تحقیق اصلاح نانو جاذب جدید ساخته شده آلومینا جهت جذب نیترات از پساب های صنعتی



الف

دانشگاه ازاد واحد علوم تحقیقات کرمانشاه

تعهد نامه اصالت پایان نامه کارشناسی ارشد

اینجانب ..مهدی سلیمانی………………………………………………………………. دانش اموخته مقطع کارشناسی ارشد ناپیوسته به شماره دانشجویی……………………………..910873397….در رشته مهندسی شیمی گرایش بیوتکنولوژی……………………………..که در تاریخ …………………………………..
از پایان نامه خود تحت عنوان: اصلاح نانو جاذب جدید ساخته شده الومینا جهت جذب نیترات از پساب های صنعتی در محیطهای بیولوژیکی و غیر بیولوژیکی
با کسب نمره …………………. ودرجه …………………… دفاع نموده ام بدینوسیله متعهد می شوم :
1- این پایان نامه حاصل تحقیق وپژوهش انجام شده توسط اینجانب بوده ودر مواردی که از دستاوردهای علمی وپژوهشی دیگران ( اعم از پایان نامه ، کتاب ، مقاله و…) استفاده نموده ام، مطابق ضوابط و رویه های موجود ،نام منبع مورد استفاده وسایر مشخصات آن را در فهرست ذکر ودرج کرده ام .
2- این پایان نامه قبلا برای دریافت هیچ مدرک تحصیلی ( هم سطح ، پایین تر یا بالاتر ) درسایر دانشگاهها و موسسات آموزش عالی ارائه نشده است .
3- چنانچه بعد از فراغت از تحصیل ، قصد استفاده وهرگونه بهره برداری اعم از چاپ کتاب ، ثبت اختراع و ….از این پایان نامه داشته باشم ، از حوزه معاونت پژوهشی واحد مجوزهای مربوطه را اخذ نمایم .
4- چنانچه در هر مقطع زمانی خلاف موارد فوق ثابت شود ، عواقب ناشی از آن را بپذیرم و واحد دانشگاهی مجاز است با اینجانب مطابق ضوابط ومقررات رفتار نموده ودر صورت ابطال مدرک تحصیلی ام هیچگونه ادعایی نخواهم داشت .
نام ونام خانوادگی : مهدی سلیمانی
تاریخ و امضاء:

ب

دانشگاه آزاد اسلامی
واحد علوم و تحقیقات کرمانشاه

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته: مهندسی شیمی گرایش بیوتکنولوژی

موضوع:
اصلاح نانو جاذب جدید ساخته شده الومینا جهت جذب نیترات از پساب های صنعتی در محیطهای بیولوژیکی و غیر بیولوژیکی

استاد راهنما (استادان راهنما):
.دکتر ارش باباخانیان
…………………………………..
استاد مشاور (استادان مشاور):
.دکتر حمید رضا قاسمپور
………………………………….
نگارنده:
مهدی سلیمانی

سال تحصیلی1394-1393

ج

سپاس گذاری:

در اینجا جا دارد از پژوهش دانشگاه ازاد ابادان و ازمایشگاه پالایشگاه ابادان جهت در اختیار گذاشتن ازمایشگاه جهت انجام پایان نامه و همچنین اساتید محترم دانشگاه علوم و تحقیقات کرمانشاه تشکر و قدردانی به عمل اورم

د
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحات چکیده
فصل اول : کلیات تحقیق
فصل اول : 1-1- مقدمه………………………………………………………………………………
2-1- نانومواد و تصفیه آب………………………………………………………………………………………………..
1-3- جاذب های نانویی……………………………………………………………………………………………………
1-4-کاتالیزورهای نانویی و نانوذرات فعال ردوکس……………………………………………………………….
1-5- غشاء های نانوساختاری و واکنشی………………………………………………………………………………
1-6- نانوذرات بیواکتیو…………………………………………………………………………………………………….
1-7- اولترافیلتراسیون توسط پلیمرهای دندریمر افزایشی………………………………………………………..
1-8- چالش های پیش رو در تصفیه آب توسط نانومواد…………………………………………………………
1-9- نتیجه گیری کلی از مقدمه……………………………………………………………………………………………
فصل دوم : مروری بر ادبیات تحقیق و پیشینه تحقیق
2-1- مروری بر فعالیت های گذشته……………………………………………………………………………………….
فصل سوم : کاربرد دستگاه های بکار رفته در ازمایش
3-1- اسپکتو فتو متر ……………………………………………………………………………………………………………..
3-2- اسپکتو فتو متر و اجزای آن ……………………………………………………………………………………………
3-2-1 – اجزاء دستگاه…………………………………………………………………………………………………………..
3-3- دستگاه نمایش خروجی ( (Display Device …………………………………………………………….
3-4- مراحل استفاده طی انجام آزمایش ……………………………………………………………………………………
3-5- دستگاه سانتریفیوژ………………………………………………………………………………………………………….
3-5-1 عمل سانتریفیوژ………………………………………………………………………………………………………
3-5-2 روش کار………………………………………………………………………………………………………………
3-6- میکروتیوب های سانتریفیوژ – Centrifuge tubes………………………………………………….

فصل4 : ازمایشات جذب نیترات
4-1- محلول سازی………………………………………………………………………………………………………….
4-2- بهینه کردن شرایط جاذب برای حذف یون نیترات……………………………………………
4-3- بررسی پارامترها موثرجاذب در حذف یون نیترات…………………………………………..
4-3-1 برسی اثر pH ………………………………………………………………………………………..
4-3-2 بررسی مقدار جاذب………………………………………………………………………………….
4-3-3 بررسی زمان تماس جاذب…………………………………………………………………………
4-3-4 بررسی غلظت محلول نیترات در تماس با جاذب……………………………………….
4-3-5 بررسی اثر دما بر جاذب…………………………………………………………………………..
روش های محاسبه ی غلظت…………………………………………………………………………………. 6-3-4
4-3-7 بررسی جذب نیترات در محیط بیولوژیکی………………………………………………………………………
فصل 5 : نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1- یافته های آزمایش……………………………………………………………………………………….
5-2 نتیجه گیری نهایی………………………………………………………………………………………….
منابع و ماخذ…………………………………………………………………………………………………………

فهرست جداول
عنوان شماره صفحه
جدول 6-1 بررسی اثر PH ………………………………………………………………………………………………………………
جدول6-2 بررسی میزان دز جاذب در جذب نیترات…………………………………………………………………….
جدول 6-3 بررسی زمان تماس در جذب نیترات…………………………………………………………………………
جدول6-4 بررسی غلظت نیترات در میزان جذب………………………………………………………………

فهرست نمودار ها
عنوان شماره صفحه
نمودار 1-6تغییرات میزان جذب در اثر تغییرPH …………………………………………………………………………
نمودار 2-6 تغییرات میزان جذب در میزان نانو ذره های مختلف……………………………………………………
نمودار3-6 تغییرات میزان جذب در زمان های مختلف………………………………………………………………….
نمودار4-6 تغییرات میزان جذب در غلظت های مختلف……………………………………………………………

چکیده :
امروزه با توجه به تاثیر عوامل زیست محیطی بر زندگی و گستردگی صنعت و همچنین ساخت کارخانه های بزرگ تولیدی و شیمیایی علل الخصوص پالایشگاه ها و پتروشیمی ها جهت رفع نیاز های انسان و نیز پدید امدن الودگی های ناشی از ان دست اندر کاران محیط زیست را بر ان داشته تا به فکر بهینه سازی فاضلاب های صنعتی بر ایند.نیترات خود یکی از عوامل الودگی فاضلاب های صنعتی میباشد. ذرات نانو بوهمیت با توجه به جنس ان ها توانایی بالای در جذب فلزات سنگین دارند به گونه ای که در این تحقیق مقدار دز 2/0 گرم از نانو ذرات بوهمیته از نوع h37 را به 20 cc محلول پتاسیم نیترات 50ppm اضافه شد که طبق جنس نانو ذره ، ذرات نانو در محلول حل شدن و بعد به کمک دستگاه سانتریفیوژ که توانایی ان را دارد که ذرات نانو را رسوب بدهد و محلول رقیق را بالای لوله پدید اورد که میتوان آن را به کمک پیپت جدا کرد و میزان جذب ان را به کمک دستگاه اسپکتروفتومتر جهت بهینه سازی در پارامتر های زمان، دما ، مقدار گرم نانو ذره و PH سنجید.ذرات نانو الومینا به کار رفته در این ازمایش با توجه به مساحت سطح بالا توان کمپلکس کردن مقدار زیادی از ذرات نانو را دارند به همین دلیل هر چه مقدار دز بالا از این ذرات در ازمایش بکار برده شد یون نیترات بیشتر جذب سطح ذرات نانو شد همچنین هر چه غلظت نیترات بیشتر شد در نتیجه تجمع یون ها در سطح ذرات نانو الومینا بیشتر شد و در نتیجه حذف یون نیترات و جذب بهتر انجام گرفت. همچنین در این تحقیق به بررسی جذب بیولوژیکی نیترات به کمک جلبک دریایی انجام شد که طی این تحقیق جذب بیولوژیکی نیترات در نمونه اب مقطر بهتر از اب معمولی بود اب معمولی به دلیل داشتن کلسیم مانع جذب بهتر شد
واژه های کلیدی
نانو ذرات ،بوهمیت ، نیترات ، جذب،بهینه سازی
1- فصل اول: مقدمه
1-1 مقدمه
آب سالم (آبی که عاری از مواد شیمیایی سمی و عوامل بیماری زا است) برای سلامتی انسان ضروری است. همچنین آب سالم یک ماده خام حیاتی در بسیاری از صنایع کلیدی از جمله الکترونیک ، دارو و مواد غذایی محسوب می شود. جهان با چالش های زیادی در افزایش تقاضا برای آب سالم به عنوان منابع موجود آب شیرین روبرو است که با توجه به موارد ذیل در حال کاهش می باشد (الف) گسترش وقوع خشکسالی ، (ب) افزایش رشد جمعیت ، (ج) تشدید و بهبود مقررات بهداشتی و سرانجام (د) افزایش رشد مصرف آب ]1[.
دانشمندان و مهندسین آب در حال تحقیق در مورد افزایش کیفیت آب همسو با افزایش رشد مصرف آن با توجه به رعایت مقررات و استانداردهای سخت گیرانه هستند. وبر ((Weber ]2[ شبکه های نوین و بهینه توزیع (DOT-NET) را به عنوان جایگزینی برای واحد های متعارف تصفیه آب "بزرگ و متمرکز" ارائه نموده است. مفهوم DOT-NET بر" توزیع و ایجاد استراتژیک سیستم های تصفیه نسبتاً کوچک بسیار موثر در محل های خاص" در شبکه های موجود تامین آب دلالت دارد . چنین سیستم های تصفیه آب اقماری جریان نسبتاًَ کم آب را تصفیه کرده و از فن آوری های پیشرفته تصفیه استاندارد موجود در طبیعت استفاده می کنند ( نظیر جداسازی توسط غشاء مقاوم به ته نشینی لجن با قابلیت انتخابی بالا، جاذب های غربالی پلیمری و مولکولی سفارشی شده، اکسیداسیون فوق بحرانی آب و غیره ) تا نیازهای دسته های جمعیتی موجود در واحد های مسکونی ، مجتمع های آپارتمانی و مناطق تجاری را برطرف کنند ]2[.
آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا (EPA) نیز در حال ارزیابی استفاده از برخی روشهای تصفیه آب نامتمرکز به عنوان "سامانه مطلوب و کوچک " می باشد]3[. این روشها شامل واحدهای تصفیه آب ( نظیر بهره برداری از سیستم های تصفیه آب آماده و کوچک درکارخانه ها ) ، واحدهای تصفیه در نقطه ورود (POE) و در نقطه استفاده از آب (POU) هستند که برای تصفیه مقدار کمی از آب وارد شده به یک واحد مشخص ( نظیر ساختمان ، دفتر کار ، منزل مسکونی و غیره ) و یا شیر برداشت خاص / شیر آب درون واحد طراحی شده اند. حفاظت از سیستم های تصفیه آب در برابر فعالیت های تروریستی بالقوه با استفاده از مواد شیمیایی و بیولوژیکی نیز به یک مسئله مهم در برنامه ریزی منابع آب تبدیل شده است ]4[.
پیشرفت در علم و مهندسی در مقیاس نانو فرصت های بی سابقه ای برای توسعه فرایندهای قابل قبول تصفیه آب مقرون به صرفه و سازگارتر با محیط زیست فراهم می آورد. این مقاله مرور مختصری بر استفاده از نانومواد در تصفیه آب آلوده توسط یونهای فلزی سمی ، رادیونوکلوئیدها ، املاح آلی و معدنی ، باکتری و ویروس ها ارائه می کند. از آنجا که بحث جامع در مورد کاربردهای فناوری نانو برای تصفیه آب فراتر از مطالب این بررسی است، اهداف اصلی ما در این مقاله بحث در مورد فرصت ها و چالش های پیش رو در استفاده از نانومواد برای تصفیه آب های سطحی ، آبهای زیرزمینی و جریانهای فاضلاب صنعتی می باشد. شکل 1 چهار دسته از مواد در مقیاس نانو را به عنوان مواد مناسب برای تصفیه آب نشان می دهد : (1) فلزات- حاوی نانوذرات ، (2) نانو مواد کربن دار ، (3) زئولیتها و (4) دندریمرها (dendrimers).

شکل 1 : نانوموادهای مناسب برای تصفیه آب

این مواد دارای طیف وسیعی از خواص فیزیکی و شیمیایی هستند که آنها را به عنوان فیلتر جداکننده و واکنشی برای تصفیه آب خاص و جذاب می سازد.

1-2- نانومواد و تصفیه آب

پیشرفت های اخیر نشان می دهد بسیاری از مسائل مربوط به کیفیت آب با استفاده از نانوذرات، نانوفیلتراسیون یا دیگر محصولات حاصل از فناوری نانو می تواند حل و یا بهبود بخشیده شود. نوآوری در زمینه توسعه فن آوری های جدید برای شیرین نمودن آب از مهمترین این فن آوری ها محسوب می شود. استفاده از نانوذرات خاص که در غشاءها و یا در ساختار فیلترها قرار دارند به صورت موثر، ارزان و به سرعت، آب آشامیدنی غیر قابل استفاده را که از انواع موسسات و کارخانجات بدست می آید، تصفیه می نماید. علاوه بر اینکه تصفیه آب توسط نانو ذرات مزایای زیادی برای کشورهای صنعتی بوجود خواهد آورد ، برای کشورهای در حال توسعه نیز این مزایا فراوان می باشند. یکی دیگر از کاربردهای بالقوه و سودمند استفاده خلاقانه از نانوذرات برای تصفیه فاضلاب های صنعتی است. بسیاری از کارخانجات مقادیر زیادی فاضلاب صنعتی تولید می کنند. حذف آلاینده ها و بازیافت آب تصفیه شده کاهش قابل توجهی در هزینه ، زمان و نیروی انسانی ارائه می کند و در نتیجه موجب دوستی با محیط زیست می گردد. اصلاح سفر ه های آب و آبهای زیرزمینی نیز مسائل مهمی هستند و زمانی بر اهمیت این مسائل افزوده می شود که منابع آب به طور پیوسته کاهش و تقاضا برای استفاده از آن رو به گسترش باشد. امروزه بسیاری از فن آوری ها برای تصفیه موثر آب وجود دارند که اغلب بسیار پر هزینه و زمانبر به خصوص در روش پمپاژ و تصفیه می باشند. هدف نهایی توانایی حذف ترکیبات سمی از محیط های زیر سطحی و محیط های دیگر که دسترسی به آنها بسیار دشوار است و تصفیه سریع ، موثر و با هزینه معقول آب خواهد بود. نتایج حاصل از مطالعات در خصوص استفاده از نانومواد به عنوان جداکننده و فیلتر واکنشی برای تصفیه آب در زیر آمده است.

