عنوان:

حذف همزمان آرسنیک و باکتری از آب با استفاده از نانوجاذب های برمبنای کیتوسان اصلاح شده با فلز

 

اساتید راهنما:

دکتر سید سیامک زواره

دکتر محمود زارعی

 

استاد مشاور:

دکتر مرتضی ایرانیفام

 

بهمن 93

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

فصل اول

مقدمه و بررسی منابع

1-1- مقدمه……………………………………. 3

1-2- آرسنیک…………………………………… 4

1-3- روش های حذف آرسنیک از آب…………………… 6

1-3-1- روش فرآیند غشایی اسمز معکوس……………. 6

1-3-2- روش انعقاد و لخته سازی-ترسیب…………… 7

1-3-3- روش جذب سطحی…………………………. 8

1-4- تعریف جذب سطحی……………………………. 9

1-4-1- مهمترین عوامل موثر بر جذب سطحی…………… 10

1-4-1-1-  مساحت سطح جذب…………………… 10

1-4-1-2- ماهیت ماده جذب شونده و جاذب……….. 11

1-4-1-3-  pH…………………………….. 11

1-4-1-4- دما…………………………….. 11

1-4-2- اساس پدیده جذب سطحی………………………. 12

1-4-3- مکانیسم فرآیند جذب……………………… 13

1-4-3-1- جذب سطحی فیزیکی………………………. 14

1-4-3-2- جذب سطحی شیمیایی…………………….. 15

1-4-4- جاذب های مورد استفاده در جذب سطحی………… 16

1-5- متداولترین جاذب های مورد استفاده در حذف آرسنیک. 17

1-5-1- کیتوسان و نانوکامپوزیت های آن…………. 17

1-5-2- آلومینای فعال……………………….. 19

1-5-3- نانوذرات آهن صفر ظرفیتی………………. 20

1-6- ایزوترم های جذب سطحی……………………… 20

1-6-1- ایزوترم جذب لانگمویر………………….. 21

1-6-2- ایزوترم فروندلیچ…………………….. 23

1-7- سنتیک جذب……………………………….. 24

1-7-1- مدل سنتیکی شبه مرتبه اول……………… 25

1-7-2- مدل سنتیکی شبه مرتبه دوم……………… 25

1-7-3- مدل نفوذ درون ذره­ای………………….. 26

1-8- برخی از مواد دارای خاصیت آنتی باکتریال……… 27

1-8-1- کیتوسان…………………………….. 27

1-8-2- یون های مس و کمپلکس کیتوسان- مس……….. 28

1-8-3- نانوذرات نقره……………………….. 29

1-9- مروری بر کارهای انجام شده…………………. 30

1-10- اهداف پروژه حاضر………………………… 34

فصل دوم

مواد و روش ها

2-1- مواد شیمیایی مورد استفاده…………………. 39

2-2- جاذب های مورد استفاده برای حذف آرسنیک (III)……. 42

2-3- تهیه جاذب ها…………………………….. 42

2-3-1-  روش تهیه کامپوزیت کیتوسان/نانوآلومینا…. 42

2-3-2- روش سنتز نانو جاذب کیتوسان/آلومینا اصلاح شده با مس(II) 42

2-4- دستگاه های مورد استفاده…………………… 43

2-5- بررسی خصوصیات جاذب ها…………………….. 43

2-6- روش تهیه محلول استاندارد آرسنیت……………. 44

2-7- آزمایشات جذب دسته ای (بچ)…………………. 45

2-7-1- بررسی مقدار بهینه نانوآلومینا در کامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 جهت حذف As(III)…………………………………. 45

2-7-2- بررسی نسبت بهینه مس به کیتوسان در نانوجاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 جهت حذف As(III)   …………………………….. 46

2-7-3- بررسی تاثیر غلظت اولیه آرسنیک بر فرآیند جذب سطحی (مطالعات ایزوترم جذب)…………………………. 46

