم کننده ها در جذب اتمی 57
2-11-3- مراحل و فرآیندهای تشکیل اتم درشعله 58
2-11-4- انتخاب طول موج 60
2-11-5- آشکار سازها 62
2-11-6- مزاحمتها در AAS 64
2-11-7- برتریهای جذب اتمی AAS 65
 
فصل سوم: بخش تجربی 66
3-1- مقدمه 67
3-2- مواد و دستگاههای مورد نیاز 68
3-2-1- تهیه محلولها و استانداردها 68
3-2-2- دستگاهها 68
3-3- استخراج و بازیابی نمونه 69
3-4- بررسی پارامترهای مؤثر بر استخراج و بازیابی 69
3-5- بررسی اثر مقدار جاذب 70
3-6- بررسی زمان استخراج 71
3-7- بررسی اثر pH بر جذب یونهای pb2+ و cd2+ 72
3-8- بررسی مقدار و نوع محلول بازیابی کننده 73
3-9- تعیین ظرفیت جاذب برای جذب pb2+ و cd2+ 75
3-10- بررسی امکان استفاده مجدد از جاذب  15- SBA 75
3-11- بررسی مزاحمت‌ها 76
3-12- کاربرد جاذب برای پیش تغلیظ 77
3-13- گستره‌ی خطی نمودار کالیبراسیون 78
3-14- فاکتور تغلیظ 79
3-15- بررسی دقت روش 80
3-16- حد تشخیص 81
3-17- اندازه گیری pb2+ و cd2+ در نمونه‌های پساب 82
فصل چهارم 84
نتیجه گیری 85
منابع 88
 

1-1- مقدمه

فلزات سنگین اصولاً به دو دسته از عناصر فلزی اطلاق می شوند که دارای وزن مخصوص بزرگتر از 6 گرم بر سانتی متر مکعب و وزن اتمی بیشتر از 50 گرم باشند. وجود بعضی از آنها در مقادیر جزئی در جیره غذایی انسان و سایر موجودات لازم است به همین دلیل به آنها عناصر ضروری گفته می شود. مقدار این عناصر درغلظتهای بیش از حد مجاز عوارض گوناگونی هم برای انسان و هم برای سایر موجودات ایجاد کرده ضمن آنکه آلودگی وخطرات زیست محیطی را نیزبه همراه دارد [1]. فلزات سنگین شامل جیوه، آرسنیک، کادمیوم، سرب، نیکل، مس، آهن، کروم و وانادیم و... می باشند که دارای نقاط جوش متفاوتی هستند.

از جمله منابع آلاینده محیط زیست درارتباط با فلزات سنگین عبارتند از: صنایع فلزی، ریخته گری، آبکاری، رنگ سازی، باطری سازی، دباغی، نساجی، کاغذ سازی و سایر صنایع مشابه که با دفع و انتشار عناصری همچون کادمیوم، جیوه، نیکل، سرب، کروم، مس، نقره در محیط زیست باعث آلودگی می شود. فلزات سنگین از اجزا بیوسفر1(کره زیستی) هستند و به طور طبیعی درخاک و گیاهان نیز یافت می شوند[2].

اغلب فلزات سنگین در واکنشهای بیولوژیک، سلولهای موجودات زنده داخل و ایجاد مزاحمت میکنند و یا ممکن است باعث ممانعت برخی واکنشهای بیو شیمیایی سلولها-

1-Bioshfere

کرده و باعث کاهش راندمان تصفیه ودر موارد حاد، باعث توقف فعالیتهای بیولوژیکی سیستمهای تصفیه ای می گردد[3].

1-2 روشهای حذف فلزات سنگین از آبها و فاضلاب

بطور کلی روشهای حذف فلزات سنگین عبارتند از:

الف)- روش شیمیایی حذف فلزات سنگین

ب)- روشهای فیزیکی حذف فلزات سنگین

ج)- روشهای بیولوژیکی حذف فلزات سنگین

1-2-1- روش شیمیایی حذف فلزات سنگین:

از روشهای حذف فلزات سنگین می توان رسوبدهی شیمیایی، اکسیداسیون و احیا وتبادل یونی را نام برد.اکثر فلزات سنگین در شرایط اسیدی محلول می باشند و تحت شرایط معینی از pH قلیایی به صورت رسوب در می آیند ومیتوان آنها را با ته نشینی یا صاف کردن از پساب جدا نمود. pH بهینه برای تشکیل رسوب به عوامل متعددی ازقبیل نوع فلز، نوع رسوب که تشکیل می شود و حضور مواد کمپلکس دهنده بستگی دارد. علاوه بر این حلالیت هیدروکسیدهای مختلف متفاوت است. ترکیب شیمیایی فلزات سنگین معمولاً بصورت هیدروکسید ازطریق افزودن آهک یا سود و تنظیم pH آن در حدی که حداقل حلالیت را دارند صورت می گیرد همچنین فلزات سنگین ممکن است ازفاضلابهای صنعتی به صورت سولفید و در برخی موارد بصورت کربنات (مانند کربنات سدیم) ترکیب شوند[2]. برخی فلزات نیاز به اکسیداسیون و احیاء داشته تا به فرم رسوب درآیند و یا اینکه شرایط لازم برای رسوبدهی را کسب کنند(مثل ضرورت احیاء کروم 6 ظرفیتی به کروم 3 ظرفیتی قبل از انجام عمل رسوبدهی). برای تشکیل سولفیدهای فلزی می توان از سولفید سدیم (Na2S ) یا گاز سولفید هیدروژن استفاده کرد. در عمل ملاحضات اقتصادی و فنی تعیین کننده نوع ماده مناسب رسوب دهنده می باشند.

1-2-2- روش های فیزیکی حذف فلزات سنگین

روش های فیزیکی مانند جذب سطحی، اسمزمعکوس و تبخیر و... می باشد. جذب سطحی با کربن فعال بیشتر در جهت جذب مواد آلی از فاضلاب بکار رفته است اما حذف فلزات سنگین توسط این ماده در حال پیشرفت است. جهت بکار بردن این روش لازم است که ابتدا فرایندهای ته نشینی و فیلتراسیون به منظور حذف فلزات قابل ته نشینی صورت می گیرد.

1-2-3- روشهای بیولوژیکی حذف فلزات سنگین

گونه هایی از میکروارگانیسمها دارای خاصیت جذب برخی از فلزات سنگین می باشند. ازاین خاصیت جهت کنترل و بازیافت فلزات سنگین بخصوص در غلظتهای پائین استفاده می شود. بدین صورت میکروارگانیسمها با توجه به فاکتورهای تغلیظ می توانند غلظت فلزات را در بدن خود به هزاران برابر مقدار موجود در محیط برسانند. ظرفیت طبیعی میکروارگانیسمها درمورد تجمع یونهای فلزی و ذرات ازمحیط مایع اصطلاحاً «جذب بیولوژیکی» خوانده می شود. برای جذب فلزات توسط میکروارگانیسم های زنده یا مرده مکانیسم های متعددی مورد استفاده قرار می گیرد که عبارتند از:

1- خوردن ذرات یا به دام انداختن آنها با کمک خلاء ژله یا تاژکهای خارج سلولی

2- جابجایی فعال وتبادل یونی

3- ایجاد کمپلکس

4- جذب سطحی

5- ته نشین کردن مواد معدنی

همچنین به واسطه فعالیت بیولوژیکی گروهی از باکتری ها، بنام باکتری های احیا کننده سولفات در فاضلابهای دارای فلزات سنگین که حاوی سولفات و سایر مواد معدنی سولفوره بوده و یا بصورت دستی به آن اضافه می گردد، سولفات و یا سایر ترکیبات سولفوره در اثر فعالیت بیولوژیکی تبدیل به سولفید شده و بصورت شیمیایی با فلزات سنگین ترکیب شده رسوب نامحلول سولفیدی فلزی تشکیل داده و از محیط حذف می شود.  

1-3 کادمیوم

کادمیوم به صورت آزاد در طبیعت وجود ندارد. و مقدار آن در پوسته زمین                                                 4-10×5 درصد وزنی است. کادمیوم را بیشتر ازسنگهای کانی روی تهیه می کنند که حدود 1% از این عنصر دارند. کالامین و سایر سنگهای سیلیکاته روی حدود 3% کادمیوم دارند[4]. کادمیوم عنصری فلزی، دارای عدد اتمی 48، وزن اتمی 40/112 می باشد. غلظت این عنصر در خاکهای عادی از آلودگی کمتر از 11 ، در خاک سطحی اراضی نزدیک کارخانجات ذوب روی، غلظت تا 1600 گزارش شده است. کادمیوم ازطریق فاضلاب و پساب کارخانجات صنعتی خاک را آلوده و وارد زنجیره غذایی (گیاه، حیوان، انسان) می گردد. میزان کل کادمیوم در بدن انسان حدود 30 است که تقریباً آن در کلیه و آن درکبد و سایر اعضای بدن حذف می شود. غلظت این عنصر در سنگهای فسفاته مورد مصرف در کودهای شیمیایی تا 10 نیز می رسد، در هوا 001/0 تا 5/0 میکروگرم در متر مکعب کادمیوم موجود است. کارشناسان بهداشت جهانی تا غلظت 12 میکروگرم در لیتر کادمیوم در خون را بدون خطر برای پیدایش سرطان می نامند[5].