1-3- جاذب های نانویی

جاذب ها به طور گسترده به عنوان فیلتر جداکننده در تصفیه آب و برای حذف آلاینده های معدنی و آلی از آب آلوده مورد استفاده قرار می گیرند. نانوذرات دارای دو ویژگی کلیدی هستند که استفاده از آنها را به عنوان جاذب جذاب می سازد. آنها دارای نواحی سطحی بسیار وسیعتری از ذرات توده هستند. همچنین نانوذرات می توانند با گروه های شیمیایی مختلف برای افزایش میل به حذف ترکیبات هدف ترکیب شوند . چندین گروه تحقیقاتی در حال جستجو برای تعیین خواص منحصر به فرد نانوذرات به منظور توسعه جاذب های با ظرفیت بالا و انتخابی برای یونهای فلزی و آنیونها می باشند. لی و همکاران Li & et al.) ) ]5[ جذب سرب دو ظرفیتی (II)Pb، مس دوظرفیتی(II)Cu و کادمیوم دو ظرفیتی (II)Cd را بر روی نانولوله های کربنی چند جداره (MWCNTs) بررسی نموده اند. آنها ظرفیت حداکثر جذب را 08/97 میلی گرم سرب دوظرفیتی (II)Pb ، 49/24 میلی گرم مس دوظرفیتی (II)Cu و 86/10 میلی گرم کادمیوم دوظرفیتی (II)Cd به ازای یک گرم ماده جاذب در دمای محیط ، PH برابر5 و غلظت تعادل یون فلزی 10 میلی گرم/لیتر گزارش نموده اند. همچنین آنها نشان دادندکه ظرفیت جذب یون های فلزی توسط نانولوله های کربنی چند جداره 3 تا 4 برابر بیشتر از جاذب های متداول مورد استفاده در تصفیه آب (کربن فعال پودری و کربن فعال دانه ای) هستند. کی (Qi) ]6[ جذب سرب دو ظرفیتی (II)Pb را بر روی نانوذرات چیتوسان (chitosan) (4-10 نانومتر) تهیه شده از ژلاتین یونی چیتوسان و تری پلی فسفات (tripolyphosphate) مورد ارزیابی قرار داده است.
ظرفیت جذب حداکثری مس دوظرفیتی (II)Cu نانوذرات چیتوسان ترکیب شده با فسفات برابر 398 میلی گرم به ازای یک گرم ماده جاذب است. پنگ و همکاران Peng & et al.)) ]7[ به تازگی جاذب جدیدی با ناحیه سطحی وسیع تر (189 مترمربع/گرم) شامل اکسید سریم تقویت شده با نانولوله های کربنی (CeO2 – CNTs) را توسعه داده اند. آنها نشان دادند که ذرات اکسید سریم تقویت شده با نانولوله های کربنی جاذب های موثری برای آرسنیک پنج ظرفیتی (V)As می باشند. پنگ و همکاران (Peng & et al.) ]8[ نشان دادند که افزودن (از 0 تا 10 میلی گرم در لیتر) کاتیونهای دوظرفیتی [کلسیم (II) Ca و منیزیم (II)Mg] منجر به افزایش قابل توجهی در مقدار جذب (V)As (82 – 10 میلی گرم/گرم) می شود. دیلیانی و همکاران (Deliyanni & et al.) ]9[ نیز جاذب جدیدی برای As(V) متشکل ازنانو بلورهای هیدروکسید کلراید آهن به نام [b-FeO(OH)] akaganeite را تولید کرده و ویژگی آن را مورد بررسی قرار داده اند. علاوه بر این لازاریدیس و همکاران (Lazaridis & et al.) ]10[ نشان داده اند که نانوبلور akaganeite نیز جاذب موثری برای عنصر کروم شش ظرفیتی (VI)Cr است. زئولیتها جاذب و فیلتر تبادل یونی موثری برای یونهای فلزی می باشند. زئولیتهای NaP1 (Na6Al6 Si10O32, 12H2O) نیز دارای تراکم بالایی از سایت های تبادل یون سدیم هستند.
آنها می توانند توسط فعال سازی گرمایی خاکستر بادی با نسبت سیلیسیم به آلومینیم برابر 150-C در محلول های NaOH با غلظت 0/2-0/1 مولار و بسیار ارزان ساخته شوند. زئولیتهای NaP1 به عنوان فیلتر تبادل یونی برای حذف فلزات سنگین از فاضلاب های معادن اسیدی مورد بررسی قرار گرفته اند ]11[. آلوارز و همکاران (Alvarez & et al.)]12[ استفاده موفقیت آمیز از زئولیتهای مصنوعی NaP1 را برای حذف کروم سه ظرفیتی Cr(III) ، نیکل دو ظرفیتی Ni(II)، روی دوظرفیتی Zn(II) ، مس دوظرفیتی Cu(II) و کادمیوم دوظرفیتی Cd(II) از پساب آبکاری فلزات گزارش نموده اند. تک لایه های خود مونتاژ بر روی تقویت کننده های با منافذ 2 الی 50 نانومتر(Self-assembled monolayers on mesoporous supports) فرصت های جدیدی برای توسعه جاذب های موثرتر برای یونهای فلزی سمی ]13[ ، آنیونها ]14[ و رادیونوکلوئیدها ]15 و 16[ فراهم آورده اند. این جاذب ها از طریق سنتز فعال شده سطحی (synthesis templated Surfactant) سرامیک دارای منافذ 2 الی 50 نانومتر ساخته می شوند. در این فرآیند اکسیدهای سرامیک با تخلخل های نانویی و ناحیه سطحی بسیار وسیع (حدود 1000 مترمربع / گرم) و چگالی بالایی از سایت های جذب سطحی تولید می شوند که می تواند منجر به افزایش قدرت انتخابی آنها به سمت آلاینده های هدف گردد.
نانو مواد کربنی می توانند به عنوان جاذب با ظرفیت بالا و انتخابی برای املاح آلی در محلول های آبی عمل کنند. منگان و همکاران (Mangun & et al.) ]17[ الیاف های کربن فعال با تخلخل های نانویی را با اندازه سوراخ های 16/1نانومتر و ناحیه سطحی در محدوده 171 تا 483 متر مربع بر گرم ساخته اند. آنها جذب بنزن ، تولوئن ، pxylene و اتیل بنزن را بر روی الیاف های کربن فعال با تخلخل های نانویی حدود 20-C اندازه گیری کردند. همچنین آنها نشان دادند که ایزوترم های جذب توسط معادله فرندلیچ توصیف می شوند. در تمام موارد، الیاف های کربن فعال با تخلخل نانویی دارای ثابت های تعادل جذب آلی بسیار بالاتری از کربن فعال دانه ریز بودند. پنگ و همکاران (Peng & et al.) ]8[ جذب دی کلروبنزن را بر روی نانولوله های کربنی مورد ارزیابی قرار داده اند. آنها دریافتند جذب دی کلروبنزن بر روی نانولوله های کربنی تنها 40 دقیقه برای رسیدن به تعادل با ظرفیت جذب حداکثر 8/30 میلی گرم/گرم زمان لازم دارد. لی و همکاران (Li & et al.)]18[ گزارش داده اند که نانولوله های کربنی چند جداره ، جاذب های به مراتب بهتری نسبت به کربن سیاه برای ترکیبات آلی فرار در محلول های آبی هستند. فوگستو و همکاران (Fugetsu & et al.)]19[ با موفقیت نانولوله های کربنی چند جداره را داخل بسته های آلژینات پیوند یافته ((Cross-linked alginate vesicles به صورت کپسول درآوردند. نانولوله های کربنی چند جداره دارای ظرفیت جذب و انتخاب بالایی برای چهار رنگ قابل انحلال (orange Acridine، bromide Ethidium، bluish Eosin و G Orange) می باشند. ژائو و همکاران (Zhao & et al.) ]20[ جاذب های معدنی- آلی ترکیبی را توسط اختلاط سولفات سدیم دودسیل (Sodium Dodecyl Sulfate) با هیدرواکسید دو لایه منیزیم-آلومینیوم (LDHs) ساخته اند. آنها گزارش نمودند که ترکیب فوق ظرفیت جذب بالاتری برای جذب آلکانهای کلرینه Chlorinated alkenes)) ]تتراکلرواتیلن و تری کلرواتیلن] نسبت به خاک رس آلی (Organoclays) در محلول های آبی دارد. فولرین می تواند به عنوان جاذب برای ترکیبات معطر چند حلقه ای مانند نفتالین نیز مورد استفاده قرار گیرد ]21[. به تازگی نانوذرات پلی اورتان آمفیفیلیک (Amphiphilic) تولید شده است که می تواند ترکیبات معطر چند حلقه ای (نظیر نفتالن) را جذب نماید و قابلیت زیست پذیری آنها در محلول های آبی را افزایش دهد ]22[.

1-4-کاتالیزورهای نانویی و نانوذرات فعال ردوکس

نانوذرات دارای پتانسیل بسیار زیادی به عنوان کاتالیست و فیلتر فعال ردوکس برای تصفیه آب می باشند و این به دلیل نواحی سطحی وسیع ، اندازه ، خواص نوری ، الکترونیک و کاتالیستی وابسته به شکل آنها است ]23[. در طول دهه گذشته، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO2) به عنوان کاتالیست های نوری برای تصفیه آب ظهور کرده اند ]24[. نانوذرات دی اکسید تیتانیوم دارای تنوع بسیار زیادی می باشند و می توانند به عنوان کاتالیست های اکسیدکننده و احیاء کننده برای آلاینده های آلی و معدنی مورد استفاده قرار گیرند. با افزودن نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم به آبهای آلوده و در حضور نور ماوراء بنفش ، حذف کربن آلی به شدت افزایش می یابد که این مطلب توسط چیتوسه و همکاران (Chitose & et al.) ]25[ نشان داده شده است. به تازگی کابارا و همکاران (Kabra & te al.) ]26[ استفاده از کاتالیست های نوری در تصفیه آب آلوده به آلاینده های آلی و معدنی را مورد بررسی قرار داده اند. آنها استفاده موفقیت آمیز از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم را برای (1) تجزیه ترکیبات آلی (نظیر آلکانهای کلرینه ، بنزن ها ، دیوکسین ها ، فوران ها ، بایفنیل های پلی کلرینه (PCBs) و غیره) و (2) کاهش یونهای فلزی سمی [نظیر Cr(VI) ، Ag(I) و Pt(II)] در محلول های آبی تحت نور ماوراء بنفش گزارش نموده اند. به تازگی تولید نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم فعال شده با نور مرئی مورد توجه بسیار زیادی قرار گرفته است ]23، 27 و 28[. یکی از بهترین مطالعات در این زمینه توسط آشاهی و همکاران (Ashasi & et al.) ]27[ انجام شده است. آنها موفق به تولید نانوذرات TiO2 N-doped شده اند که قادر به تجزیه نوری متیلن آبی تحت نور مرئی است. باء (Bae) ]28[ نانوذرات دی اکسید تیتانیوم فعال شده با نور مرئی را بر مبنای دی اکسید تیتانیوم اصلاح شده با حساس کننده های کمپلکس- روتنیم و رسوبات پلاتین تولید کرده است. نانوذرات Pt/TiO2/RuIIL3 به شدت میزان حذف اتم های هالوژن از مولکول تری کلرواستات و تتراکلرید کربن را در محلول های آبی تحت نور مرئی افزایش می دهد.
به تازگی ذرات نانو آهن صفر ظرفیتی (Fe0) و دو ظرفیتی (Fe0) به عنوان فیلتر ردوکس برای سم زدایی موثر آلاینده های آلی و معدنی در محلولهای آبی ظهور کرده اند. این نانومواد (10-1 نانومتر) نواحی سطحی وسیع تر و واکنش پذیری بیشتری نسبت به ذرات آهن دوظرفیتی توده دارند. ژانگ (Zhang) ]29[ مروری بر تولید ، خواص و استفاده از نانو ذرات Fe0 و Fe0/Pd0، Fe0/Pt0، Fe0/Ag0، Fe0/Ni0 و Fe0/Co0 را در بازسازی محیط زیست انجام داده است. این نانوذرات می توانند انواع آلاینده های آلی (نظیر آلکانها ، آلکانهای کلرینه ، بنزن های کلرینه، پستیسایدها، رنگهای آلی، نیترو آروماتیک ها ، بایفنیل های پلی کلرینه) و آنیونهای غیر آلی (نظیر نیترات ها) در محلولهای آبی را به محصولات فرعی که کمتر سمی هستند و خطر کمتری دارند ، احیا نماید. نانوذرات آهن صفر ظرفیتی و دو ظرفیتی با موفقیت برای احیاء یون های فلزی فعال ردوکس نظیر کروم پنج ظرفیتی Cr (VI) به نمونه های کروم سه ظرفیتیCr(III) که خواص سمی و تحرک کمتر ی دارند، مورد استفاده قرار گرفته اند ]29[. از ویژگی عدم تحرک متالوپورفرینوژن ها (metalloporphyrinogen) در ماتریس خاک-ژل نیز با موفقیت برای تولید نانوذرات ردوکس و نانو ذرات فعال کاتالیستی جهت حذف اتم های هالوژن از مولکول ترکیبات آلی کلرینه (تتراکلرواتیلن ، تری کلرواتیلن و تتراکلرید کربن) در محلول های آبی استفاده شده است ]30[.

1-5- غشاء های نانوساختاری و واکنشی

فرآیندهای غشاء نظیر اولترافیلتراسیون ، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس در حال ظهور به عنوان مولفه های کلیدی تصفیه آب پیشرفته و فن آوری های شیرین نمودن آب هستند ]1[. وندربرگن (der Bruggen (Van ]31[ به بررسی استفاده از نانوفیلتراسیون در حذف کاتیونها ، مواد آلی طبیعی، آلودگی های بیولوژیکی، آلودگی های آلی، نیترات و آرسنیک از آبهای زیرزمینی و آبهای سطحی پرداخته اند. فاورویگولین و همکاران (Favre-Reguillon & et al.) ]32[ نشان داده اند که از نانوفیلتراسیون می توان برای حذف مقادیر جزیی اورانیوم پنج ظرفیتی U(VI) از آب دریا استفاده نمود. محسن و همکاران (Mohsen et al.) ]33[ استفاده از نانوفیلتراسیون را برای شیرین نمودن آب مورد بررسی قرار داده اند. آنها بر این باورند که از ترکیب نانوفیلتراسیون با روش اسمز معکوس می توان به طور موثری برای شیرین نمودن آب آشامیدنی استفاده نمود. پلیتر و همکاران (Peltier & et al.) ]34[ نشان داند که از نانوفیلتراسیون می توان در بهبود کیفیت آب برای یک سامانه توزیع بزرگ استفاده نمود. کاهش قابل توجه ای در مقادیر آلاینده های آلی و بیولوژیکی (نظیر باکتری ها و ویروس ها) با استفاده از این فرآیند حاصل شده است. نانومواد در حال ایجاد فرصت های نوینی برای توسعه کارآمد تر و مقرون به صرفه تر غشاء های نانوساختاری و واکنشی برای تصفیه و شیرین نمودن آب هستند. سریواستاوا و همکاران (Srivastava & et al.)]35[ به تازگی ساخت موفقیت آمیز فیلترهایی از نانولوله های کربن را گزارش نموده اند. این غشاء های فیلتراسیون جدید از استوانه توخالی با دیوارهای نانو لوله ای کربن شعاعی تشکیل شده اند.
آنها نشان دادند که فیلترها در از بین بردن باکتری (اشرشیاکلی و استافیلوکوکوس اوریوس) و1 sabin Poliovirus از آب آلوده موثر می باشند. فیلترهای نانولوله کربن به آسانی توسط امواج فراصوت و اتوکلاو تمیز می شوند. دفیرند و همکاران (DeFriend & et al.) ]36[ ساخت موفقیت آمیز غشاء های اولترافیلتراسیون آلومینا با استفاده از نانوذرات آلومینا (A-alumoxanes) با اندازه دانه25-7 نانومتر را گزارش نموده اند. اندازه منافذ، وزن مولکولی برشی (cut-off) غشاءها به میزان زیادی به "یکنواختی" نانوذرات آلومینا بستگی دارد. غشاء اولترافیلتراسیون جدید که دارای وزن مولکولی برشی بین 10000 — 1000 DA و میانگین قطر منافذ 4 نانومتر دارد، انتخاب خوبی برای برخی از رنگهای مصنوعی می باشد (نظیر قرمز مستقیم 81، آبی مستقیم 71 و زرد مستقیم 71) . همچنین آنها نشان دادند که انتخاب و شار نفوذ به داخل غشاء نانوفیلتراسیون را می توان با تغلیظ نانوذرات آلومینا با آهن، منگنز و لانتانم افزایش داد. استانتان و همکاران (Stanton & et al.) ]37[ غشاء نانوفیلتراسیون جدیدی را توسط رسوب لایه های دوجفتی 0/5-5/4 از پلی (سولفونات استایرن)/ پلی (آلیلامین هیدروکلراید) بر روی آلومینای متخلخل تولید کرده اند.
غشاءهای نانوفیلتراسیون جدید دارای شار عبوری آب بالا، توقف سریع کاتیونهای دوظرفیتی کلسیم و منیزیم و Cl-/SO42- با نرخ انتخاب بالای 80 می باشند. شایان ذکر است که هولمن (Hollman) ]38[ نیز غشاء های جدیدی با شار نفوذ بالا و قدرت بالای محبوس نمودن یون های فلزی را توسط رسوب چندین لایه از پلی پپتایدهای (polypeptide) باردار شده [پلی (اسید گلوتامیک-9L) یا پلی (لیزینL-)] در داخل خلل و فرج غشاء های پلی کربنات (ضخامت = 10 میکرون و قطر منافذ = 200 نانومتر) تولید نموده است. میر و همکاران (Meyer & et al.) تولید موفقیت آمیز غشاء های واکنشی را توسط اختلاط نانوذرات دوظرفیتی Fe0/ Pt0 به داخل فیلم های استات سلولز گزارش نموده اند. قطر متوسط دومین های فلزی تعبیه شده در غشاء ها 24 نانومتر است و در کاهش تری کلرواتیلن با اتان به عنوان تنها محصول فرعی مشاهده شده خیلی موثر می باشند.

1-6- نانوذرات بیواکتیو

انواع اکسیدان های قوی (نظیرکلر) به عنوان ترکیبات گندزدا جهت حذف پاتوژن ها (باکتری ها و ویروس ها) در تصفیه آب مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجا که این ترکیبات تمایل به تولید فرآورده های جانبی سمی فرآیند گندزدایی مانند تری هالومتان ها (Trihalomethane)، اسیدهای هالو استیک (Haloacetic Acid) و آلدئیدها را دارند، به ضد عفونی کننده های جایگزین برای مرحله 1 نیاز است تا با قانون فرعی ضد عفونی کننده قانون اصلاحات آب آشامیدنی مطمئن 1996 ]40[ منطبق باشد. مکانیسم هایی که بوسیله آنها گندزداهایی نظیر کلرین، پاتوژن های آبی را غیر فعال می سازند عبارتند از (1) اختلال در عملکرد سلولی پاتوژن توسط تخریب ترکیبات اصلی (دیواره سلولی) ، (2) تداخل با فرایند متابولیک سلولی پاتوژن و (3) مهار رشد پاتوژن توسط توقف تولید ترکیبات سلولی کلیدی (دی. ان. ای. ، کوآنزیم و پروتئین های دیواره سلولی) ]41[. همچنین نانومواد فرصت های بی بدیلی برای توسعه بیوسایدهای بدون کلر (Chlorine-Free Biocide) فراهم می آوردند. استویموف و همکاران (Stoimenov & et al.) ]42[ نشان دادند که نانوذرات دی اکسید منیزیم (MgO) بیوساید های بسیار موثر در برابر باکتریهای گرم-مثبت (Gram-positive) و گرم-منفی (Gram-negative) (اشرشیاکلی و باسیلوس مگاتریوم) و قارچ باکتری (باسیلوس سابتیلیوس) هستند. بررسی واکنش نانوذرات با باکتری ها توسط میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) ، میکروسکوپ انتقال الکترونی (TEM) و میکروسکوپ لیزری کانونی ، تغییرات قابل توجهی را در تمامیت غشای سلولی نشان می دهند که منجر به مرگ باکتری ها در اکثر موارد می گردد.
از آنجا که نقره یک ظرفیتی (I)Ag و ترکیبات نقره به عنوان ترکیبات ضد میکروبی در فرآورده های مختلف بیوپزشکی مورد استفاده قرار می گیرند، محقق بسیاری استفاده از نانوذرات نقره را به عنوان بیوساید مورد بررسی قرار داده اند. سوندی و همکاران (Sondi & et al.) ]43[ نانوذرات نقره پایدار با توزیع اندازه کوچک را توسط احیا محلول های نیترات نقره با اسید اسکوربیک در حضور Daxad 19 (نمک سدیم به همراه فرمالدئید سولفونات نفتالن چگال شده با وزن مولکولی بالا) به عنوان عامل تثبیت کننده تولید کرده اند. آنها نشان داده اند که نانوذرات نقره بیوساید های موثری برای اشرشیا کلی هستند. سون و همکاران (Son & et al.) ]44[ نشان داده اند که الیاف سلولز استات (Cellulose Asetate) غنی شده با نانو ذرات نقره (تولید شده توسط الکترواسپینینگ مستقیم محلول سلولز استات با نیترات نقره فراوری شده توسط احیاء نوری) بیوساید های موثری در مقابل باکتری های گرم-مثبت و گرم-منفی نظیر استافیلوکوکوس اورئوس، اشرشیاکلی، کلبسیلا پنومونیه (Klebsiella Pneumoniae) و سودوموناس آئروژینوزا بودند.