2-7-4- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب سطحی As(III) (مطالعات سنتیک جذب)…………………………………… 47

2-8- بازجذب و استفاده مجدد از جاذب ها…………… 47

2-9- روش آنالیز………………………………. 48

2-10- بررسی اثر تداخل یون های رایج……………… 48

2-11- بررسی خاصیت ضد میکروبی جاذب ها……………. 48

فصل سوم

نتایج و بحث

3-1- بررسی ساختار و ویژگیهای جاذبهای کیتوسان، کیتوسان/نانوآلومینا و مس-کیتوسان/نانوآلومینا…….. 53

3-1-1- ویژگی های مورفولوژی جاذب ها…………….. 53

3-1-2- مطالعاتEDX   جاذب ها…………………… 56

3-1-3- مطالعاتAFM   جاذب ها…………………… 57

3-1-4- مطالعاتXRD   جاذب ها…………………… 58

3-1-5- مطالعات FTIR  جاذب ها ………………….. 61

3-2- ساختار فرضی نانوکامپوزیت کیتوسان/آلومینا……. 66

3-3- بررسی پارامترهای موثر بر جذب As(III) به روش ناپیوسته در دمای محیط و pH خنثی….. 69

3-3-1- بررسی مقدار بهینه نانوذرات آلومینا در Chitosan/nano-Al2O3 جهت حذف As(III)…… 69

3-3-2-  بررسی نسبت بهینه مس به کیتوسان در نانوجاذب اصلاح شده جهت حذف As(III)……… 70

3-3-3- بررسی تاثیر غلظت اولیه As(III)بر فرآیند جذب سطحی 71

3-3-4- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب سطحی As(III) 73

3-4- ایزوترم های جذب سطحی……………………… 77

3-4-1- بررسی ایزوترم های جذب As(III) توسط جاذب کیتوسان.. 77

3-4-1-1- بررسی ایزوترم لانگمویر………………… 77

3-4-1-2- بررسی ایزوترم فروندلیج……………….. 78

3-4-2- بررسی ایزوترم های جذب As(III) توسط نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 81

3-4-2-1- بررسی ایزوترم لانگمویر………………… 81

3-4-2-2- بررسی ایزوترم فروندلیج……………….. 82

3-4-3- بررسی ایزوترم های جذب As(III) توسط نانوجاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3……… 84

3-4-2-1- بررسی ایزوترم لانگمویر………………… 84

3-4-2-2- بررسی ایزوترم فروندلیج……………….. 85

3-5- سنتیک­های جذب سطحی………………………… 87

3-5-1- مدل سنتیکی شبه مرتبه اول……………….. 88

3-5-2- مدل سنتیکی شبه مرتبه دوم……………….. 91

3-5-3- مدل نفوذ درون ذره­ای……………………. 95

3-6- اثر pH  اولیه…………………………….. 98

6-7- اثر تداخل یون های رایج…………………… 100

3-8- قابلیت استفاده مجدد از جاذب………………. 101

3-9- حذف آرسنیک از آب های طبیعی………………. 101

3-6- فعالیت ضدمیکروبی………………………… 102

4- نتیجه گیری……………………………….. 104

5- پیشنهادات………………………………… 106

6- منابع……………………………………. 107

فهرست اشکال

شکل 1-1-  مراحل جذب در سطوح درونی…………………. 13

شکل 1-2- نمودار خطی ایزوترم جذب لانگمویر…………. 22

شکل 1-3-  مقایسه نمودارهای ایزوترم جذب فروندلیچ بر اساس مقادیر n 24

شکل 3-1- تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه جاذب های  (a کیتوسان  (b نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3   و (c  نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 …. 54

شکل 3-2- میکروگراف های SEM  از   (a کیتوسان خالص     (b نانوکامپوزیت  Chitosan/nano-Al2O3     (c نانوکامپوزیت  Cu-chitosan/nano-Al2O3      پس از جذب………. 55

این مطلب را هم بخوانید :

