مایع……………………………………………………………………….. 18
1-5-1-1- تهیه ی مگنتیت در روش همرسوبی محلول نمک آهن (III) و آهن (II)…………………… 18
1-5-2- تهیه مگنتیت به روش بیوسنتز……………………………………………………………………………………………… 22
1-6- کاربرد های اکسید های مغناطیسی آهن…………………………………………………………………………………… 23
1-7- اصلاح سطح نانو ذرات مغناطیسی ……………………………………………………………………………………………. 25
1-8- آپاتیت……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 26
1-9- هیدروکسی آپاتیت……………………………………………………………………………………………………………………….. 27
1-10- تاریخچه ی شناسایی هیدروکسی آپاتیت……………………………………………………………………………….. 28
1-11- خواص هیدروکسی آپاتیت……………………………………………………………………………………………………….. 28
1-11-1- بلورینگی………………………………………………………………………………………………………………………………… 28
1-11-2- خواص زیست سازگاری……………………………………………………………………………………………………….. 29
1-11-3- رفتار حرارتی…………………………………………………………………………………………………………………………. 29
1-11-4- خواص مکانیکی……………………………………………………………………………………………………………………. 30
1-11-5- چگالی……………………………………………………………………………………………………………………………………. 31
1-11-6- حلالیت در آب……………………………………………………………………………………………………………………… 31
1-12- روش های سنتز هیدروکسی آپاتیت……………………………………………………………………………………….. 33
1-13- تاریخچه ای از کاربرد های هیدروکسی آپاتیت………………………………………………………………………. 35
1-14-کاربرد های هیدروکسی آپاتیت…………………………………………………………………………………………………. 35
فصل دوم : مروریبرمتون گذشته
2-1- فلزات سنگین و اثرات آن ها………………………………………………………………………………………………………. 40
2-1-1-کبالت…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 40
2-1-1-1-اثرات کبالت بر روی سلامتی انسان…………………………………………………………………………………… 41
2-1-1-2-تاثیرات زیست محیطی کبالت……………………………………………………………………………………………. 43
2-1-2- روی…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 45
2-1-2-1- اثرات روی بر روی سلامتی انسان…………………………………………………………………………………….. 46
2-1-2-2- اثرات روی بر روی محیط زیست………………………………………………………………………………………. 47
2-2- ضرورت جداسازی فلزات سنگین از آب…………………………………………………………………………………….. 49
2-3- کاربرد های فناوری نانو در عرصه صنعت آب…………………………………………………………………………….. 49
2-4- روش های جداسازی فلزات سنگین…………………………………………………………………………………………… 52
2-4-1- رسوب دهی شیمیایی…………………………………………………………………………………………………………….. 52
2-4-2- انعقاد و ته نشینی……………………………………………………………………………………………………………………. 54
2-4-3- انعقاد الکترودی………………………………………………………………………………………………………………………… 56
2-4-4- روش تبادل یون………………………………………………………………………………………………………………………. 58
2-4-5- کاتالیزورهای نانوئی………………………………………………………………………………………………………………….. 62
2-4-6- جذب بیولوژیکی………………………………………………………………………………………………………………………. 63
2-4-7- روش های غشایی……………………………………………………………………………………………………………………. 66
2-4-7-1- الکترودیالیز………………………………………………………………………………………………………………………….. 67
2-4-7-2- اسمز معکوس……………………………………………………………………………………………………………………… 69
2-4-7-3- نانو فیلتراسیون…………………………………………………………………………………………………………………… 70
2-4-7-4- اولترافیلتراسیون توسط پلیمر های دندریمر افزایشی……………………………………………………… 72
2-4-8- شناور سازی……………………………………………………………………………………………………………………………… 74
2-4-9- جذب سطحی………………………………………………………………………………………………………………………….. 77
2-4-9-1- جذب توسط کربن فعال…………………………………………………………………………………………………….. 80
2-4-10- جداسازی مغناطیسی…………………………………………………………………………………………………………… 81
2-4-11- ترکیب جداسازی مغناطیسی با فرایند جذب سطحی با جاذب γ-Fe2O3@HAP……….. 85
2-5- مروری بر مطالعات گذشته…………………………………………………………………………………………………………… 89
2-5-1- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با نانو ذرات مغناطیسی…………………………….. 89
2-5-2- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با هیدروکسی آپاتیت……………………………….. 92
2-5-3- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با γ-Fe2O3@HAP ……………………………….. 95
فصل سوم : مواد و روش ها