1-7- اولترافیلتراسیون توسط پلیمرهای دندریمر افزایشی(dendrimer-enhanced)

غشاهای اسمز معکوس دارای اندازه منافذ 1-1/0 نانومتر هستند و در نتیجه در حفظ املاح محلول با جرم مولکولی زیر حد 1000 DA بسیار موثر می باشند. از سوی دیگر غشاء های نانوفیلتراسیون نیز در از بین بردن سختی (کاتیونهای چند ظرفیتی) و املاح آلی با جرم مولکولی بین 3000-1000 Da بسیار موثر می باشند (مواد آلی طبیعی) ]45[. با این حال برای کارکردن با غشاء های اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون به فشارهای بالا نیاز می باشد. اما غشاء های نانوفیلتراسیون به فشار کمتری (700-200 کیلوپاسگال) نیاز دارد. متاسفانه نانوفیلتراسیون در از بین بردن املاح آلی و معدنی با جرم مولکولی زیر حد 3000 Da موثر نیست. پیشرفت ها در زمینه شیمی ماکرومولکولی مانند اختراع پلیمرهای شاخه ای در حال پدید آوردن فرصت های تازه ای برای توسعه فرآیندهای موثر اولترافیلتراسیون برای تصفیه آب های آلوده به یونهای فلزی سمی ، رادیونوکلوئیدها ، محلول های آلی و معدنی، باکتری ها و ویروس ها می باشد. پلیمرهای شاخه ای که شامل پلیمرهای چند شاخه (Hyper-Branched) ، پلیمرهای دندریگرفت (dendrigraft) ، دندرون ها (dendrons) و دندریمرها (dendrimer) می باشند به صورت مولکولهایی با شاخه های فراوان و ترکیب کنترل شده و ساختاری متشکل از سه جزء تشکیل شده اند که عبارتند از: هسته، سلول های شاخه داخلی و سلول شاخه خارجی ]46[.
پلیمرهای شاخه ای دارای ویژگیهای بسیاری می باشند که آنها را به ویژه به عنوان مواد مناسب برای تصفیه آب جذاب می سازد. این نانوذرات "در مقیاس کوچک"، با اندازه هایی در محدوده 20-1 نانومتر، می توانند به عنوان لیگاندهای قابل انحلال در آب با ظرفیت بالا و قابل بازیافت برای یونهای فلزی سمی ، رادیونوکلوئیدها و آنیونهای معدنی مورد استفاده قرار گیرند ]47 و 48[. همچنین پلیمرهای شاخه ای می توانند به عنوان (1) ذرات باردار مغناطیسی تک مولکولی قابل بازیافت برای بازیافت املاح آلی از آب ]49[ و (2) داربست و قالب هایی برای آماده سازی نانوذرات ردوکس و فعال کاتالیستی ]50[ نیز مورد استفاده قرار گیرند. از پلیمرهای شاخه ای می توان به عنوان وسایل انتقال و یا داربست برای عوامل ضد میکروبی مانند نقره یک ظرفیتی (I)Ag و کلرید آمونیوم چهارظرفیتی نیز استفاده نمود ]51[.
فرآیند اولترافیلتراسیون توسط پلیمرهای دندریمر افزایشی برای بازیابی یونهای فلزی از محلول های آبی (شکل 2) توسعه داده شده است ]52 و 53[. به عنوان اثبات این موضوع دیالو و همکاران (Diallo & et al.) ]53[ امکان استفاده از پلیمرهای دندریمر افزایشی و پلیمرهای دندریمر پلی (آمیدوآمین) با هسته دیامین اتیلن و گروه های NH2 برای بازیابی یونهای مس دوظرفیتی از محلول های آبی را مورد بررسی قرار داده اند. ظرفیت پیوند مس دوظرفیتی با دندریمر پلی آمیوآمین بسته به جرم بسیار بیشتر و حساس تر به PH محلول نسبت به پلیمرهای خطی با گروه های آمین است. جدایی کمپلکس های دندریمر- مس دوظرفیتی از محلول ها را می توان به سادگی توسط غشاء های مناسب اولترافیلتراسیون با وزن مولکولی برشی به دست آورد.

شکل 2. بازیابی یونهای فلزی از محلول های آبی توسط فیلتراسیون با پلیمرهای دندریمر

پلیمرهای مصنوعی باردار شده با یون های فلزی را می توان با کاهش PH محلول به 4 تولید نمود. بنابراین امکان بازیابی محدود یون کروم دوظرفیتی و بازیابی پلیمر شاخه ای میسر می باشد. دندریمر پلی آمیدوآمین تمایل بسیار کمی به گیر افتادن در غشاءهای سلولز مجدداً تولید شده (Regenerated Cellulose) دارند ]53[. همچنین آنها دارای ویسکوزیته ذاتی بسیار کوچکتر از پلیمرهای خطی با جرم مولکولی یکسان بدلیل شکل کروی خود هستند ]53[. بنابراین فشار کاری و مصرف انرژی نسبتاً کمتری را می توان با پلیمرهای شاخه ای در سیستم های اولترافیلتراسیون با جریان مماسی/عمودی نسبت به سیستم های معمول تصفیه آب به دست آورد. کاربردهای دیگر پلیمرهای دندریمر افزایشی برای تصفیه آب توسط دیالو (Diallo) ]52[ مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

1-8- چالش های پیش رو در تصفیه آب توسط نانومواد

مشکل اصلی در استفاده از فناوری نانو برای تصفیه آب، در دسترس بودن تامین کنندگانی است که بتوانند مقادیر فراوانی از نانومواد با قیمت مناسب را تامین نمایند. به تازگی گروه فریدونیا (Freedonia) ]54[ مطالعه ای را در مورد صنعت نانومواد انجام داده اند. این مطالعه اطلاعاتی مربوط به تقاضا برای نانومواد در ایالات متحده آمریکا برای سال های 2000 و 2003 را ارائه می نماید. همچنین شامل پیش بینی مقادیر تقاضا برای گروهی از مواد دیگر در سال های 2008، 2013 و 2020 (نظیر کسید فلز ، خاک رس ، فلزات ، پلیمرها و مواد شیمیایی ، نانولوله ها ، پلیمرهای دندریمر و غیره) و کاربردهایی (نظیر مواد ساینده ، پوشش ها ، فیلم های نازک ، بیوساید ها ، پرکننده ها و تقویت کننده های دارویی ، کاتالیست ها ، مواد ساختمانی و غیره) نیز می گردد. پیش بینی ها حاکی از این است که اکثر نانومواد در مقیاس نانو به صورت محصولاتی مانند سیلیس ، دی اکسید تیتانیم ، خاک رس ، پودر فلزات ، پلیمرها و مواد شیمیایی در دهه آینده خواهند بود ]54[. مقادیر بیشتری از نانولوله های کربنی ، کربن طبیعی فولرنز (fullerenes) و پلیمرهای دندریمر نیز در دسترس خواهند بود زیرا این نانومواد به مولفه های کلیدی نظیر محصولات الکترونیکی ، سیستم های انتقال مواد ، باتری ها ، سلولهای سوختی و غیره تبدیل خواهند شد ]54[.
ادغام نانومواد با سیستم های تصفیه آب موجود از دیگر چالشهای کلیدی است. فرآیندهای غشاء نظیر اسمز معکوس ، نانوفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون در حال تبدیل شدن به فن آوری های تصفیه آب " استاندارد " برای خدمات عمومی و صنعتی هستند زیرا آنها انعطاف پذیر، مقیاس پذیر و مدولار بوده و بهره برداری و نگهداری از آنها نسبتاً آسان است. فرآیند اولترافیلتراسیون دندریمر افزایشی نشان داده شده در شکل 2، عوامل کی لیتی (chelating) در ابعاد نانو شاخه ای را با غشاء های اولترافیلتراسیون تجاری موجود ترکیب می کند. بنابراین می توان آن را به آسانی با سیستم های تصفیه آب یا فرایندهای موجود ادغام نمود تا کی لیت شاخه ای مناسب و مقرون به صرفه انتخاب و یا تولید شود. با این حال به تحقیقات آزمایشگاهی و آزمایش در مقیاس پایلوت مورد نیاز خواهد بود تا بتوان غشاء های نانوساختاری جدید و واکنشی را با سیستم های تصفیه آب موجود ادغام نمود.
محققان بر این باورند که نانوجاذب های (نانوکریستال های معدنی ، نانوذرات کربن دار و زئولیتها) ، نانوذرات فعال ردوکس (آهن صفرظرفیتی و دوظرفیتی) و نانوذرات فعال زیستی (دی اکسید منیزیم و نقره) می توانند به آسانی با تصفیه خانه های آب موجود ادغام شوند. اما چالش بزرگ ، توسعه فیلتر های جداکننده و واکنشی قابل قبول تر، مقرون به صرفه تر و سازگارتر با محیط زیست است که می تواند در راکتورهای با بستر چیدمان شده (Packed-Bed Reactors)کامپوزیتی (شکل 3) تعبیه شوند و برای تصفیه آب های آلوده به مخلوطی از یونهای فلزی ، املاح آلی و باکتری ها مورد استفاده قرار گیرند. سرنوشت زیست محیطی و سمی بودن مواد ، مسائل مهم در انتخاب مواد برای تصفیه آب هستند. تحقیقات زیادی در مورد سرنوشت ریست محیطی ، حمل و نقل و سمی بودن نانومواد انجام نشده است ]55 و 56[. همچنین هیچگونه تحقیقات سیستماتیک در مورد ثبات هیدرولیتی ، اکسیدان، نوری شیمیایی و بیولوژیکی نانومواد (به عنوان مثال پلیمرهای دندریمر ، نانوذرات حاوی کربن ، اکسیدهای فلزی ، و غیره) در مقالات منتشر نشده است.

شکل 3 : شماتیکی از راکتورpacked-bed نانومواد کامپوزیتی برای تصفیه آب الوده به مخلوطی از (i) یونهای فلزی، (ii) املاح الی و (iii) باکتری
اندازه گیری هایی در محیط آزمایشگاهی و محیط طبیعی بر روی میزان سمی بودن و بیو توزیع (biodistribution) نانو مواد انجام شده اند ]57، 58[ که بر استفاده از پلیمرهای دندریمر به عنوان واکنشگر و حامل دی. ان. ای. ((DNA transfection reagents تاکید دارند ]46[. این مطالعات پیشنهاد می کند که پلیمرهای دندریمرغیر سمی و تجزیه پذیر زیستی می تواند از طریق انتخاب حساب شده بلوک های ساختمانی پلیمر دندریمر تولید شود. به عبارت دیگر طراحی و تولید نانولوله های کربنی سازگار با محیط زیست و کربن طبیعی فولرنز بحث برانگیز می باشد. فقط تعدادی کمی از مطالعات در مورد سمی بودن نانولوله های کربنی سازگار با محیط زیست و کربن طبیعی فولرنز منتشر شده است ]59، 60[. این مطالعات نشان می دهد که نانولوله های کربنی سازگار با محیط زیست و کربن طبیعی فولرنز تمایل دارند تا در آب نامحلول و سمی باشند. با این حال در برخی موارد می توان آنها را با چندین گروه دیگر (نظیر هیدروکسیل ها ، کربوکسیل ها ، آمینها و غیره) برای افزایش قابلیت انحلال آنها در آب و سازگاری با محیط زیست ترکیب کرده و به مواد کاربردی تر تبدیل نمود ]61[. بنابراین چالش کلیدی در پذیرش نظام مند و عمومی استفاده از نانومواد برای تصفیه آب ، ویزگی سمی بودن و اثرات زیست محیطی ناشناخته آنها می باشد.

1-9 نتیجه گیری کلی از مقدمه

آب سالم برای سلامتی انسان ضروری است و همچنین یک ماده خام حیاتی در بسیاری از صنایع کلیدی نظیر الکترونیک ، دارو و مواد غذایی محسوب می شود. جهان با چالش های زیادی در افزایش تقاضا برای آب سالم به عنوان منابع موجود آب شیرین روبرو است که با توجه به موارد ذیل در حال کاهش می باشد (الف) گسترش وقوع خشکسالی ، (ب) افزایش رشد جمعیت ، (ج) تشدید و بهبود مقررات بهداشتی و سرانجام (د) افزایش رشد مصرف آب ]1[. نانومواد دارای چندین ویژگی فیزیکوشیمیایی کلیدی هستند که آنها را بویژه به عنوان فیلتر های جداکننده برای تصفیه آب جذاب می سازد. آنها دارای سطح بسیار وسیعتری از ذرات توده هستند. همچنین نانومواد می توانند با گروه های شیمیایی مختلف برای افزایش میل به یک ترکیب مشخص ترکیب شوند.
همچنین آنها می توانند به عنوان لیگاندهای با قابلیت انتخاب بالا ، ظرفیت بالا و قابل بازیافت برای یونهای فلزی سمی ، رادیونوکلوئیدها ، املاح/ آنیونهای آلی و معدنی در محلول های آبی مورد استفاده قرار گیرند. همچنین نانومواد فرصت های بی بدیلی برای توسعه کاتالیست ها و فیلترهای فعال ردوکس برای تصفیه موثرتر آب ارائه می دهند زیرا دارای نواحی سطحی وسیع تر، اندازه ، خواص نوری ، الکتریکی و کاتالیستی وابسته به شکل هستند. از نانومواد به عنوان بیوساید های بدون کلر از طریق ترکیب با گروه های شیمیایی استفاده می شود که به صورت انتخابی ترکیبات بیوشیمیایی کلیدی ، باکتری ها و ویروس های داخل آب را مورد هدف قرار می دهند. تصور بر این است که هر چه پیشرفت های بیشتری در تولید نانو مواد مقرون به صرفه تر و سازگارتر با محیط زیست حاصل شود ، از این نانو مواد می توان به عنوان اجزاء کلیدی سیستم های تصفیه آب صنعتی و عمومی استفاده نمود.
توسعه غشاهای هوشمند با سطوح مقاوم به بیوفیلم (Biofilm) و سنسورها و یا محرک های تعبیه شده که می توانند به صورت خودکار عملکرد غشاء را تنظیم نمایند تا سال 2020 گزینه منتخب و هدف کلیدی بلند مدت برای شیرین نمودن و تصفیه آب خواهند بود که نقشه راه آن توسط دفتر آبادانی و آزمایشگاه ملی ایالات متحده تهیه شده است ]1[. پیش بینی ها حاکی از این است که نانو مواد اجزای کلیدی چنین غشاء هایی خواهند شد. توسعه نانوذرات TiO2 فعال شده با نور مرئی می تواند تاثیر قابل توجهی در تامین آب داشته باشد.
افزودن کنترل شده این نانوذرات در داخل آب های سطحی در معرض نور خورشید می تواند کربن آلی آزاد شده از طریق تخریب فتوشیمیایی اکسیدان را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. در کوتاه مدت، همچنین پیش بینی می گردد که نانومواد در حل مشکلات ناشی از تصفیه آب کمک خواهند کرد که شامل موارد ذیل می باشند : (1) شیرین نمودن آب شور ]1[، (2) بازیابی یونهای فلزی با ارزش و سمی از غشاء که در کاهش درجه شوری موثر می باشد ]31[، (3) توسعه بیوساید های بدون کلر ]3[ و (4) تصفیه آب آلوده به آلاینده های سمی مانند پرکلرات ، مواد و ترکیبات دارویی نظیر ترکیبات مختل کننده فعالیت غدد درون ریز ]62[.