شکل3-3- آنالیز EDX مربوط به نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3. 56

شکل 3-4- تصاویر AFM  از سطح نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 57

شکل 3-5- پراش اشعه X  نمونه نانوذرات آلومینا…….. 58

شکل 3-6- پراش اشعه X  نمونه کیتوسان…………….. 59

شکل 3-7- پراش اشعه ایکس نمونه نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3. 60

شکل 3-8- پراش اشعه ایکس نمونه نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 60

شکل 3-9- فازهای کریستالی (a Chitosan/nano-Al2O3  و (b Cu-chitosan/nano-Al2O3  با توجه به الگوهای XRD آنها… 61

شکل3-10- طیف FT-IR مربوط به کیتوسان………………. 62

شکل3-11- طیف FT-IR مربوط به نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3. 63

شکل3-12- طیف FT-IR  مربوط به نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 64

شکل3-13- طیف FT-IR  مربوط به نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3 پس از جذب 65

شکل 3-14- طیف FTIR         (a کیتوسان خالص       (b  Chitosan/nano-Al2O3         (c  و  (d  نانوجاذب   Cu-chitosan/nano-Al2O3   قبل و   پس از جذب. 66

شکل 3-15- ساختار فرضی نانو کامپوزیت کیتوسان/آلومینا. 67

شکل 3-16- ساختار کمپلکس کیتوسان-مس (a) مدل پل (b) مدل آویز 68

شکل 3-17- تاثیر غلظت اولیه As(III)  بر ظرفیت جذب سطحی جاذب های مورد استفاده………. 72

شکل 3-18- داده های سنتیک برای جذب As(III)  بر روی  جاذب های مورد استفاده………. 75

شکل 3-19-  فرم خطی ایزوترم لانگمویر برای جاذب کیتوسان خالص 78

شکل 3-20-  فرم خطی ایزوترم فروندلیچ برای جاذب کیتوسان خالص 79

شکل 3-21-  فرم خطی ایزوترم لانگمویر برای نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3…….. 81

شکل 3-22- فرم خطی ایزوترم فروندلیچ برای نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3.. 83

 

شکل 3-23-  فرم خطی ایزوترم لانگمویر برای نانوجاذب  Cu-chitosan/nano-Al2O3 85

شکل 3-24- فرم خطی ایزوترم فروندلیچ برای نانوجاذب  Cu-chitosan/nano-Al2O3 86

شکل 3-25-  مدل سنتیک شبه نوع اول برای جذب As(III) روی جاذب کیتوسان 88

شکل 3-26-  مدل سنتیک شبه نوع اول برای جذب As(III)  روی نانو جاذب Chitosan/nano-Al2O3………… 89

شکل 3-27-  مدل سنتیک شبه نوع اول برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O3 90

شکل 3-28-  مدل سنتیک شبه مرتبه دوم برای جذب As(III) روی کیتوسان 91

شکل 3-29- مدل سنتیک شبه مرتبه دوم برای جذب As(III) روی Chitosan/nano-Al2O3 92

شکل 3-30- مدل سنتیک شبه مرتبه دوم برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O3………. 93

شکل 3-31- مدل نفوذ درون ذره­ای برای جذب As(III) روی کیتوسان 95

شکل 3-32- مدل نفوذ درون ذره­ای برای جذب As(III) روی Chitosan/nano-Al2O3 96

شکل 3-33- مدل نفوذ درون ذره­ای برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O3 96

شکل 3-34- اثر  pH  اولیه روی جذب As(III) توسط کیتوسان خالص،    Chitosan/nano Al2O3   و    Cu-chitosan/nano Al2O3……. 99

شکل3-35- تعیین pHpzc  برای جاذب های کیتوسان ، Chitosan/nano Al2O3  و   Cu-chitosan/nano Al2O3……. 99