3-1- مواد………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 98
3-2- تجهیزات دستگاهی………………………………………………………………………………………………………………………. 99
3-3- روش کار……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 99
3-3-1- سنتز جاذب……………………………………………………………………………………………………………………………… 99
3-3-2- تعیین ساختار نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP سنتز شده……………………………………………………… 101
3-3-3- تهیه ی محلول های نیترات روی و نیترات کبالت…………………………………………………………….. 102
3-3-4- بهینه سازی و بررسی عوامل موثر بر جذب Zn2+و Co2+………………………………………………. 102
3-3-5- بررسی میزان جذب کبالت (II) و روی (II) از محلول های آبی در شرایط بهینه…………. 104
3-3-6- آزمایش واجذبی……………………………………………………………………………………………………………………. 105
3-3-7- بررسی میزان جذب Zn2+و Co2+موجود در پساب با جاذب γ-Fe2O3@HAP ………….. 106
3-3-8- بررسی تخریب یا عدم تخریب نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP پس از فرایند جذب…………… 106
فصل چهارم : نتایج
4-1- بررسی ساختار جاذب نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP ………………………………………………………………. 108
4-1-1- SEM و TEM مربوط به γ-Fe2O3@HAP قبل از فرایند جذب…………………………………… 108
4-1-2- طیف FTIR مربوط به γ-Fe2O3@HAP قبل از فرایند جذب………………………………………. 109
4-1-3- طیف XRD مربوط به γ-Fe2O3@HAP قبل از فرایند جذب………………………………………… 110
4-2- نتایج تست انجام شده………………………………………………………………………………………………………………. 110
4-3- رسم منحنی استاندارد………………………………………………………………………………………………………………. 111
4-4- بهینه سازی فاکتور های موثر بر جذب توسط طراحی باکسن- بهکن…………………………………. 112
4-5- بررسی درصد جذب و واجذبی Zn2+و Co2+در محلول ها…………………………………………………… 122
4-6- بررسی درصد جذب Zn2+و Co2+موجود در پساب…………………………………………………………….. 124
4-7- بررسی تخریب یا عدم تخریب جاذب نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP پس از واجذبی……………… 124
4-7-1- طیف FTIR نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب………………………………… 125
4-7-2- طیف XRD نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب………………………………… 126
فصلپنجم:بحثوپیشنهادات
5-1- نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………………………………….. 128
5-2- پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………….. 129
منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 131
خلاصه ی انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………………………. 162
فهرست جداول
عنوانصفحه
جدول 1-1- خواص فیزیکی Fe3O4و γ-Fe2O3………………………………………………………………………………….. 17
جدول 1-2- خواص فیزیکی هیدروکسی آپاتیت………………………………………………………………………………… 32
جدول 1-3- مقایسه ی روش های مختلف سنتز پودر هیدروکسی آپاتیت………………………………………. 34
جدول 2-1- خواص عمومی و اتمی کبالت…………………………………………………………………………………………. 44
جدول 2-2- خواص فیزیکی کبالت………………………………………………………………………………………………………. 44
جدول 2-3- خواص عمومی و اتمی روی…………………………………………………………………………………………….. 48
جدول 2-4- خواص فیزیکی روی…………………………………………………………………………………………………………. 48
جدول 2-5- شرایط رسوب دهی فلزات سنگین در عملیات رسوب دهی شیمیایی……………………….. 53
جدول 3-1- آزمایشهای طراحی شده جهت بهینه سازی فاکتورها با نرم افزار باکس- بهکن …….. 104
جدول 4-1- میزان و درصد جذب Co2+موجود در محلول ppm 100 Co(NO3)2. 6 H2O …. 110
جدول4-2- میزان و درصد جذب Zn2+موجود در محلول ppm 100 Zn(NO3)2. 6 H2O ….. 111
جدول4-3- نتایج جذب آزمایشهای طراحی باکس- بهکن برای 3 فاکتور انتخابی …………………….. 113
جدول 4-4- مقادیر بهینه pH،γ-Fe2O3@HAP و زمان برای Zn2+و Co2+………………………………. 121
جدول 4-5- مقادیر جذب یون های Zn2+وCo2+بعد از اعمال شرایط بهینه………………………………… 122
جدول 4-6- ترکیبات مورد استفاده و میزان و درصد جذب Zn2+و Co2+در فرایند واجذبی…… 123
جدول 4-7- میزان جذب Zn2+و Co2+موجود در پساب قبل و بعد از انجام فرایند جذب…………. 124
فهرستاشکال
عنوان صفحه
شکل 1-1- نمونه ای از حلقه پسماند در مواد فرومغناطیس……………………………………………………………… 14