فصل2: تاریخچه
2-1 مروری بر فعالیت های گذشته
رضا طیبی و محمد ساریجلو و امید بلواری زاده دستشتانیدر سال 89 روی موضوع مطالعات جذب و توصیف انتقال نیترات از آب بوسیله نانو- آلومینا در پژوهش ارائه شده مقیاس انتقالی نانو- آلومینا جهت انتقال نیترات از محلول های آبدار را ارائه داده است. ساختار ماهیت جاذب بوسیله تجزیه تحلیلSEM و BET, FTIR, XRDتوصیف شده است. مطالعات گروهی جذب نیترات، تحت عنوان عملکرد زمان ارتباط، چگال سازی اولیه نیترات، دما وpH و تاثیر آنیون های تداخلی، اجرا شده است. جنبش جذب نیترات به خوبی با مدل جنبشی ساختگی درجه اول متناسب است.
حافظ گلستانی و سیمین ناصری و امیر حسین محوی و محمد هادی دهقانی در سال 93 در مقاله پژوهشی با موضوع حذف نیترات از محلول های آبی با استفاده از نانو ذرات آلومینا و تعیین ایزوترم های جذب فعالیت داشتند زمینه و هدف: نیترات از جمله منابع آلاینده آب های زیرزمینی و عامل ایجاد بیماری متهموگلوبینمیا در نوزادان و نیز تشکیل ترکیبات سرطان زای نیتروزآمین است. هدف از این پژوهش بررسی کارایی نانو ذرات آلومینا در حذف نیترات از محلول های آبی و تعیین ایزوترم های جذب است. مواد و روش ها: این تحقیق یک مطالعه تجربی ـ توصیفی بوده است که در مقیاس آزمایشگاهی به صورت ناپیوسته و در شرایط آزمایشگاهی دمای ‍0C 52 انجام گرفت. ساختار نانو ذرات آلومینا با تکنیک های پراکنش پرتو ایکس TEM مشخص گردید. غلظت باقی مانده نیترات به وسیله دستگاه اسپکتروفتومتری در طول موج های nm 275 و 220 اندازه گیری شد. پارامترهای مختلفی از جمله دوز اولیه Al2O3 (g/L 0/25-0/06)، غلظت اولیه محلول (mg/L 300 -50)، زمان تماس (min 60-5) و 3،5،7،9= pH مورد بررسی قرار گرفت. هم چنین محلول های جذب نیترات بر روی نانو آلومینا تعیین شدند. یافته ها: نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که با افزایش زمان تماس، غلظت اولیه و pH کارایی حذف نیترات افزایش می یابد. به نحوی که در 5 =pH، زمان min 60 وغلظت اولیه mg/L 300، کارایی حذف نیترات 60% بود. نتایج حاصل از مطالعات ایزوترمی نشان داد که حذف نیترات بر روی جاذب مورد استفاده در این تحقیق از معادله ایزوترمی لانگمیر 982/R2>0 پیروی می کند. نتیجه گیری: نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که می توان از نانو ذرات آلومینا به عنوان جاذب موثر در جهت حذف غلظت های بالای نیترات از محلول های آبی استفاده نمود.
رقیه برجویی زاده و محمد محمدی در تحقیقات دیگر با موضوع حذف نیترات ازآبهای آشامیدنی به روش جذب سطحی با استفاده ازجاذبهای مختلفراین مقاله، مزایا ومعایب فرایندهای مهم حذف نیترات مشخص شده و به دلیل مزایای فرایند جذب سطحی، کاربرد جاذبهای مختلف نظیر کیتوسان، سپیولایت، کربن فعال، زئولیت، مواد ضایعاتی کشاورزی، مواد ضایعاتی صنعتی، بیوجاذبها و جاذبهای طبیعی بررسی خواهدشد. باتوجه به ارزان بودن جاذبها نسبت به غشاءها، سهولت عملکرد، تعمیر و نگهداری فرایند جذب و پیشرفت تکنولوژیهایساخت جاذبهای ارزان با ظرفیت بالای جذب، به نظر میرسد این فرایند بهترین گزینه برای حذف آلایندگی نیترات از آب آشامیدنی میباشد. همچنین کیتوسان به عنوان جاذب از لحاظ ظرفیت بالای جذب معرفی شده است.
مهدی امانی و داوود ابدردیده در سال 91 بر روی موضوع اندازه گیری فلزات سنگین در پساب پالایشگاه با استفاده از دستگاه اسپکتروسکپی جذب اتمی شعله ای روی نانواکسیدتیتان اصلاح شده با لیگاند فعالیت کردند که طی این تحقیق اثر پارامتر های مختلف مانندpH ، غلظت و نوع و حجم حلال شوینده، مقدار جاذب، ظرفیت جاذب، زمان تماس ، حجم نمونه، مطالعه و بهینه گردیدند.تحت شرایط بهینه گردیدند تشخیص بر اساس سه برابر انحراف استاندارد شاهد برای کادمیم(II)، نیکل(II) و مس(II) به ترتیب 0.27، 0.24 و 0.11 ppb با فاکتور پیش تغلیظ 120 حاصل شد. در نهایت روش پیشنهاد شده برای تعیین مقادیر کم کادمیوم در نمونه های استاندارد و پساب پالایشگاه سوم پارس جنوبی به کار برده شد و نتایج رضایت بخشی حاصل گردید
فاطمه کفشگری علی رضا کشتگار در سال 91 بر روی موضوع بررسی تاثیر نوع پیش تصفیه غلظت جاذب و بررسی میزان جذب برمیزان جذب فلزات سنگین از پساب واقعی تاسیسات فراوری شیمیایی اورانیوم اصفهان و UCF توسط جلبک قهوه ای سیستوسیرا ایندیکا کار کردند که طی ان دراین مقاله ابتدا اثرجلبک خام و پیش تصفیه جلبک قهوه ای سیستوسریا ایندیکا توسط کلرید کلسیم اسید هیدروکلریک و فرمالدهید برهیدروکلریک برمیزان جذب فلزات سنگین موجود درپساب واقعی تاسیسات فراوری شیمیایی اورانیوم اصفهان UCF بررسی و مشخص گردید که عملکرد جلبک پروتونه شده از عملکرد جلبک خام و آمایش شده با یون کلرید کلسیم و فرمالدهید بهتر می باشد سپس اثرPH و تغییرات غلظت جاذب برمیزان جذب تعادلی جلبک پروتونه شده بررسی شد طبق نتایج ظرفیت جذب جاذب پروتونه شده برای یونهای اورانیوم نیکل مس موجود درپساب به ترتیب 17/49و15/11و12/32 mg g-1 بوده است همچنین نتایج نشان داد که جلبک پروتونه شده درph حدود5 دارای ظرفیت جذب بالاتری می باشد.
محمود عالم رجبی و مرجان رادفر و زینب داداشی بر روی موضوع بررسی ترمودینامیکی جذب بیولوژیکی فلزات سنگین از پساب های صنعتی کار کردند که طی ان در این مطالعه چینه های ترمودینامیکی جذب فلزات سنگین از محلول های آبی بررسی شده است و به منظور پیشبینی و انالیز رفتاری فرآیند جذب ،ایزوترمهای لانگمیر و فریوندلیچ مذورد ارزیابی قرارگرفته اند. با بهره گرفتن از پارامترهای ترمودینامیکی در دماهای مختلف می توان امکان انجام فرایند و خودبخودی یا غیرخودبخودی بودن آن را مورد بحث و بررسی قرار داد. بر اساس تغییر علامت تغییرات آنتالپی واکنش که نمایانگر گرماگیر یا گر ماده بودن آن است، می توان پیش بینی هایی را در مورد تغییر میزان جذب در اثر کاهش یا افزایش دما انجام داد.
پرستو ساکی و رویا غلامی و افشین تنگدستان در سال 91 بر روی موضوع بررسی حذف کروم از پساب صنعتی توسط سرباره صنایع فولاد و تعیین ایزوترم ها و سینتیک جذب کار کردند که طی ان هدف از این مطالعه استفاده از سرباره به عنوان جاذبی ارزان قیمت جهت حذف آلاینده کروم از پساب صنایع می باشد.در این مطالعه حذف کروم با بکارگیری سرباره حاصل از صنایع فولاد با تغییر پارامتروایی از جمله PH ، زمان تماس، مقدار ماده جاذب)سرباره( و غلظت اولیه کروم در سیستم ناپیوسته مورد بررسی قرار گرفت. نمونه پساب مصنوعی مورد استفاده برای 22،2 میلی گرم بر لیتر آماده گردید.نتایج ،،12،1،، انجام آزمایشات با اضافه کردن دی کرو مات پتاسیم در آب مقطر و ساخت غلظتی مشخص در این تحقیق نشان می داد که در شرایط بهینه سرباره قابلیت جذب یون وای کروم از محلول وای آبی با غلظت 22 میلی گرم بر لیتر و زمان 60 درصد داراست. داده وای آزمایش از مدل وای لانگمویر و سینتیک جذب شبه مرتبه دوم تبعیت کردند. / تماس ، 0 دقیقه را تا حدود 3 خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و مورفولوژی سرباره نیز با استفاده از دستگاه وای XRD,XRF,SEM تعیین گردید. نتایج حاصل از این تحقیق می تواند در به کارگیری سرباره صنایع فولاد جهت حذف یون وای فلزی از پساب وای صنعتی مفید باشد
مژگان علی محمدی و علیرضا کشتگار در سال 83 بر روی موضوع بررسی جذب بیولوژیکی جهت جداسازی فلزات سنگین از پسابها ـ مورد دو جزئی آهن و کروم کار کردند در این مقاله جذب بیولوژیکی یونهای Fe(III) و Cr(VI) به صورت همزمان توسط بیوماس Rhizopus arrhizus مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان می دهد که H+ در pH های پایین مانع از جذب فلزات می گردد و در pH های بالا نیز فلزات رسوب کرده و جدا نمی گردند. به این ترتیب PH بهینه انتخاب شده و در آن مقدار، آزمایشات دوجزئی انجام گردید. بر اساس مکانیزم تبادل یونی که بین فلزات و سایتهای فعال انجام می شود، جاذب به صورت گزینشی فلزات را جدا می نماید. جهت مدلسازی سیستم های چند جزئی، اطلاعات به دست آمده از آمایشات با استفاده از مدلهای موجود تطابق داده شد. در این بررسی به تدریج بر میزان پیچیدگی مدل افزوده گردید و نتیجه شد که با وجود ساده نبودن مکانیزم عملیات جذب بیولوژیکی، مدلهای پیشگو که از پارامترهای سیستم های تک جزئی استفاده می کنند نیز به خوبی قادر به مدلسازی این سیستم ها می باشند.
زهرا محمد صالحی و نوشین طلایی و فاطمه سحابی در سال 90 بر روی موضوع جذب فلز سنگین کبالت از پساب های صنعتی با استفاده از نانوذرات مغناطیسی جایگزین شده در نشاسته کار کردند در این طرح پ‍ژوهشی نانوذرات مغناطیسی بر روی جاذب نشاسته سنتز و شناسایی شدند. همچنین اثر این نانوجاذب بر روی فلز سنگین کبالت بررسی شد و شرایط عملیاتی مناسب شامل pH، دما، غلظت آلاینده و مقدار جاذب بهینه سازی شد.
قیصری محمدمهدی و مصری پور منوچهرو هودجی مهران نوروزی در سال84 بر روی موضوع بررسی میزان جذب نیترات موجود در آب آشامیدنی شهر اصفهان در سال 1383 کار کردند در این پژوهش میزان نیترات در آب آشامیدنی نقاط مختلف شهر اصفهان بررسی شده است. در این بررسی تعداد 513 نمونه آب از منازل سه منطقه جنوبی، مرکزی و شمالی شهر جمع آوری گردید. نمونه برداری از هر منزل 5 بار در طی سه ماه تابستان سال 1383 انجام شد. میانگین غلظت نیترات 4/10±8/22 میلی گرم در لیتر اندازه گیری شد، که در محدوده غلظت 6/6 تا 5/63 میلی گرم در لیتر قرار داشت. غلظت نیترات در 19 نمونه (7/3 درصد) بالاتر از حد مجاز (45 میلی گرم در لیتر) و 332 نمونه (7/64 درصد) کمتر از25 میلی گرم در لیتر بود. میانگین غلظت نیترات در سه منطقه 1، 2، و 3 به ترتیب 9/4±4/16، 9/8±7/18، و 7/8±2/31 میلی گرم در لیتر اندازه گیری شد که اختلاف مشاهده شده بین سه منطقه معنی دار است. با توجه به نتایج به دست آمده، غلظت نیترات در 7/64 درصد نمونه های آب آشامیدنی شهر اصفهان کمتر از حد مجاز سازمان بهداشت جهانی و کشورهای اروپایی است.
پروین علی زاده و بهزاد نادری گرگری در سال92 بر روی موضوع بررسی تاثیر نانو ذرات مغناطیسی Fe3O4 در حذف روی (Zn) از پساب صنایع روی کار کردند در این تحقیق تاثیر فلزات سنگین بر روی محیط زیست و متقابلا بر روی زندگی موجودات زنده و بخصوص انسان و ضرورت های حذف فلزات سنگین از پساب های تولیدی صنایعی همچون دباغی معدن کاری کارخانجات شیمیایی و همچنین میزان حذف فلز روی از یساب صنایع روی با استفاده از نانو ذرات مغناطیسی Fe3O4 درمقدار جاذب و زمان تماس PH های متفاوت و تحت تاثیر امواج اولتراسونیک مورد مطالعه قرار گرفته است.
زینت سلحشور و افسانه شهبازی در سال92 بر روی موضوع تصفیه ، بازیابی و بهره برداری از آب های آلوده با استفاده از فناوری نانو کار کردند با توسعه بخش کشاورزی افزایش جمعیت جهان و نیاز روز افزون به منابع آب بر اهمیت تصفیه و حفظ آب و کنترل آلودگی های محیط زیستی ناشی از آن افزوده می شود بر اساس پیش بینی های مطالعات جمعیتی سازمان ملل متحد دانشگاه رسال 1998 تا سال 2025 بیش از 2/8 میلیارد نفر در 48 کشور جهان با کمبود آب سالم مواجه خواهند شد با توجه به هزینه بالای صنعت تصفی و نیاز مبرم به منابع آب امروزه دستیابی به روش های جدید تصفیه فاضلاب با کارایی بالا و هزینه پایین ضرورت دارد در حال حاضر مهمترین منابع آلاینده آب در سطح کشور پساب های شهری صنعتی و کشاورزی هستند اخیرا با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و فاضلاب صنعتی و کشاورزی معرفی شده است فناوری نانو در حال حاضر جدیدترین فناوری دنیا بوده و با سرعتی غیرقابل تصور در حال گسترش است فناوری نانو در علوم مهندسی محیط زیست و ساخت تجهیزات محافظ محیط زیست در مقابل انواع آلودگی های زیست محیطی )آب ، خاک ، هوا و صوت(بسیار کاربرد دارد استفاده از آن باعث صرفه جوئی در مصرف هزینه ، انرژی ، حفاظت از منابع محیط ریست و پیگیری و رفع آلودگی های محیط زیستی و در نهایت دستیابی به توسعه ای پایدار می شود علی رغم کاربردهای مفید فناوری نانو در محیط زیست این فناوری می تواند عامل مشکلات جدی زیست محیطی نیز باشد تا کنون انواع نانو مواد مانند دندریمر نانو سنسور نانو ذرات نانو مواد نانو فیلترها و غیره شناخته شده اند در انی مطالعه سعی بر معرفی ویژگی ها و کاربرد نانو تکنولوژی مورد استفاده در عصر حاضر و راهکارهای کاهش آلودگی آب با دیگر تکنیک های جدید شده است.
سعیده سادات موسوی و علی کارگری در سال 92 بر روی موضوع کاربرد سیستم های نانو فیلتر اسون در تصفیه آب و پساب کار کردند در این مقاله به معرفی نانو فیلتراسیون برای تصفیه و نمک زدایی کاربردهای آن در صنایع مختلف و نتایج مربوط به عملیات تصفیه توسط انواع غشاهای نانوفیلتراسیون در دهه های گذشته بر روی آب های سطحی پساب های صنعتی و فاضلاب پرداخت شد تحقیقات نشان می دهد استفاده از غشاهای نانوفیلتراسیون در تصفیه آب و پساب علاوه بر افزایش کیفیت آب تصفیه شده می تواند هزینه های تصفیه را نسبت به غشای اسمزمعکوس یا دیگر روش های جداسازی مانند تقطیر و غیره تا حدود زیادی کاهش دهد. نتایج حاصل نشان می دهد غشای نانوفیلتراسیون اثر موثری در تصفیه آب به ویژه حذف آلاینده ها و ترکیبات آلی از قبیل مواد آلی طبیعی مواد گندزدا آفت کش ها اورانیوم حل شده کروم آرسنیک و دیگر فلزات دارد به علاوه نانو فیلتراسیون به عنوان پیش تصفیه در فرآیندهای نمک زدایی استفاده می شود.
cystoseria indica s,jabersalari Morteza Ghasemi , AliReza Keshtkar, Reza dabbagh در تحقیقات خود دررابطه با جذب زیستی اورانیوم (VI) از محلول های آبی توسط جلبک تحت آزمایش با Ca ، بررسی و مدلسازی منحنی های شکست، مطالعاتی به صورت زیر انجام داده اندجذب زیستی اورانیوم (VI) از محلول های آبی حاوی 1-60mgL تغلیظ شده با فلز Ca توسط جلبک cystoseria indica ، در یک ستون بستر ثابت با قطر داخلی 1.5cm مورد بررسی قرار گرفت. تاثیر ارتفاع بستر و سرعت جریان در فرایند جذب زیستی مورد بررسی قرار گرفت و منحنی شکست آزمایش بدست آمد. نتایج نشان داد که افزایش ارتفاع بستر، زمان شکست و استخراج افزایش یافته و شیب منحنی شکست کاهش یافته است.. ظرفیت جذب ماکزیمم 15.318 میلی گرم بر گرم جاذب و حذف فلزات کل 32.59% در سرعت جریان 1-min mL3.2 بدست آمد و ارتفاع بستر 6cm بود. ستون با استفاده از محلول M HCl 0.1 شسته ومطالعات بازیافت انجام شد . نتایج بدست آمده تصدیق کرد که قابلیت استفاده مجدد از این جاذب زیستی ممکن است. نتایج بدست آمده توافق خوبی با مدل زمان کارکرد عمق بستر دارد همچنین با مدل توماس ، یان و بلتر تناسب داشته و توافق خوبی بین داده های تجربی با داده های تئوری وجود داشت.
Amir Goshadrou, Ahmad Moheb در تحقیقات خود در رابطه با جذب اسیدآبی AB921، توسط بستر ثابت گرافیت ورقه ورقه شده مطالعات مدلسازی و بررسی تجربی انجام داده اند حذف این رنگ اسید (یا AB921) توسط گرافیت ورقه ورقه شده (EG) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش جذب اثبات کرد که EG می تواند رنگ را با کارآیی حد اقل 70% حذف کند. ایزوترم فروندلیش، لانگمویر، و راوکی پراسنیتز و پارامترهای مربوطه تخمین زده شدند. مشخص شد که مدل های لانگمویر و رادکی پراسنیتز بصورت تجربی رضایت بخش بودند. یک سری جامع از تستهای ستونی برای تشخیص منحنی شکست انجام شد و سرعت جریان خوراک و غلظت رنگ اولیه و میزان جاذب سطحی در فرایند جذب را مورد بررسی قرار داد. نتایج نشان داد که زمان شکست با افزایش در سرعت جریان و غلظت رنگ اولیه کاهش می یابد. جذب کل AB921 ، 02/5 در oC2±27 برای غلظت اولیه 1-mgL30 در سرعت جریان خوراک 1-min ml 9.6 اندازه گیری شد. نتایج بدست آمده از مدل ریاضی توافق خوبی با دادههای آزمایشی داشت که موفقیت مدل در پیش بینی فرایند را اثبات کرد.
مهدی ابراهیمی گت گش و حبیب اله یونسی و افسانه شهبازی در تاریخ 93 در مجله اب و فاضلاب بر روی موضوع حذف نیترات از محلولهای آبی با استفاده از جاذب نانو حفره سیلیکایی MCM-41 عامل دار شده با گروههای آلی دی آمینی کار کردند این پژوهش با هدف حذف نیترات از محلولهای آبی با استفاده از میان حفره سیلیکایی MCM-41 عامل دار شده با گروه آلی دی آمینی (NH2-NH-MCM-41) انجام شد. ابتدا میان حفره MCM-41 سنتز گردید و به روش پیوند تکمیلی با گروههای آلی دی آمینی عامل دار شد. برای شناسایی مواد سنتز شده، از آنالیزهای XRD، BET و FTIR استفاده شد. نتایج به دست آمده از آزمایش های جذب نیترات در سیستم ناپیوسته جذبی، میزان بالای مقدار جذب و درصد حذف را نشان داد. میزان بهینه pH برابر7، میزان بهینه جاذب 5 گرم در لیتر و غلظت اولیه بهینه آنیون نیترات 110 میلی گرم در لیتر محاسبه شد. تاثیر زمان تماس جاذب با آنیون نیترات نشان داد که بالاترین میزان جذب در زمان 15 دقیقه است. مقدار جذب برای جاذب NH2-NH-MCM-41 برابر 74/15 میلی گرم در گرم به دست آمد و درصد حذف آنیون نیترات توسط این جاذب نیز میزان 75 درصد را نشان داد. همچنین داده های جذب تعادلی با استفاده از مدل های ایزوترمی لانگمیر و فروندلیچ بررسی و بیشینه ظرفیت جذب تعادلی معادل 8/29 میلی گرم بر گرم برآورد گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که جاذب میان حفره NH2-NH-MCM-41 می تواند به عنوان جاذبی مناسب برای حذف آنیون های نیترات از محیط های آبی مورد استفاده قرار گیرد.
معصومه فراستی ، سعید برومند نسب ، هادی معاضد ، نعمت اله جعفرزاده حقیقی فرد ، جهانگیر عابدی کوپایی ، مرتضی سیدیان در سال92 در مجله اب و فاضلاب بر روی موضوع حذف نیترات از آبهای آلوده با استفاده از نانوذرات نی اصلاح شده کار کردند در این تحقیق نانو ذرات نی توسط محلولهای اپی کلروهیدرین، تری اتیل آمین، متانول و پیریدین اصلاح گردید. سپس نانو جاذب اصلاح شده به منظور حذف نیترات از آبهای آلوده با استفاده از آزمایش های جذب ناپیوسته و پیوسته مورد بررسی قرار گرفت. در آزمایش های ناپیوسته اثر عواملی مانند pH ، جرم جاذب و غلظت نیترات اولیه بر جذب نیترات بررسی گردید. نتایج آزمایش ها نشان داد که با افزایش pH محلول از2 تا 10، راندمان حذف از 60 تا 86 درصد افزایش یافت و درpH برابر 6 به حداکثر مقدار خود رسید. زمان تعادل برابر2 ساعت به دست آمد. با افزایش غلظت نیترات اولیه از 5 تا 120 میلی گرم در لیتر، راندمان جذب از 90 به 67 درصد کاهش یافت. با افزایش جرم جاذب از 0/1 تا 0/3 گرم، راندمان حذف از 54 تا 68 درصد افزایش یافت، اما با افزایش از 0/3 گرم تا 1 گرم، راندمان جذب ثابت ماند. فرایند جذب از مدل سینتیک مرتبه دوم (R2 برابر 1) تبعیت کرده و داده های جذب با ایزوترم لانگمیر (R2 برابر 0/99) مطابقت بیشتری داشت. آزمایش های پیوسته با استفاده از ستون با بستر ثابت (قطر داخلی 2/8 سانتی متر و 35 سانتی متر ارتفاع ستون) انجام گرفت. با استفاده از آب شبیه سازی شده با غلظتهای 15، 50 و 120 میلی گرم در لیتر برای دو دبی 0/98 و 2/27 لیتر در ساعت، ظرفیت ستون جذب (qed) به ترتیب برابر 13/36، 28/48 و 36/52 میلی گرم بر گرم و 25/21، 60/93 و 74/32 میلی گرم بر گرم به دست آمد. نتایج این مطالعه نشان داد که نانو جاذب نی اصلاح شده قابلیت بالایی در حذف یون های نیترات از آبهای آلوده دارد.
م البنین نائیج، انوشیروان محسنی بندپی، احمد احمد جنیدی جعفری، علی اسرافیلی، روشنک رضایی کلانتری در سال 91 در فصلنامه سلامت و محیط بر روی موضوع حذف نیترات از آب با استفاده از نانو ذرات آهن صفر نشانده شده بر زئولیت کار کردند این تحقیق در دو فاز، بررسی میزان کارایی زئولیت و زئولیت اصلاح شده با نانو ذره آهن صفر در حذف نیترات انجام شد. برای مطالعات جذب نیترات در ابتدا pH بهینه سپس زمان بهینه تعیین گردید و در مراحل بعد تاثیر میزان مختلف جاذب و غلظت های مختلف نیترات به روش یک فاکتور در زمان مورد بررسی قرار گرفت. سپس ضرایب ایزوترم های جذب بر مبنای شرایط بهینه برای هر دو جاذب محاسبه گردید. برای تعیین مشخصات فیزیکی جاذب ها از آزمایشات SEM و TEM استفاده شد. ررسی مورفولوژی سطح جاذب نشان داد که آهن صفر نشانده شده روی زئولیت دارای اندازه حدودnm 50-30 است. 5=pH، زمان تماس min 120 و میزان جاذب g/L 15، 3=pH ، زمان تماس min 50 و میزان جاذب g/L 5/7 به عنوان شرایط بهینه به ترتیب برای جاذب زئولیت و زئولیت اصلاح شده با نانو ذره آهن صفر بوده است. بررسی روابط ایزوترم نشان داد جذب نیترات توسط هردو جاذب از مدل لانگمیر پیروی می کند. زئولیت اصلاح شده با نانو ذره آهن صفر به علت داشتن جایگاه های فراوان جذب و Fe0 به عنوان عامل احیاء می تواند توانایی زیادی در حذف نیترات از آب آشامیدنی داشته باشد.
محمد ملکوتیان، کامیار یغمائیان، مهسا طاهرگورابی در ماهنامه طلوع بهداشت سال دهم شماره2 سال 90 بر روی موضوع بررسی کارایی حذف نیترات در آب شرب با استفاده از نانو ذره آهن و تعیین شرایط بهینه کار کردند این مطالعه از نوع تحلیلی – کاربردی است و در این مطالعه برای تهیه نانو ذره آهن صفر ظرفیتی از بوروهیدرید سدیم و کلرورفریک به نسبت 1 به 3 استفاده شد.سپس متغیرهایی از قبیل pH(4،6،8،10)و زمان تماس(5،10،15،20،25،30،35،40،45،50،55،60،65)دقیقه و غلظت نانو ذره آهنg/l(10،15(،30،45،60) و غلظت نیتراتmg/l25،35،50،75،100،200،300،400،500) مورد بررسی قرار گرفت. و طبق متداول ترین ایزوترمها و سنتیک های جذب میزان جذب و دینامیک واکنش نیترات تعیین شد. حداکثر حذف نیترات در PH برابر 4 و زمان تماس60 دقیقه، تحت تاثیر غلظت نانوذره آهن g/l15 با غلظت اولیه نیتراتmg/l50 به ترتیب برابر با 90%، 1/99%، 95% ، 70% بدست آمد. ایزوترم فروند لیخ (988/0= R2) و لانگمیر نوع 2 (978/0=R2) بیشترین تطابق را با داده های این مطالعه نشان داد .همچنین آنالیز سینتیک نشان داد که جذب نیترات توسط نانو ذره آهن صفر ظرفیتی مطابق سینتیک درجه 2 انجام شده است(989/0=R2). یافته ها نشان دادند که میزان حذف نیترات با کاهش pH وافزایش زمان تماس افزایش می یابد.با افزایش غلظت نانو ذره درصد حذف افزایش یافت. همچنین با افزایش غلظت نیترات درصد حذف کاهش یافت. بنابراین جهت میزان حذف بیشتر نیترات بایستی شرایط بهینه آزمایش تعیین گردند.
حسن ایزانلو ، طیبه رحیمی ، محمدحسن محمودیان ، محمد خزائی ، زینب یاوری ، علیرضا عسگری ، نجمه واعظی در مجله تحقیقات نظام سلامت سال ششم شماره چهار ،1389 بر روی موضوع حذف نیترات از آب با استفاده از جاذب گرانول هیدروکسید فریک کار کردند این مطالعه بنیادی است و در مقیاس آزمایشگاهی انجام شد که در آن محلول های سینتیک نیترات در یک راکتور ناپیوسته در تماس با جاذب قرار داده شد تا سینتیک جذب، مدل شود نتایج نشان می دهند که با افزایش غلظت اولیه نیترات، ظرفیت جذب در زمان کوتاه 2 تا 3 دقیقه به بیشترین حد می رسد. ظرفیت جذب، با افزایش مقدار و کاهش اندازه ذرات جاذب کاهش می یابد. همچنین سینتیک جذب از الگوی واکنش های درجه دو کاذب پیروی می کرد. نیترات با این روش حذف، می تواند به زیر حد استاندارد (mgL-1 45 بر حسب نیترات) برسد. بهره برداری آسان و ظرفیت جذب بالای GFH، از مزایای به کارگیری این روش حذف است
محمد حسین سلمانی ندوشن، محدثه ابوئیان جهرمی، محمد حسن احرامپوش، حمید رضا زارع، مهری سازواری در دو ماهنامه طلوع بهداشت،سال دهم ،شماره1،بهار 1390 بر روی موضوع قابلیت نانو ذرات آهن اکسیددرحذف یون نقره از محیط فاضلاب صنعتی مصنوعی کار کردند این مطالعه به روش تجربی – آزمایشگاهی انجام گرفت .نانوذرات آهن اکسید استفاده شده از طریق اکسید کردن نانوذرات آهن صفر تولید وسپس کارایی آن برای حذف یون نقره در یک محیط فاضلاب مصنوعی به روش ناپیوسته مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین عوامل موثر در فرآیند جذب شامل pH محلول، غلظت نانو ذرات آهن اکسید، مدت زمان تماس و دما نیز بررسی شد.مقدار یون نقره باقیمانده پس از سانتریفیوژوصاف کردن با دستگاه جذب اتمی اندازه گیری گردید. نتایج نشان داد که ذرات آهن اکسید به صورت نانوذرات واکنش داده است. ماکزیمم حذف در3pH=،دمای واکنش °C 25وغلظت نانو ذرات 35 گرم بر لیتربرابر2/98% است.بهترین شرایط در3=pH ،غلظت نانو ذرات 10گرم بر لیتر،زمان تماس 5 ساعت ودمای °C 25(دمای آزمایشگاه)،87% نقره حذف شد. غلظت نانو ذرات آهن اکسید وpH اثر قابل توجه ای درفرایند حذف یون نقره دارند. راندمان حذف توسط نانوذرات در pH اسیدی بیشتر است که نشان می دهد حذف به صورت جذب وسپس احیاء انجام می شود.در pH بازی٬راندمان حذف به طور قابل توجه کمتر است زیرا یون نقره با فرایند جذب بر روی سطح نانوذرات اکسیدی حذف می شود. با اعمال شرایط بهینه، نانو ذرات آهن اکسید دارای توانایی بالایی در حذف نقره وکاهش آلودگی شیمیایی از محیط فاضلاب صنعتی دارد.
عباس خدابخشی ، محمد مهدی امین ، مرتضی سدهی در مجله دانشگاه علوم پزشکی شهرکرد ،شماره52،مهر و ابان 1390 بر روی موضوع حذف کروم شش ظرفیتی از پساب شبیه سازی شده صنایع آبکاری توسط نانو ذرات مگنتیت کار کردند در این مطالعه تجربی نانو ذرات مگنتیت با استفاده از روش سل- ژل و با افزودن کلرور آهن دو و سه ظرفیتی در محیط مایی و تحت شرایط قلیایی تهیه گردید. سپس تاثیر عوامل موثر بر این فرآیند شامل، غلظت نانو ذره، غلظت اولیه کروم، pH محلول، سرعت اختلاط و زمان تماس، بررسی گردید. برای تعیین حجم نمونه از روش تاگوچی و تحلیل داده ها بر اساس مدل رگرسیون خطی ساده انجام شد. نمونه برداری بر مبنای پروتکل نمونه برداری انجام شد. یافته های این تحقیق نشان داد که در شرایط pH معادل 2، غلظت اولیه کروم ۱۰ میلی گرم بر لیتر، نانو ذرات مگنتیت سنتز شده با دوز 1 گرم بر لیتر، زمان تماس 5 دقیقه و سرعت همزن 250 دور در دقیقه، حدود 82% از کرم (VI) حذف شده بود. راندمان حذف با افزایش سرعت اختلاط افزایش معنی داری داشت (001/0P<). همچنین راندمان حذف با افزایش pH و افزایش غلظت کروم کاهش معنی داری داشت (001/0P<). نانو ذرات تولیدی مگنتیت دارای کارآیی بالایی در حذف کرم (VI) از پساب های شبیه سازی شده صنایع آبکاری بوده و راندمان حذف با pH رابطه عکس دارد.
افشین تکدستان، علی اکبر عظیمی، ژیلا سالاری در مجله اب و فاضلاب شماره79،پاییز1390 بر روی موضوع بررسی کارایی استفاده از فرایند انعقاد الکتریکی در حذف کدورت، COD، دترجنت و فسفات از پساب کارواش کار کردند هدف از این مطالعه ارزیابی راندمان حذف COD، کدورت، دترجنت و فسفات از پساب کارواش توسط فرایند انعقاد الکتریکی بود. این بررسی یک مطالعه تجربی در مقیاس آزمایشگاهی بود که به شکل پایلوت به انجام رسید. یک مخزن شیشه ای به حجم 3 لیتر(حجم موثر 2لیتر) حاوی 4 الکترود صفحه ای آهن و آلومینیوم با آرایش های AL-AL،AL-Fe و Fe-Fe به منظور مطالعه مورد استفاده قرار گرفت. الکترودها به روش دو قطبی به یک منبع تغذیه به منظور تبدیل جریان برق متناوب به مستقیم متصل شدند. نمونه ها به صورت روزانه از کارواش های مختلف در سطح شهر جمع آوری شدند. pH اولیه نمونه ها بین 7 تا 9 گزارش شد و در ابتدا آزمایش هایی بر روی نمونه اولیه انجام شد. درصد حذف در مقادیرpH برابر3، 7 و 11 در گستره پتانسیل الکتریکی 20،10 و 30 ولت در زمان های واکنش 60،30 و 90 دقیقه و با فواصل میانی 2 سانتی متر تعیین مقدار شد. نتایج حاصله نشان داد که راندمان حذف COD در pH بهینه 3 و ولتاژ 30 و زمان ماند 90 دقیقه با الکترود آهن به بیش از 93 درصد رسید. همچنین ظرفیت حذف این فرایند برای دترجنت در pH بهینه 7 و ولتاژ 30 و زمان ماند 90 دقیقه با الکترود آهن 94 درصد بود. بالاترین بازده حذف فسفات و کدورت درpH بهینه 7 و بعد از طی زمان ماند 90 دقیقه با ولتاژ 30 و با الکترودهای آلومینیوم به بیش از 99 درصد رسید. با توجه به نتایج به دست آمده، انرژی الکتریکی مصرفی در استفاده از الکترودهای آلومینیوم کمتر از آرایش های دیگر است ولی از آنجایی که قیمت فلز آلومینیوم نسبت به آهن گران تر است و اختلاف زیادی بین انرژی الکتریکی مصرفی الکترود آهن و آلومینیوم وجود ندارد و همچنین راندمان حذف COD و دترجنت با الکترود آهن بیشتر است، لذا استفاده از آهن به عنوان الکترود، اقتصادی تر است. نتایج این تحقیق نشان داد که می توان این روش را به عنوان یک روش مطمئن و مناسب برای تصفیه پساب کارواش، به کار برد و با توجه به راندمان بالای حذف، می توان پساب خروجی را با اطمینان در محیط تخلیه کرد.
دکتر علیرضا رحمانی ، رقیه نوروزی ، دکتر محمدتقی صمدی ، مهدی شیرزاد سیبنی در مجله علوم و پزشکی درمانی همدان ،شماره61،پاییز1390 بر روی موضوع حذف کروم شش ظرفیتی از محیطهای آبی با استفاده از جذب بر روی پودر آهن تجاری؛ مطالعه سینتیکی و تعادلی کار کردند یکی از عمده ترین آلاینده های محیط زیست پساب های صنعتی حاوی فلزات سنگین است. کروم از جمله فلزات سنگین می باشد که در پساب صنایع مختلف از جمله پساب صنایع آبکاری وجود دارد و بشدت برای انسان و محیط زیست سمی است. هدف از این مطالعه بررسی جذب فلزات سنگین مثل کروم شش ظرفیتی بر روی پودر آهن تجاری به عنوان جاذب موثر، سریع و ارزان قیمت بود. این مطالعه از نوع تجربی- آزمایشگاهی بود که در سیستم ناپیوسته انجام گردید. در این مطالعه حذف کروم شش ظرفیتی با استفاده از پودر آهن با تغییرات pH ، زمان تماس، مقدار اولیه پودر آهن تجاری و غلظت اولیه کروم شش ظرفیتی مورد بررسی قرار گرفت و نتایج توسط نرم افزار Excel تجزیه و تحلیل گردید. نتایج حاصل از انجام آزمایشات مشخص ساخت که کارایی حذف کروم شش ظرفیتی با افزایش pH و غلظت اولیه کروم شش ظرفیتی کاهش یافت. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش زمان تماس و مقدار پودر آهن، کارایی حذف افزایش یافت. به طوری که با افزایش مقدار ماده جاذب از g/100ml 1/0 به g/100ml 5/1 در شرایط ثابت غلظت اولیه کروم شش ظرفیتی mg/L20 و 7=pH ، کارایی حذف از 5/47% به 5/92% افزایش یافت. همچنین در شرایط ثابت غلظت اولیه کروم شش ظرفیتی mg/L20، 7=pH و مقدار پودر آهن g/100ml 1/0 با افزایش زمان تماس از 2 دقیقه به 120دقیقه کارایی حذف از 1/41% به 51/48% افزایش یافت. همچنین دادهای تجربی تعادل جذب با مدل های ایزوترم جذب فروندلیخ و لانگمیر و مدلهای سینتیکی شبه درجه اول، شبه درجه دوم و شبه درجه اول اصلاح شده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که که سینتیک فرایند جذب از مدل سینتیک شبه درجه دو، و داده های تعادلی از مدل ایزوترمی لانگمیر پیروی می کند. در مجموع نتایج حاصل از انجام آزمایشات مشخص ساخت که می توان از پودر آهن تجاری به عنوان یک روش موثر، سریع و ارزان در جهت حذف کروم شش ظرفیتی از محلول های آبی استفاده کرد.
عباس خدابخشی ، محمد مهدی امین ، مرتضی مظفری ، بیژن بینا در مجله تحقیقات نظام سلامت ،سال ششم ،شماره4،1389 بر روی موضوع حذف کروم شش ظرفیتی از پساب شبیه سازی شده صنایع آبکاری توسط نانو ذرات مگهمایت کار کردند افته های این تحقیق نشان می دهد که در شرایط pH معادل 2، غلظت اولیه کروم ۱۰ میلی گرم بر لیتر، نانو ذرات مگهمایت تولید شده با دوز 1 گرم بر لیتر، زمان تماس 5 دقیقه و سرعت همزن 250 دور در دقیقه حدود 86 درصد ازکرم (VI) حذف می گردد. خصوصیات نانو ذرات تولید شده شامل ساختار ذره، نوع ترکیب، اندازه و زتا پتانسیل آن ها نیز با استفاده از دستگاه های XRD، XRF و Zeta and particle sizer تعیین گردید. از یافته های این پژوهش نتیجه گیری می شود که نانو ذرات تولیدی مگهمایت دارای کارایی بالایی درحذف کرم) VI) از پساب های شبیه سازی شده صنایع آبکاری بوده و راندمان حذف با pH رابطه عکس دارد.
کبری رمضانی ، سوسن روشن ضمیر ، محمدحسن ایکانی در دو ماهنامه مهندسی شیمی ،شماره37،1387 بر روی موضوع حذف خواست اکسیژن شیمیایی ( COD ) فاضلاب با استفاده از روش الکتروشیمیایی کار کردند اکثر پساب های صنعتی دارای مقادیر بسیار بالایی نمک هستند. تصفیه پساب های نمکی ساده نمی باشد. روش های بیولوژیکی برای این آب ها به علت بازدارندگی نمک در رشد میکروبی خیلی رضایت بخش نیست. اما پساب های نمکی به علت وجود آنیون ها و کاتیون ها، هدایت بالایی دارند و لذا استفاده از روش های الکتروشیمیایی، مناسب می باشد. در این تحقیق، استفاده از روش الکتروشیمیایی در تصفیه پساب و پارامترهای موثر بر راندمان روش الکتروشیمیایی در حذف COD نظیر هدایت پساب، pH و دانسیته جریان، دما و غلظت، مورد بررسی قرار گرفته اند.