1-3-1 تاریخچه کادمیوم

در سال 1817 ، هارمان() و استرامیر() در آلمان موفق به کشف

1-Part per million.(ppm)

کادمیوم شدند چندی بعد ازاین فلزدر ساخت باکتریهای نیکل، کادمیوم و نیز به عنوان کاتالیزور در صنایع پلاستیک سازی استفاده شد[6]. بعد از شیوع بیماری در دهه 1950 میلادی در کشور ژاپن محققین این کشور متوجه شدند که ابتلا به این بیماری، وابستگی شدیدی به رژیم غذایی این بیماران دارد. 200 نمونه از مبتلایان به این بیماری مورد بررسی قرار گرفتند و مشخص شد این بیماران ازبرنج و ماهیهایی در رژیم غذایی خود استفاده   کرده اند که در آبهای دارای آلودگی بسیار زیاد به کادمیوم رشد کرده بودند. علائم پاتولوژیک این بیماری شباهت بسیار زیادی به بیماری استئومالاسی داشت [7].  

امروزه بدلیل اینکه استفاده از ظروف دارای پوشش کادمیوم منسوج گردیده، مسمومیت با این عنصر به ندرت مشاهده می شود. و تنها در اثر استنشاق ذرات کادمیوم در معادن و یا دود حاصله ازتصفیه سنگ روی و یا خوردن اتفاقی یا عمدی این عنصر مسمومیت با کادمیوم ایجاد می گردد. بعد از کشف کادمیوم در کشورهای صنعتی، از این عنصر در موارد متعددی استفاده می شود. بطوریکه از سال 1969 تا سال 1973 بیش از 47/82 تن کادمیوم در این کشورها تهیه وتولید شده ودر کارخانه های صنعتی به مصرف رسیده است[8].  

دراثر ورود مقادیر زیاد کادمیوم به بدن، مسمومیت حاد ایجاد می شود. اصولاً این نوع مسمومیت، در انسان متعاقب خوردن غذاها و نوشابه هایی که در ظروف فلزی با روکش کادمیوم بسته بندی شده اند، به وجود می آیند. اگر یک انسان بالغ در حدود 326-10 میلی گرم از کادمیوم را بخورد، دچار مسمومیت حاد می شود و علائم آن عبارتند از: تهوع، استفراغ، سرگیجه، سر درد، اسهال، گرفتگی عضلانی، تغییرات وسیع در فشار خون، دوز کشنده کادمیوم در انسان بین 5/3- 35/0 گرم برآورد شده است[9]. همچنین در انسان، مسمومیت حاد از طریق، استنشاق مقادیر زیاد کادمیوم بوجود می آید. این نوع مسمومیت بیشتر در کارگران معادن وکارخانه های تصفیه روی و کادمیوم مشاهده می شود. در یک انسان بالغ، استنشاق بیش از کادمیوم در مدت 8 ساعت سبب بروز مسمومیت حاد می گردد و علائم آن خشکی والتهاب گلو و بینی، سرفه، درد شدید ناحیه سینه، ضعف عمومی، تب و تنفس کوتاه می باشد. استنشاق کادمیوم در همین مدت سبب شک و نهایت مرگ می شود[10].

1-3-2- خواص کادمیوم  

کادمیوم فلزی است با جرم ویژه (چگالی) 65/8 ، نقطه ذوب 9/320 که در 767 درجه سانتیگراد می جوشد، فعالیت آن از فلز روی کمتر است واز این نظر چندان بسهولت کدر نمی گردد. ازقلع و روی سخت تر است. کادمیوم فلزی است نرم، چکش خوار و به رنگ سفید نقره ای متمایل به آبی، مقاوم در برابر خوردگی و پایدار در دمای بالا، حالت اکسید شدن آن در بیشتر مواقع و در اکثر ترکیبات 2 می باشد اگر چه در بعضی ترکیبات حالت 1 نیز دیده می شود. کادمیوم در هوای مرطوب و در دمای معمولی بسیار کند اکسید می شود. اگر این فلز در هوا حرارت داده شود، تولید یک لایه زرد متمایل به قهوه ای رنگ اکسید کادمیوم می کند و اگر تا حد تبخیر حرارت داده شود با شعله قرمزمتمایل به زرد می سوزد تا اکسید کادمیوم قهوه ای رنگ و سمی تولید کند. کادمیوم در اسید نیتریک داغ به سرعت حل شده و اکسید شدن آن در اسید کلریدریک و اسید سولفوریک کندتر می باشد ودر بازها بر خلاف فلز روی حل نمی شود. این فلز با آمونیاک به خوبی یونهای هالید و سیانید کمپلکس پایدار می دهد [11]. کادمیوم فلزی برای برای تهیه سیمهای مسی وتراموها و واگنهای برقی و نظایر آن بکار می رود. مخلوط شدن آن با مس ، خواص مکانیکی آن را زیاد می کند ولی از هدایت الکتریکی مس می کاهد.