شکل 1-2- نمونه ای از حلقه پسماند در مواد فرومغناطیس……………………………………………………………… 14
شکل 1-3- تاثیر بلوکهای میدانی در ایجاد پسماند مغناطیسی………………………………………………………….. 14
شکل 1-4- ساختار کریستالی مگنتیت………………………………………………………………………………………………… 16
شکل 1-5- ساختار کریستالی مگهمیت……………………………………………………………………………………………….. 17
شکل 1-6- مراحل سنتز Fe3O4درون میکروارگانیسم…………………………………………………………………….. 22
شکل 1-7- ساختار کریستالی هیدروکسی آپاتیت………………………………………………………………………………. 29
شکل 2-1- نانوذرات اکسیدهای فلزی، نانو لوله های کربن دار، زئولیتها و دندریمرها………………….. 50
شکل 2-2- دسته بندی انواع فیلتر ها…………………………………………………………………………………………………. 67
شکل 2-3- نحوه ی عملکرد نانوفیلتراسیون………………………………………………………………………………………… 71
شکل 2-4- بازیابی یون های فلزی از محلول های آبی توسط فیلتراسیون با پلیمر دندریمر…………… 73
شکل 4- 1- SEM مربوط به نانوذرات γ-Fe2O3@HAPن قبل از فرایند جذب………………………… 108
شکل 4-2- TEM مربوط به نانوذرات γ-Fe2O3@HAP قبل از فرایند جذب……………………………. 108
شکل 4-3- طیف FTIR ناذرات γ-Fe2O3@HAP قبل از فرایند جذب……………………………………. 109
شکل 4-4- طیف XRD مربوط به γ-Fe2O3@HAP قبل از فرایند جذب…………………………………… 110
شکل 4-5- منحنی استاندارد جذب Co2+……………………………………………………………………………………….. 111
شکل 4- 6- منحنی استاندارد جذب Zn2+………………………………………………………………………………………. 112
شکل 4-7- میزان تاثیر فاکتورهای مختلف موثر بر جذب Zn2+و Co2+……………………………………….. 114
شکل 4-8- رابطه مقادیر مختلف PH و γ-Fe2O3@HAP و زمان با درصد جذب………………………… 114
شکل 4-9- تغییرات مقدار PH و γ-Fe2O3@HAP با ثابت در نظر گرفتن زمان………………………….. 115
شکل 4-10- تغییرات مقدار میلی گرم γ-Fe2O3@HAP و زمان با ثابت در نظر گرفتن PH…….. 115
شکل 4-11- تغییرا مقدار PH و زمان با ثابت در نظر گرفتن مقدار میلی گرم γ-Fe2O3@HAP. 116
شکل 4-12- مقدار نسبی کاتیون Co2+بر حسب PH……………………………………………………………………. 118
شکل 4-13- مقدار نسبی کاتیون Zn2+بر حسب PH……………………………………………………………………. 119
شکل 4-14- طیف FTIR نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب………………………… 125
شکل 4-15- طیف XRD نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب 126
خلاصه فارسی:
در این تحقیق ابتدا نانو ذرات γ-Fe2O3@HAPسنتز شده و با اطمینان از سنتز موفق این نانو ذرات با توجه به طیف های XRD، FTIR و تصاویر SEMو TEM آن ها، این نانو ذرات به عنوان جاذب برای جداسازی یون های فلزی Zn2+و Co2+از محلول های آبی حاویcc 20 کبالت (II) و روی (II)ppm 10 به کار برده شدند و برای اندازه گیری جذب این فلزات ازاسپکترومتریجذب اتمی شعله استفاده شد. علاوه بر این به منظور دستیابی به بالاترین بازده جذب فلزات سنگین توسط نانوذرات γ-Fe2O3@HAP، اثر عوامل مختلف از جمله مقدار گرم نانوذرات γ-Fe2O3@HAP، زمان استخراج و pH بررسی و توسط طراحی های کمومتری بهینه سازی شد. شرایط بهینه عبارت بودند از: 10 pH=،g 015/0γ-Fe2O3@HAP = و45Time = دقیقه كه موارد گفته شده توسط نرم افزار 1/5Statgraphics با استفاده از طراحی باكس- بهکن بهینه سازی و سطوح بهینه این فاكتورها تعیین شد. در شرایط بهینه نزدیک به 100% کاتیونهای مذکور جذب نانوذرات شده و از محیط آبی حذف شدند. همچنین بر روی پساب حاویppm Zn2+3/22 وppm Co2+5 فرایند جذب با جاذب MNHAP را در شرایط بهینه انجام داده و به جذب 99% روی (II) و 96% کبالت (II) دست یافتیم. فرایند جذب سطحی Zn2+و Co2+بر روی جاذب MNHAP با مکانیسم های جاذبه ی الکترواستاتیک، تشکیل کمپلکس سطحی، تبادل یون صورت گرفته است. علاوه بر موارد بیان شده آزمایشات واجذبی را توسط 3 شوینده ی HNO3یک نرمال، EDTA سه صدم مولار، CaNO3. 4H2Oیک دهم مولار بعد از اعمال فرایند جذب در شرایط بهینه انجام دادیم و به نتایج رضایت بخشی دست یافتیم . سپس به منظور بررسی تخریب یا عدم تخریب جاذب، طیفهای FTIR و XRD از جاذب گرفته شد و تفسیر طیفهای بدست آمده بیانگر عدم تخریب جاذب γ-Fe2O3@HAPبود.
كلید واژه:نانو ذرات مغناطیسی، جاذب های مغناطیسی قابل بازیافت، نانو ذرات مغناطیسی گاما اكسید آهن با پوشش هیدروكسی آپاتیت، فلزات سنگین، دستگاه اسپكترومتری جذب اتمی شعله