فصل3: کاربرد دستگاه های بکار رفته در ازمایش
3-1 اسپکتو فتو متر :
وسیله ای است برای سنجش طیف جذبی محلول های مختلف در جهت تعیین مقدار ماده رنگی در محلول که بر اساس آن اندازه گیری نور عبور کننده از محلول می باشد. با عبور نور از محلول دو نوع طیف ورودی IO و خروجی IT خواهیم داشت.
میزان IT به میزان غلظت ماده رنگی و طول مسیر آن و قطر کووت بستگی دارد و هرچه بیشتر باشد IT کمتر و در نتیجه میزان طیف جزبی افزایش می یابد در این بحث 2 قانون بیرولامبرت در جهت تعیین روش های طیف نورسنجی اشاره می شود.
3-2 اسپکتو فتو متر و اجزای آن :
اسپکتروفتومترها، تجهیزاتیهستند که جذب یا عبور طول موج های مشخصی از انرژی تابشی (نور) از یک آنالیت را در یک محلول تعیین می کنند. به دلیل تفاوت در تعداد و آرایش گروه ها، پیوندهای دوگانه اتم های کربن در هر مولکول، نور را در طول موج های خاص با الگوی طیف مشخص، جذب می کند. بر اساس قانون بیر – لامبرت ‏‎(Beer – Lambert)‎‏ ، مقدار نوری که در این طول موج مشخص جذب می شود مستقیماً با غلظت آن نمونه شیمیایی متناسب است. اسپکتروفتومترهای مرئی و فرابنفش، رایج ترین دستگاه های جذب سنجی در مراکز تشخیصی و آزمایشگاهی است.‏
● اسپکتروفتومتر نور مرئی
در آزمایشگاه ها، بخش گسترده ای از اندازه گیری ها بر اساس واکنش های جذب سنجی صورت می پذیرد. فعالیت اکثر آنزیم ها، تری گلیسیرید، کلسترول، لیپو پروتئین ها، قند، کراتینین، اوره و . . . طیف وسیعی از آنالیت ها با کاربردهای بالینی و تحقیقاتی، طیف وسیعی از داروها و بخش گسترده ای از متابولیت ها با اسپکتروفتومتری قابل سنجش است. بررسی ساختمان مولکولی، شناسائی ترکیبات، مقایسه ساختمان ها، یافتن طول موج ماکزیمم جذب و . . . از دیگر کاربردهای اسپکتروفتومتری در مسائل تحقیقاتی است.‏
3-2-1● اجزاء دستگاه ‏
‏۶ قسمت اصلی در ساختمان اسپکتروفتومترها وجود دارد که عبارت است از:
▪ منبع نور ‏‎(Light Source)‎
▪ تکفام ساز (‏‎(Monochromator
▪ ‎ متمرکز کننده پرتو( ‏‎(Focusing Device
▪ ‎ محل نمونه (‏‎(Cuvet
▪ ‎ آشکارساز( ‏‎(Detector
▪ ‎ دستگاه نمایش خروجی (‏‎(Display Device