شکل 3-36- ظرفیت جذب As(III) در حضور آنیون های تداخل (500 mg/l). شرایط آزمایش: غلظت آرسنیک سه ظرفیتی 50 mg/l و مقدار جاذب 2 g/l 100

شکل 3-37- بازده جذب  Cu-chitosan/nano-Al2O3  نسبت به چرخه های بازسازی 101

شکل3-38- نمودار MIC  جاذب ها در برابر گونه های مختلف میکروبی 104

فهرست جداول

جدول2-1- مشخصات مهم کیتوسان……………………. 39

جدول 2-2- مشخصات مهم نانو ذرات آلومینا………….. 40

جدول 2-3- مشخصات مهم سدیم آرسنیت……………….. 41

جدول3-1- درصد اتمی و وزنی عناصر مورد استفاده در نانوکامپوزیت Cu-chitosan/nano-Al2O3…………………………………. 57

جدول 3-2- بررسی تاثیر نسبت آلومینا به کیتوسان بر خواص جذبی Chitosan/nano-Al2O3…………………………………. 69

جدول 3-3- بررسی نسبت مس به گلوکز آمین بر روی جذب جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3…………………………………………. 70

جدول3-4- بررسی تاثیر غلظت اولیه As(III)بر فرآیند جذب سطحی جاذب کیتوسان……………………………………………. 71

جدول3-5- بررسی تاثیر غلظت اولیه As(III) بر فرآیند جذب Chitosan/nano-Al2O3……………………………………………. 71

جدول3-6- بررسی تاثیر غلظت اولیه As(III)  بر فرآیند جذب  Cu-chitosan/nano-Al2O3…………………………………………. 72

جدول3-7- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب As(III)  توسط  کیتوسان……………………………………………. 74

جدول3-8- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب As(III)  توسط Chitosan/nano-Al2O3…………………………………………. 74

جدول3-9- بررسی تاثیر زمان تماس بر فرآیند جذب آرسنیک توسط Cu-chitosan/nano-Al2O3…………………………………. 75

جدول3-10-  بررسی ایزوترم لانگمویر جاذب کیتوسان خالص.. 77

جدول3-11- پارامترهای ایزوترم لانگمویر برای جذب As(III) روی کیتوسان خالص………………………………………… 78

جدول3-12-  بررسی ایزوترم فروندلیچ جاذب کیتوسان خالص. 80

جدول3-13- پارامترهای ایزوترم فروندلیچ برای جذب As(III) روی کیتوسان خالص………………………………………… 80

جدول3-14-  بررسی ایزوترم لانگمویر نانوکامپوزیت Chitosan/nano-Al2O3 81

جدول 3-15-  پارامترهای ایزوترم لانگمویر  برای جذب As(III)  روی Chitosan/nano-Al2O3…………………………………………. 82

جدول3-16-  بررسی ایزوترم فروندلیچ نانو جاذب Chitosan/nano-Al2O3 82

جدول 3-17- پارامترهای ایزوترم فروندلیچ برای جذب As(III) روی Chitosan/nano-Al2O3…………………………………………. 83

جدول3-18-  بررسی ایزوترم لانگمویر نانو جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 84

جدول 3-19-  پارامترهای ایزوترم لانگمویر برای جذب As(III)  روی Cu-chitosan/nano-Al2O3…………………………………. 85

جدول3-20-  بررسی ایزوترم فروندیچ نانو جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 86

جدول 3-21- پارامترهای ایزوترم فروندلیچ برای جذب As(III) روی Cu-chitosan/nano-Al2O3…………………………………. 86

جدول3-22- بررسی سنتیک شبه مرتبه اول برای جاذب کیتوسان 88

جدول3-23- بررسی سنتیک شبه مرتبه اول برای جاذب Chitosan/nano-Al2O3 89

جدول3-24- بررسی سنتیک شبه مرتبه اول برای جاذب Cu-chitosan/nano-Al2O3 90

جدول3-25- بررسی سنتیک شبه مرتبه دوم برای جاذب کیتوسان 91