شکل زیرساختار اپتیک دستگاه اسپکتروفوتومتر را نشان می دهد

۱) منبع نور (‏‎(Light Source
منبع نور در اثر افزایش حرارت به کمک الکتریسیته در یک لامپ تامین می شود. شرایط اصلی این منبع، شدت کافی، پایداری و پیوستگی اجزای آن است. برای تامین نور مرئی به منظور اندازه گیری، محلول های نسبتا رقیقی که تغییر در شدت رنگشان متناسب با تغییر در غلظتشان است، معمولا از لامپ های تنگستن (با طول موج تولیدی بین ‏nm‏ ۹۰۰-۳۳۰) استفاده می شود.
۲) تکفام ساز( ‏‎(Monochromator
‎این قسمت از دستگاه پرتو چند فام را به پرتو تکفام تبدیل می کند. این عمل ممکن است توسط منشور یا سیستم گریتینگ انجام شود. فیلترها شیشه های رنگی است که بخش وسیعی از پرتوها را جذب کرده و فقط طول موج های محدودی را عبور می دهد.
۳) متمرکز کننده پرتو ‏‎(Focusing Device)‎
با ترکیبی از عدسی ها، شکاف بین دو تیغه باریک فلزی و آئینه ها در مسیر پرتو تابش، پرتوها موازی می شود و با تنظیم عرض شکاف می توان عرض پرتو را تنظیم کرد. هر چقدر عرض شکاف نور به کار رفته کمتر باشد، کیفیت پرتوها بهتر خواهد بود.
۴) محل نمونه ( ‏‎(Cuvet
‎کووت ها قسمتی از دستگاه است که نمونه مورد نظر یا بلانک در آن قرار می گیرد. این بخش معمولا به صورت استوانه یا مستطیل بوده و از شیشه، کوارتز یا پلاستیک ساخته می شود. کووت های پلاستیکی و شیشه ای برای محدوده مرئی به کار می رون.
۵) آشکارسازها (‏‎(Detectors
‎دستگاه هایی است که یک نوع از انرژی را به نوع دیگری تبدیل می کند و معمولا به سه گروه اصلی تقسیم می شود :
▪ فتوالکتریک،
▪ فتوشیمیایی
▪ حرارتی.
در دستگاه های اسپکتروفتومتر از آشکارسازهای فتوالکتریک استفاده می شود. فتوسل و فتو تیوب از ساده ترین آشکارسازها است. فتو ترانزیستورها و فتودیودها نیز برای این منظور استفاده می شود.
3-3 دستگاه نمایش خروجی ( (Display Device
این قسمت، می تواند یک گالوانومتر، صفحه ثبات، اسیلسکوپ یا صفحه نمایشگرکامپیوتر با نرم افزارهای متنوع باشد.‏
اسپکتروفتومتر فرابنفش (‏‎(Ultraviolet
‎ساختمانی همانند اسپکتروفتومتر نور مرئی داشته و به طول موج های نور فرابنفش حساس است.‏
اسپکتروفتومتر نشر شعله (‏‎(Flame
ساختمان این دستگاه شبیه اسپکتروفتومتر یا فتومتر ساده است با این تفاوت که در فتومتر، لامپ الکتریکی و در این دستگاه نور حاصل از سوختن ماده مورد آزمایش در درون شعله به عنوان منبع نوری در نظر گرفته می شود. در طیف سنجی نشر شعله، نور حاصل مستقیما اندازه گیری می شود.
اسپکتروفتومتر جذب اتمی (‏‎(Atomic Absorption
اسپکتروفتومترهای جذب اتمی ‏‎(AAS)‎‏ غلظت عناصر فلزی که از نظر پزشکی برای حفظ سلامتی مهم است را اندازه گیری می کند. در خصوص این عناصر می توان به کلسیم، منیزیم، مس، روی و آهن اشاره نمود. اسپکتروفتومترهای جذب اتمی همچنین برای تعیین اینکه آیا سطح درمانی داروهایی نظیر لیتیم در خون، تامین شده است یا خیر و همچنین برای آشکارسازی و تعیین کمیت سموم فلزی مورد استفاده قرار می گیرد .
1 – قانون بیر : براساس این قانون بخشی از نور که به وسیله ی نمونه جزب می شود به ضخامت لایه D جذب کنند و به غلظت مولکولیساده جذب کننده در لایه بستگی دارد .
2 – قانون لامبرت : نسبت انرژی نورانی که توسط مولکول های یک ماده در لایه های مختلف محلول جذب می شود ثابت بوده و به شدت نور اصلی بستگی ندارد بر این اساس لایه هایی با ذخامت برابر از یک ماده همگن به نسبت های مساوی نور را جذب می کند.
وسایل لازم : دستگاه اسپکتروفتومتر، محلول بلانک، نمونه استاندارد، نمونه مجهول
3-4 مراحل استفاده طی انجام آزمایش :
ابتدا با استفاده از محلول بلانک B دستگاه اسپکتروفتومتر را تنظیم میکنیم ( صفر میکنیم)، سپس یک بار نمونه تست و یک بار نمونه استاندارد را در کووت ریخته و میزان جذب نور را از روی نمایشگر دستگاه میخوانیم. با توجه به غلظت محلول استاندارد (5M)، اعداد به دست آمده را در فورمول میگذاریم و غلظت نمونه مجهول را بدست میآوریم.
نتایج بدست آمده :
OD محلول استاندارد = 0.531
OD محلول تست = 0.325

3-5 دستگاه سانتریفیوژ
3-5-1 عمل سانتریفیوژ:
از این دستگاه به منظور جدا نمودن مواد متفاوت براساس وزن آنها و نیروی گریز از مرکز استفاده می شود. این دستگاه مواد گوناگون را براساس جرم مولکولی که دارا هستند در دورهای متفاوتتوسط این دستگاه جدا می شوند.
ساده ترین نوع سانتریفیوژ انواعی است که لوله های آن حدود 50ml-15mlظرفیت داشته باشد و دور آنها حدود 4000 دور در دقیقه است. معمولا در سانتریفیوژ به جای دور از نیرو استفاده می شود و آن را به صورت g نمایش می دهند. g به صورت زیر محاسبه می شود.
Relative Centrifugal Force (RFC)=(1.118×10-5)(n2r
در این رابطه n برابر است با تعداد دور در دقیقه و r شعاع محل قرار گرفتن لوله ها بر حسب سانتیمتر هستند. سانتریفیوژهای معمولی قادر به تولید نیرویی در حدود 3000g هستند. برای جدا سازی اجزای خیلی سبک تر باید از دستگاه اولتراساننتریفیوژ استفاده کرد که نیروی برابر 200000g دارند.
3-5-2 روش کار:
1- لوله ای که برای گذاشتن در سانتریفوژ استفاده می کنید باید تحمل RCF مورد نظر را داشته باشد ( لوله های پلی پروپیلن بطور معمول می توانند RCF بالای 5000 x g را تحمل کنند).
2- ابتدا لوله ها را از نظر ترک یا شکستگی چک کنید. از سانتریفوژ کردن این فیبل لوله ها خودداری کنید.
3- لوله ها را به صورت برابر و متقارن در سانتریفوژ قرار دهید به طوریکه با هم بالانس باشند. در صورت عدم تعادل روتور باعث ارتعاش ، سایش سانتریفوژ و شکستن لوله ها می شود ( از پر کردن لوله با آب می توان جهت تعادل طرف مقابل استفاده کرد ).
هرگز لوله ای را بدون گذاشتن لوله بالانس در سانتریفوژ نگذارید (حتی اگر لوله مورد نظر پلاستیکی باشد)
4- در سانتریفوژ را محکم ببندید و کلید روشن/ خاموش را بزنید. مطمئن شوید که در قفل شده است.
5- تایمر را در زمان مورد نظر تنظیم کنید و دور را به آرامی بچرخانید تا به سرعت مرد نظر برسد.
6- بعد از توقف کامل سانتریفوژ، در دستگاه را باز کرده و لوله ها را به آرامی بیرون بیاورید.
کنترل و نگهداری :
1- لوله ای که در سانتریفوژ گذاشته می شود نباید آنقدر بلند باشد که طی چرخش خارج از بوکت قرار گرفته، زیرا سبب شکستن لوله ها می شود.
2- مطمئن باشید که روتور کاملا بالانس می باشد. (وزن racks، لوله ها و محتویات آن در طرف مخالف نبایستی بیش از یک درصد اختلاف داشته باشد).
3- وزن کل هر راک نباید بیش از وزن بیان شده توسط شرکت سازنده در سرعت مورد نظر باشد.
4- تمیز بودن سانتریفوژ عاملی مهم در کاهش گسترش عوامل عفونی ، مانند هپاتیت ویروسی می باشد (به خصوص در هنگام شکستن لوله ها). بنابراین هر هفته و یا بعد از شکستن لوله ها باید داخل سانتریفوژ تمیز و با محلول سیتریمید 0.01 % ضد عفونی نمائید.
توجه:در صورت شکستگی یا شک به شکستن لوله ها در سانتریفوژ باید دستگاه را خاموش نموده،به مدت 30 دقیقه صبر نمود و سپس اقدام به تمیز کردن و ضد عفونی نمایید.
در صورتی که پس از خاموش کردن دستگاه مشخص شد که لوله شکسته است، در سانتریفوژ را بلافاصله بسته شده و پس از 30 دقیقه اقدامات لازم را انجام دهید.

3-6 میکروتیوب های سانتریفیوژ – Centrifuge tubes
این تیوب های دارای اندازه کوچکی هستند و به آنها Microcentrifuge tubes و یا microfuge tubes می گویند ، ظروف پلاستکی استوانه شکل که دارای ته مخروطی و درپوش هستند به طور معمولی در ازمایشگاه مورد استفاده قرار می گیرند. این لوله ها در ازمایشگاه بیوشیمی و بیولوژی مولکولی به منظور سانتریفیوژ و یا ذخیره مقدار کمی از مایع مورد استفاده قرار می گیرند . این تیوب ها ارزان و یک بار مصرف هستند . بسیاری از شیمیدان ها و بیولوژیست ها از این ویال ها به جای ویال های شیشیه ای استفاده می کنند . این روش وقتی که مقدار کمتری از یک ماده در تیوب هست و یا زمانی که مقدار کمتری از یک مایع را اضافه می کنیم ، مفید واقع خواهد شد چون میکروسانتریفیوژ ها بعد از پیپت کردن و یا مخلوط کردن می توانند قطرات را در ته لوله جمع آوری کنند . ساختار پلی پروپیلینی انها باعث می شود که انها را دمای های بسیار پایین (-80 سانتی گراد دمای نیتروژن مایع) و یا با حلال های آلی مانند کلروفروم استفاده کرد . تیوب ها در اندازه های مختلفی عرضه می شوند ولی به طور عمومی در رنج 250 μL تا 2.0 mL هستند. بیشترین اندازه مورد استفاده 1.5 mLاست . می توان انها را ضد عفونی کرد (فشار یک اتمسفر – 120 درجه سانتی گراد – به مدت 20 دقیقه) و در کارهایی که در انها اولویت با خلوص نمونه است مانند کارهای مربوط به DNA و میکروب ها به طور وسیع مورد استفاده قرار می گیرند . با توجه به ارزش پایین و مشکل بودن تمیز کردن پلاستیک ، بعد از کار کردن با این تیوب ها انها را دور می ریزیم . شرکت Eppendorf یک علامت تجاری ثبت شده در تولید عمده این میکروتیوب ها هست .
3-7 ایمنی کار با دستگاه – Safety
بعد از بارگیری و لود سانتریفیوژ باید از تعادل روتور مطمئن شویم . کمترین میزان در حجم دو طرف ، در سرعت های بالا می تواند نیروی غیر تعادلی بسیار زیادی را ایجاد کند . این نیروی عدم توازن در سرعت های بالای روتور باعث صدمه به دستگاه ویا صدمه جانی شدیدی خواهد شد . بازهم یادآوری می کنیم که برخی از دستگاه ها دارای کنترل توازن هستند که برنامه کنترل کننده در صورت عدم تعادل در روتور ، باعث جلوگیری از کار سانتریفیوژ می شود . قبل از استفاده از دستگاه ، روتور و چاهک ها را بررسی کنید . در حین حرکت روتور دستگاه به هیچ وجه نباید لمس شود چون چرخش روتور می تواند باعث اسیب های جدی ای شود . یک مطلب جالبی هم که هست و از منبع معتبری ذکر نشده و نیاز به تحقیق دارد این هست که در اولرتاسانتریفیوژ در حین چرخش اگر کلا دستگاه از کار بافتد و روتوز ازاد شود نیرویی برابر با یک بمب را ازاد می کند پس زیاد مواظب باشید . زمانی که نمونه خطرناکی (بیوهزارد) را می خواهید سانتریفیوژ کنید برای جلوگیری از خروج ذرات ائورسل و ایجاد مشکلات بعدی بر روی درب دستگاه واشر مخصوص قرار دهید . بعد از سانتریفیوژ با روشن کردن هود ذرات ائورسل هم اگر ایجاد شده باشد حذف خواهد شد .

فصل4 : ازمایشات جذب نیترات
4-1 محلول سازی
برای رقیق سازی KNO3 ابتدا 08/0 گرم kno3 که طی محاسبات این مقدار بدست امده است را در شیشه ساعت وزن کرده و با اب مقطر در بالن ژوژه 50 یا 100 میلی لیتری به حجم رسا نده این محلول بدست امده محلول 1000ppm kno3 است حال برای رقیق کردن محلول از فرمول n1v1=n2v2 استفاده میکنیم مثلا برای رقیق کردن محلول 1000ppm به 500 ppm در حجم 100 میلی لیتری با کمک فرمول 1000*V=500*100 در نتیجه V=50CC میشود با برداشتن 50 سی سی از محلول 1000PPM و به حجم رساندن در بالن 100 میلی لیتری محلول 500PPM KNO3 ایجاد میشود در مرحله بعد طبق فرمول 500*V=100*100 در نتیجه V=25CC میشود با برداشتن 25 سی سی از محلول 500PPM و با اب مقطر در بالن 100 میلی لیتری به حجم رسانده و محلول 100PPM KNO3 ایجاد میشود برای محلول 50PPM KNO3 که غلظت بهینه ما است 100*V=50*100 در نتیجه V=50CC از محلول 100PPM KNO3 برداشته و به حجم رسانده و محلول 50PPM KNO3 بدست میاید طبق انجام ازمایشات صورت گرفته و اندازه گیری میزان جذب محلول های با غلظت های مختلف , محلول با غلظت 50PPM KNO3 محلول بهینه ما در نظر گرفته شد در مراحل بعد برای ایجاد محلول 25PPM طبق فرمول 50*V=25*100 در نتیجه V=50CC برداشته و به حجم رسانده و محلول 25PPM KNO3 ایجاد میشود برای محلول های رقیق تر که برای تعیین میزان غلظت بهینه نیاز است محلول های با غلظت 20,10,5,1PPM مطابق فرمول مربوطه ایجاد میشود و میزان جذب هر کدام از غلظت ها را به کمک دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه گیری میشود در نتیجه غلظت بهینه ما 50PPM KNO3 در نظر گرفته شد حال برای بهینه سازی PH از محلول 50PPM KNO3 استفاده شدکه میزان 10 سی سی از غلظت بهینه جدا شد و به بشر های مربوط اضافه شد و بهینه سازی PH انجام شد با توجه به نیاز به محلول مادر که 1000PPM است میتوان چند نمونه از محلول مربوطه را برای محلول سازی ایجاد کرد تا در صورت نیاز به برداشتن حجم معینی از محلول دچار مشکل نشد در هر مرحله08 /0 گرم از KNO3 را وزن کرده و با اب مقطر به حجم رسانده در محلول سازی باید دقت کرد که تمام وسایل ازمایش را با اب مقطر شستشو داده و هنگام به حجم رساندن تا خط ویژه بالن ژوژه به حجم رساند. علت رقیق سازی HCL اینگونه بود که از HCL جهت تنظیم PH و بهینه سازی ان استفاده شدHCL موجود در ازمایشگاه خالص بوده و 12M است هدف رقیق سازی HCL=12M است برای ایجاد محلول HCL=2M نیاز به برداشتن 16/6 سی سی از HCL=2M و به حجم رساندن با اب مقطر در بالن 100ML است به گونه ای که مطابق فرمول 12*V=2*100 در نتیجه V=16/6ML میشود برای رقیق سازی محلول 2M به 1M مطابق فرمول 2*V=1*100 که در نتیجه V=50ML میشود هر چقدر محلول رقیق شود خطا کمتر میشود حال برای رقیق کردن محلول 1M به 0/5M مطابق فرمول 1*V=0/5*100 که در نتیجه V=50 ML میشود و با اب مقطر 100 میلی لیتری به حجم رسانده میشود که محلول 0/5M ایجاد میشود حال برای رقیق سازی بیشتر به 0/2M مطابق فرمول 0/5*V=0/2*100 در نتیجه V=40ML میشود و در نهایت برای رقیق سازی به 0/1ML مطابق فرمول 0/2*V=100*0/1 در نتیجهV=0/1M میشودکه با اب مقطر به حجم 100ML رسانده میشود برای خطا کمتر از محلول رقیق شده HCL=0/1 در بهینه سازی PH استفاده میشود جهت بهینه سازی PH از دستگاه PH متر استفاده میشود باید دقت کرد که هنگام استفاده HCL قطره قطره اضافه شود جون که مقدار زیاد ان موجب کاهش شدید PH میشود از KNOH=0/1M هم جهت بهینه سازی استفاده میشود مقدار زیاد از KNOH هم میتواند موجب افزایش شدید PH میشود

4-2 بهینه کردن شرایط جاذب برای حذف یون نیترات
تمامی مواد شیمیایی مورد استفاده در این اندازه گیری ساخت شرکت مرک آلمان و دارای خلوص بالای 99% بود، از آب یون زدایی شده برای محلول سازی استفاده گردید. در این ازمایش به بررسی ایزوترم های جذب که شامل دز جاذب،PH،دما،غلظت محلول و زمان تماس پرداخته شد و به کمک دستگاه اسپکتروفتومتر مدل UV_Vis G7230 میزان جذب اندازه گیری شد از این دستگاه در طول موج های220NM و 275NM بهره گرفته شد و میزان جذب اندازه گیری شد و همچنین برای بهینه سازی PH از دستگاه pH متر مدل Metrohm- 826 استفاده شد و به دلیل جنس نانو ذره که در محلول ابی حل میشد از دستگاه سانتریفیوژ یونیور مدل PIt 320 استفاده شد از این دستگاه در دور 5000RPM و مدت زمان 10 دقیقه استفاده شد روش کار به این صورت بود که در ابتدا 20 میلی لیتر محلول نیترات پتاسیم 50ppm جهت بهینه کردن هر پارامتر و تماس با جاذب استفاده گردید، بعد از اضافه کردن جاذب به محلول جاذب در محلول حل شد که علت این اتفاق مربوط به جنس نانو بوهمیته بوده که در محلول های ابی حل میشود حال بعد از اضافه شدن نانو ذره به محلول رنگ محلول شیری رنگ گردید به همین جهت میبایست محلول مورد نظر را در یک زمان مشخص در دستگاه سانتریفیوژ قرار داد تا جاذب در ته لوله رسوب کرده و محلول رقیق بالای لوله توسط پیپت جدا شده و به کمک دستگاه اسپکتروفتومتر میزان جذب خوانده شود در این ازمایش برای بهینه سازی زمان تماس از سه زمان 15 ،20 و 30 دقیقه استفاده شد و همچنین از میزان جاذب در دز های 0/05 ، 0/1 ، 0/2 ، 0/3 و 0/4 گرم بهره گرفته شد

4-3 بررسی پارامترها موثرجاذب در حذف یون نیترات
4-3-1 برسی اثر pH
یکی از پارامترهای اساسی کنترل کننده واکنش احیای نیترات میزان pH می باشد.دلایل تعیین کننده بودن pH در واکنش نیترات توسط AL2O3 را مربوط به عوامل زیر دانسته اند .1- درگیر بودن مستقیم یون H+ 2- یونهای H+ بر جذب نیترات به سایتهای فعال سطح الومینا موثرند 3- نحوه آرایش یافتن تا اندازه زیادی تحت تاثیر pH محلول است . در این بررسی pH محیط در بازه بین 8-3 تغییر داده شد به این ترتیب 20 میلی لیتر نمونه با غلظت PPM50 نیترات در دمای 35 درجه سانتی گراد و در مدت زمان 30 دقیقه در تماس 2/0 گرم از نانوذرات قرارداده شد که نتیجه آن در شکل 1 نشان داده داده شده است با افزایش pH تا 5/6 میزان حذف نیترات افزایش یافته و پس از آن در pH بالای 5/6 درصد حذف نیترات کاهش می یابد. به طور کلی تا PH=6/5 جذب روند صعودی داشته است و از PH=6/5 به بعد جذب در حال کاهش بوده است بیشترین درصد کاهش غلظت برای جاذب در5/6=pH بدست آمد پس pH بهینه ما 5/6 در نظر گرفته شد. لازم به ذکر است برای تنظیم pH کلریدریک اسید 1/0 مولار به عنوان بهترین انتخاب گردید. شکل(1-6) جدول(-61)

4-3-2 بررسی مقدار جاذب
نانو بوهمیته مورد نظر به عنوان یک نانو ذره ای که می تواند به طور مستقیم باعث حذف نیترات شود به همین منظور از مقادیر مختلف جاذب برای حذف یون نیترات استفاده گردید. مقدار جاذب پارامتر مهمی است که تعیین کننده ظرفیت جذب از طرف جاذب برای غلظت اولیه مشخص است در هر بار آزمایش 20 میلی لیتراز محلول نمونه که دارای 5/6pH= ، غلظت 50ppm به مدت 30 دقیقه در تماس با مقدارهای متفاوتی از نانوذرات قرارداده شد که نتیجه آن در شکل 2 آورده شده است. این بررسی نشان می دهد که با افزایش میزان جاذب کارایی حذف نیترات از محلول افزایش می یابد و بعد از آن کاهش می یابد. به طوری که بیشترین درصد حذف یون نیترات مربوط به دوز 2/0 گرم است که توان حذف 25/72 درصد از یون نیترات را دارد کمترین درصد حذف یون مربوط به مقدار 05/0 گرم با مقدار جذب 501/0 و درصد جذب 52/39 درصد است بر طبق نمودار تا 2/0 گرم نمودار حالت صعودی را طی کرده و میزان جذب در حال بالا رفتن بوده است اما از دز 2/0 گرم به بالا میزان جذب در حال کاهش میباشد نتایج حاصل موید ان است که با افزایش مقدار دز جاذب و به دلیل بسیار بالا بودن مساحت سطح نمونه یا میان حفره بودن نمونه تعداد مکان های فعال برای کمپلکس نمودن یون های نیترات افزایش میابد . و موجب افزایش فرایند جذب میگردد و هنگامی که مقدار جاذب به حد اکثر کارایی خو میرسد یعنی زمانی که مقدار دز ماده به 2/0 گرم میرسد تعداد مکان های فعال موجود در سطح جاذب پاسخگویی تعداد یون های نیترات موجود در محلول در فرایند جذب تعادلی است دلیل افزایش حذف نیترات مربوط به محلهای آزاد روی سطح نانوذرات می باشد. طبق منحنی تغییرات مقادیر جاذب در تماس با محلول نیترات بیشترین درصد کاهش غلظت برای جاذب2/0 گرم بدست آمد و مقدار بهینه ما انتخاب گردید شکل(-62) .جدول(-62)

4-3-3 بررسی زمان تماس جاذب
برای بررسی تغییرات زمان تماس محلول نیترات با جاذب بدین ترتیب کارشد که در هربار آزمایش 20 میلی لیتراز نمونه که دارای غلظت 50ppm ، PH=6/5 در تماس با 2/0 گرم از نانوذرات در زمانهای 15و20و30و35 دقیقه قرارداده شد. در تمام مراحل بهینه سازی بعد از اضافه نمودن جاذب به محلول میبایست به کمک دستگاه سانتریفیوژ جداسازی انجام شود در این مرحله هم به همین شکل عمل شد. طبق منحنی تغییرات زمان تماس محلول نیترات با جاذب بیشترین درصد کاهش غلظت نیترات برای جاذب ،زمان30 دقیقه بدست آمد و زمان بهینه ما بدست امد. این ویژگی را میتوان به بالا بودن مساحت سطح نمونه و زیاد بودن گروه های عاملی فعال برای کمپلکس نمودن یون های فلزات نسبت داد که به سهولت در دسترس یون های نیترات قرار میگیرد حداکثر زمان رسیدن به تعادل 30 دقیقه مشخص شد به طور کلی با افزایش زمان تماس ،میزان حذف یون نیترات هم یشتر میشود بر طبق نمودار تا زمان 30 دقیقه میزان جذب حالت صعودی داشته است و از ان زمان به بعد جذب دچار کاهش شده و یون کمتری از نیترات حذف میشود شکل(-63) جدول(-63)

4-3-4 بررسی غلظت محلول نیترات در تماس با جاذب
با افزایش غلظت نانوذرات بوهمیت و با افزایش قدرت یونی محلول میزان حذف نیترات افزایش می یابد. طبق بررسی انجام شده در غلظت های مختلف محلول نیترات با جاذب بیشترین کارایی جاذب در غلظت 50ppm می باشد. نتایج بررسی جاذب نشان می دهد که این جاذب در کلیه نواحی غلظت بررسی شده کارایی نسبتا خوب و بالایی جهت حذف نیترات دارد به طور کلی با افزایش غلظت نیترات تعداد یون های نیترات در حال رقابت برای واکنش با گروه های فعال سطح جاذب بیشتر میشود و در نتیجه مکان های فعال سطح جاذب اشباع می گردد به عبارت دیگر ظرفیت حذب با زیاد شدن غلظت یون نیترات بیشتر میشود علاوه بر افزایش یون های فلزی باعث افزایش تعداد برخورد های بین یون های نیترات و جاذب میگردد که این پدیده فرایند جذب را تسریع میدهد به طوری که در 50PPM میزان جذب 0/856 میشود که حالت بهینه غلظت ماست شکل(-64) جدول(-64)

4-3-5 بررسی اثر دما بر جاذب
پس از انجام آزمایش در شرایط بهینه، طبق منحنی تغییرات دمای محلول نیترات با جاذب بیشترین درصد کاهش غلظت نیترات توسط جاذب دمای 35 درجه سانتی گراد می باشد، در دمای بالاتر از 35 درجه سانتی گراد درصد کاهش غلظت ثابت باقی ماند و دمای بهینه ما 35 در نظر گرفته شد دما نقش مهمی را در جذب نیترات ایفا میکند

روش های محاسبه ی غلظت: 6-3-4
: محاسبه ی غلظت از روی ضریب خاموشی -1
اگر ضریب خاموشی (ε) برای ماده ی مورد نظر مشخص باشد می توان با اندازه گیری میزان جذب نور توسط محلول، غلظت آن را محاسبه کرد
A=εLC → C=A/εL→ L=1cm → C=A/ε
محاسبه ی غلظت با استفاده از یک محلول استانداد -2
در این روش یک محلول از ماده ی مورد نظر با غلظت مشخص تهیه می گردد که محلول استاندارد نام دارد و با اندازه گیری جذب محلول استاندارد و محلول مجهول و مقایسه ی جذب این دومحلول،میتوان غلظت محلول مجهول را محاسبه کرد
A=εLCمجهول
A Cاستاندارد/Cامجهول→ استاندارد /Aمجهول →εL برای هردو محلول یکسان است پس حذف میشوند
A=εLCاستاندارد
Cاستاندارد×استانداردA/Aمجهول =Cمجهول
با استفاده از منحنی استاندارد -3
مانند روش دوم است با این تفاوت که چند غلظت از محلول استاندارد تهیه می کنیم، روی محور می میکنیم غلظت (ODx ,Y)، یک منجنی استاندارد می کشیم و مجهول را با استفاده از آن منحنی پیدا میکنیم.دقت کنید که همیشه منحنی خط راست نیست و بعضی وقتها به شکل لوگاریتمی است. (کاغذ شطرنجی یعنی مثلا روی محور X دمای گزارش شده را می نویسیم و روی محور Y دماهای گزارش شده را و بعد از رسم منحنی از روی محور Y به سمت منحنی خط می کشیم و وقتی به منحنی رسیدیم از آن نقطه به محور X عمود می کنیم و دمای مجهول که مشاهده کدیم را روی نمونه پیدا می کنیم که این دما همان گزارشش شده است.در اینجا هم همین طور عمل می کنیم
نکته:
قبل از اندازه گیری جذب محلول مجهول یا استاندارد باید جذب دستگاه توسط محلولی به نام محلول بلانک، صفر شود.محلول بلانک محلولی است که از نظر داشتن تمام ترکیبات به جز ماده ی مورد نظر همانند استاندارد یا مجهول است.به این ترتیب، جذب سایر اجزای موجود در محلول به جز ماده ی مورد نظر حذف می شود.
روش آزمایش:
اندازه گیری جذب محلول نیترات پتاسیم 50 میلی گرم بر لیتر (لاندا برای محلول پتاسیم نیترات 520 نانو متر می باشد)
1-ابتدا دستگاه اسپکتروفتومتر را روشن کرده و طول موج دستگاه را روی 520 نانو متر تنظیم میکنیم
2- کوت دستگاه را از آب مقطر (به عنوان بلانک) پر کرده و پس از تمیز کردن توسط دستمال کاغذی در جایگاه خود قرار دهید و جذب آن را صفر کنید.
3- کوت را تخلیه کنید و محلول استاندارد نیترات کبالت با غلظت 5% را درون آن ریخته و جذب آن را اندازه گیری کنید
4- کوت را تخلیه کرده و محلول نیترات کبالت با غلظت مجهول را درون آن بریزید و جذب آن را اندازه گیری کنید با توجه به فرمول ارایه شده، غلظت محلول مجهول را محاسبه کنید
نکته:
وقتی محلول را داخل دستگاه گذاشتید و درب آن را بستید، دستگاه سریعا میزان جذب را نمایش می دهد بدون اینکه کاری بکنید و لازم به زدن دکمه یا چیز دیگری نیست.

4-3-7 بررسی جذب نیترات در محیط بیولوژیکی
برای بررسی در محیط بیولوژیکی از آب تالاب که در آن موجود زنده توان زندگی دارد استفاده شد در این حالت برای ایجاد محلول پتاسیم نیترات مربوطه بجای استفاده از اب مقطر ، از آب تالاب استفاده شد به گونه ای که بعد از برداشتن 0.08 گرم از پتاسیم نیترات ان را در بالن 50 میلی لیتری با نمونه اب تالاب مربوطه به حجم رسانده شد و محلول را مشابه حالت محیط غیر بیولوژیکی رقیق سازی کردیم و با اضافه کردن میزان دز مشخصی از جاذب(نانو ذرات بوهمیت) ، به کمک دستگاه اسپکتروفتومتر میزان جذب نیترات ان اندازه گیری شد تمام مراحل بهینه سازی مشابه محیط غیر بیولوژیکی یا همان نمونه اب مقطر بود ماده نانو ذره الومینا توانایی بالای در جذب فلزات سنگین و همچنین نیترات را هم داراست به طوری که در این ازمایش توانایی جذب 6/95 درصد از نیترات را دارا بود همچنین در نمونه تالاب نیز ذرات الومینا توانایی بالای در حذف نیترات دارند ذرات نانو الومینا نشان دادند که علاوه بر جذب نیترات در محیط غیر بیولوژیکی (نمونه اب مقطر) ،توانایی بالای در محیط بیولوژیکی (نمونه تالاب) نیز دارند به طوری که برای نمونه تالاب بهترین غلظت پتاسیم نیترات 50 گرم بر لیتر تعیین شد که توانایی جذب بیشتری نسبت به غلظت های دیگر دارا بود

فصل5 : نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 یافته های آزمایش
یکی از پارامترهای اساسی کنترل کننده واکنش احیای نیترات میزان pH می باشد.دلایل تعیین کننده بودن pH در واکنش نیترات توسط بوهمیت را مربوط به عوامل زیر دانسته اند .1- درگیر بودن مستقیم یون H+ 2- یونهای H+ بر جذب نیترات به سایتهای فعال سطح بوهمیت موثرند 3- نحوه آرایش یافتن تا اندازه زیادی تحت تاثیر pH محلول است pH نقش اصلی در احیا نیترات بازی می کند. در pH پایین تر از 5/6 عمل احیا نیترات به راحتی انجام می گیرد. این نتایج به خوبی با نتایج Choe و همکارانش مطابقت دارد . در شرایط قلیایی برای احیا نیترات مطلوب نیست زیرا در pH بالا بوهمیت رسوب می کند. به طور کلی در PH بالاتر از 5/6 میزان جذب کاهش میابد و درصد حذف نیترات کاهش میابد به طور کلی در این ازمایش PH بهینه مقدار 6/5 مشخص شد و میزان دز جاذب 0/2g مشخص شد و بهترین غلطت ،50PPM مشخص شد
5-2 نتیجه گیری
امروزه نانو ذرات کارایی بالایی در حذف فلزات سنگین و سمی دارند. مساحت سطح بالای نانو ذره و کمپلکس درات نیترات و در نتیجه جذب بالا از ویژگی های ای نانو ذره میباشد نانوذرات بوهمیته توانایی بالایی برای احیای نیترات و حذف آن از منابع آبی دارند و در این تحقیق نانوذرات بوهمیته در غلطتPPM50 ، دمای 35 درجه سانتی گراد و زمان 30 دقیقه 5/6pH= توانایی حذف بالای 6/95 درصد از محلول نیترات را دارا می باشد. جنس نانو ذره به گونه ای بود که در اب حل میشد و به کمک سانتریفیوژ رسوب داده شد و میزان جذب اندازه گیری شد. از مزایای این روش می توان به میزان جذب بالای این ذره، مقدار کم جاذب و کار در دمای محیط و زمان تماس کم و استفاده از دستگاه ساده و ارزان اسپکتروفتومتر تک پرتویی که در بسیاری از آزمایشگاهها موجود می باشد را می توان نام برد.
فصل 6 :جداول و نمودار ها
جداول :

جدول 6-1 بررسی اثر PH
Ph
جذب

3
0/255

3/5
0/365

4
0/411

4/5
0/494

5
0/523

5/5
0/638

6
0/715

6/5
0/829

7
0/445

7/5
0/317

8
0/294

جدول6-2 بررسی میزان دز جاذب در جذب نیترات
میزان جاذب
درصد جذب
جذب
0/05
39/52
0/501
0/1
49/25
0/421
0/2
72/25
0/23
0/3
68/99
0/257
0/4
40/28
0/495

جدول 6-3 بررسی زمان تماس در جذب نیترات
Time (min(
درصد جذب%
میزان جذب

15
45/59
0/451

20
73/46
0/22

30
87/81
0/101

35
58/86
0/341

جدول6-4 بررسی غلظت نیترات در میزان جذب
غلظت Nitrate
جذب

1
0/071

5
0/166

10
0/237

20
0/366

25
0/446

50
0/856

75
1/299

نمودار ها :

نمودار 1-6تغییرات میزان جذب در اثر تغییرPH

نمودار 2-6 تغییرات میزان جذب در میزان نانو ذره های مختلف

نمودار3-6 تغییرات میزان جذب در زمان های مختلف

نمودار4-6 تغییرات میزان جذب در غلظت های مختلف

فصل7 : منابع

[1] US Bureau of Reclamation and Sandia National Laboratories, 2003. Desalination and water purification technology roadmap-a report of the executive committee.

[2] Weber W.J. Jr., 2002. Distributed optimal technology networks: A concept and strategy for potable water sustainability.Water Sci. Technol. 46(6-7), 241-246.

[3] US Environmental Protection Agency, 1998a. Variance technology findings for contaminants regulated before 1996. EPA Office of Water Report 815-R-98-003.

[4] US Environmental Protection Agency, 2004. Water security research and technical support action plan. EPA Office Research and Development and
Office of Water Report EPA/600/R-04/063.

[5] Li Y.-H., J. Ding, Z.K. Luan, Z.C. Di, Y.F. Zhu, CL Xu, D.H. Wu & B.Q. Wei, 2003. Competitive adsorption of Pb2+, Cu2+ and Cd2+ ions from aqueous solutions by multiwalled carbon nanotubes. Carbon 41(14), 2787-2792.

[6] Qi L. & Z. Xu, 2004. Lead sorption from aqueous solutions on chitosan nanoparticles. Colloid. Surf. A. 251(1-3), 183-190.

[7] Peng X., Z. Luan, J. Ding, Z. Di, Y. Li & B. Tian, 2005. Ceria nanoparticles supported nanotubes for the removal of arsenate from water. Mater. Lett. 59, 399-403.

[8] Peng X.J., Y.H. Li, Z.K. Luan, Z.C. Di, H.Y. Wang, B.H. Tian& Z.P. Jia, 2003. Adsorption of 1,2-dichlorobenzene from water to carbon nanotubes. Chem. Phys. Lett. 376(1-2), 154-158.
[9] Deliyanni E.A., D.N. Bakoyannakis, A.I. Zouboulis & K.A. Matis, 2003. Sorption of As(V) ions by akagane´ite-type nanocrystals. Chemosphere 50(1), 155-163.

[10] Lazaridis N.K., D.N. Bakoyannakis & E.A. Deliyanni, 2005. Chromium(VI) sorptive removal from aqueous solutions by nanocrystalline akaganeite. Chemosphere 58(1), 65-73.

[11] Moreno N., X. Querol & C. Ayora, 2001. Utilization of zeolites synthesized from coal fly ash for the purification of acid mines water. Environ. Sci. Technol. 35, 3526-3534.

[12] Alvarez-Ayuso E., A. Garcia-Sanchez & X. Querol, 2003. Purification of metal electroplating waste waters using zeolites. Water Res. 37, 4855-4862.

[13] Yantasee W., Y. Lin, G.E. Fryxell, B.J. Busche & J.C. Birnbaum, 2003. Removal of heavy metals from aqueous solution using novel nanoengineered sorbents: Self-assembled carbamoylphosphonic acids on mesoporous silica. Separ. Sci. Technol. 38(15), 3809-3825.

[14] Kelly S.D., K.M. Kemmer, G.E. Fryxell, J. Liu, S.V. Mattigod& K.F. Ferris, 2001. X-ray-absorption fine-structure spectroscopy study of the interactions between contaminant tetrahedral anions and self-assembled monolayers on mesoporous supports. J. Phys. Chem. B. 105(27), 6337-6346.

[15] Fryxell G.E., Y. Lin, S. Fiskum, J.C. Birnbaum, H. Wu, K. Kemner & S. Kelly, 2005. Self-assembled monolayers on mesoporous supports. Environ. Sci. Technol. 39(5), 1324-1331.

[16] Lin Y., S.K. Fiskum, W. Yantasee, H. Wu, S.V. Mattigod, E. Vorpagel, G.E. Fryxell, K.N. Raymond & J. Xu, 2005. Incorporation of hydroxypiridinone ligands into self-assembled monolayers on mesoporous supports for selective actinide sequestration. Environ. Sci. Technol. 39(5), 1332-1337.

[17] Mangun C.L., Z.R Yue, J. Economy, S. Maloney, P. Kemme & D. Cropek, 2001. Adsorption of organic contaminants from water using tailored ACFs Carbon. Chem. Mater. 13, 2356- 2360.
[18] Li Q.L, D.X. Yuan & Q.M. Lin, 2004. Evaluation of multiwalled carbon nanotubes as an adsorbent for trapping volatile organic compounds from environmental samples. J. Chromatogr. 1026, 283-288.

[19] Fugetsu B., S. Satoh, T. Shiba, T. Mizutani, Y.B. Lin, N. Terui &. Al. 2004. Caged multiwalled carbon nanotubes as the adsorbents for affinity-based elimination of ionic dyes. Environ. Sci. Technol. 38, 6890-6896.

[20] Zhao H.T. & K.L. Nagy, 2004. Dodecyl sulfate-hydrotalcite nanocomposites for trapping chlorinated organic pollutants in water. J. Coll. Interf. Sci. 274(2), 613-624.

[21] Cheng X., A.T. Kan & M.B. Tomson, 2004. Naphthalene Adsorption and Desorption from Aqueous C60 Fullerene. J. Chem. Eng. Data. 49, 675-683.

[22] Tungittiplakorn W., L.W. Lion, C. Cohen & J.Y. Kim, 2004. Engineered polymeric nanoparticles for soil remediation. Environ. Sci. Technol. 38(5), 1605-1610.

[23] Obare S.O. & G.J. Meyer, 2004. Nanostructured materials for environmental remediation of organic contaminants in water. J. Environ. Sci. Health A. 39(10), 2549-2582.

[24] Adesina A.A., 2004. Industrial exploitation of photocatalysis progress, perspectives and prospects. Catal. Surv. Asia 8(4), 265-273.

[25] Chitose N., S. Ueta & T.A. Yamamoto, 2003. Radiolysis of aqueous phenol solutions with nanoparticles. 1. Phenol degradation and TOC removal in solutions containing TiO2 induced by UV, gamma-ray and electron beams. Chemosphere 50(8), 1007-1013.

[26] Kabra K., R. Chaudhary & R.L. Sawhney, 2004. Treatment of hazardous organic and inorganic compounds through aqueous- phase photocatalysis: A review. Ind. Eng. Chem. Res. 43(24), 7683-7696.

[27] Asahi R., T. Morikawa, T. Ohwaki, K. Aoki & Y. Taga, 2001. Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides. Science 293(5528), 269-271.
[28] Bae E. & W. Choi, 2003. Highly enhanced photoreductive degradation of perchlorinated compounds on dye-sensitized metal/ TiO2 under visible light. Environ. Sci. Technol. 37(1), 147-152.

[29] Zhang W.-X., 2003. Nanoscale iron particles for environmental remediation. J. Nanopart. Res. 5, 323-332.

[30] Dror I., D. Baram & B. Berkowitz, 2005. Use of nanosized catalysts for transformation of chloro-organic pollutants. Environ. Sci. Technol. 39(5), 1283-1290.

[31] Vander Bruggen B., L. Lejon & C. Vandecasteele, 2003. Reuse, treatment, and discharge of the concentrate of pressuredriven membrane processes. Environ. Sci. Technol. 37(17), 3733-3738.

[32] Favre-Reguillon A., G. Lebuzit, J. Fooz & A. Guy, 2003. Selective concentration of uranium from seawater by nanofiltration. Ind. Eng. Chem. Res. 42, 5900-5904.

[33] Mohsen M.S., J.O. Jaber & M.D. Afonso, 2003. Desalination of brakish water by nanofiltration and reverse osmosis. Desalination 157(1), 167-167.

[34] Peltier S., E. Cotte, D. Gatel, L. Herremans & J. Cavard, 2003. Nanofiltration improvements of water quality in a large distribution system. Water Sci. Tech.: Water Supply 3,193-200.

[35] Srivastava A., O.N. Srivastava, S. Talapatra, R. Vajtai & P.M. Ajayan, 2004. Nature Mater. 3(9): 610-614.

[36] DeFriend K.A., M.R. Wiesner & A.R. Barron, 2003. Alumina and aluminate ultrafiltration membranes derived from alumina nanoparticles. J. Membr. Sci. 224(1-2), 11-28.

[37] Stanton B.W., J.J. Harris, M.D Miller & M.L. Bruening, 2003. Ultrathin, multilayered polyelectrolyte films as nanofiltration membranes. Langmuir 19(17), 7038-7042.

[38] Hollman A.M. & D. Bhattacharyya, 2004. Pore assembled multilayers of charged polypeptides in microporous membranes for ion separation. Langmuir 20(13), 5418-5424.
[39] Meyer D.E., K. Wood, L.G. Bachas & D. Bhattacharyya, 2004. Degradation of chlorinated organics by membrane-immobilized nanosized metals. Environ. Prog. 23(3), 232-242.

[40] US Environmental Protection Agency. 1998b. Microbial and disinfection by-product rules. Federal Register 63(241), 69389-69476.

[41] US Environmental Protection Agency, 1999. Alternative disinfectants and oxidants guidance manual. EPA Office of Water Report 815-R-99-014.

[42] Stoimenov P.K., R.L. Klinger, G.L. Marchin & K.J. Klabunde, 2002. Metal oxide nanoparticles as bactericidal agents. Langmuir 18(17), 6679-6686.

[43] Sondi I. & B. Salopek-Sondi, 2004. Silver nanoparticles as antimicrobial agent: A case study on E-coli as a model for Gram-negative bacteria. J. Coll. Interf. Sci. 275(1), 177-182.

[44] Son W.K., J.H. Youk, T.S. Lee & W.H. Park, 2004. Preparation of antimicrobial ultrafine cellulose acetate fibers with silver nanoparticles. Macromol. Rapid Commun. 25(18), 1632-1637.

[45] Zeman L.J. & A.L. Zydney, 1996. Microfiltration and Ultrafiltration. New York: Marcel Dekker principles and applications.

[46] Fre´chet J.M.J. & D.A. Tomalia, (Eds.). 2001. Dendrimers and Other Dendritic Polymers.

[47] Ottaviani M.F., P. Favuzza, M. Bigazzi, N.J. Turro, S. Jockusch & D.A. Tomalia, 2000. A TEM and EPR investigation of the competitive binding of uranyl ions to starburst dendrimers and liposomes: Potential use of dendrimers as uranyl ion sponges. Langmuir 16(19), 7368-7372.

[48] Birnbaum E.R., K.C. Rau & N.N. Sauer, 2003. Selective anion binding from water using soluble polymers. Sep. Sci. Technol. 38(2), 389-404.

[49] Aorkas M., D. Tsiourvas & C.M. Paleos, 2003. Functional dendrimeric ''nanosponges'' for the removal of polycyclic aromatic hydrocarbons from water. Chem. Mater 15(14), 2844-2847.
[50] Scott R.W.J., O.M. Wilson & R.M. Crooks, 2005. Synthesis, characterization, and applications of dendrimer-encapsulated nanoparticles. J. Phys. Chem. B. 109(2), 692-704.

[51] Balogh L., D.R. Swanson, D.A. Tomalia, G.L. Hagnauer & A.T. McManus, 2001. Dendrimer-silver complexes and nanocomposites as antimicrobial agents. Nano Lett. 1(1), 18-21.

[52] Diallo M.S., S. Christie, P. Swaminathan, L. Balogh, X. Shi, W. Um, C. Papelis, W.A. Goddard III & J.H. Johnson Jr., 2004. Dendritic chelating agents 1. Cu(II) binding to ethylene diamine core poly(amidoamine) dendrimers in aqueous solutions. Langmuir 20, 2640-2651.

[53] Diallo M.S., S. Christie, P. Swaminathan, J.H. Johnson Jr. & W.A. Goddard III, 2005. Dendrimer enhanced ultrafiltration.1. recovery of Cu(II) from aqueous solutions using Gx-NH2 PAMAM dendrimers with ethylene diamine core. Environ. Sci. Technol. 39(5), 1366-1377.

[54] Freedonia Group, Inc., 2005. Nanomaterials – market size, market share, market leaders, demand forecast, sales, company profiles, market research, industry trends. Study #: 1887. URL:http://www.freedoniagroup.com/Nanomaterials. html.

[55] Colvin V.L., 2003. The potential environmental impact of engineered nanomaterials. Nature Biotechnol. 10, 1166-1170.

[56] Lecoanet H.F., J.Y. Bottero & M.R. Wiesner, 2004. Laboratory assessment of the mobility of nanomaterials in porous media. Environ. Sci. Technol. 38(19), 5164-5169.

[57] Malik N., R. Wiwattanapatapee, R. Klopsch, K. Lorenz, H. Frey, J.W. Weener, E.W. Meijer, W. Paulus & R. Duncan, 2000. Relationship between structure and biocompatibility in vitro, and preliminary studies on the biodistribution of I-125- labelled polyamidoamine dendrimers in vivo. J. Control. Release 65((1-2), 133-148.

[58] Jevprasesphant R., J. Penny, D. Attwood, N.B. McKeown &A. D'Emanuele, 2003. Engineering of dendrimer surfaces to enhance transepithelial transport and reduce cytotoxicity. Pharm. Res. 20(10), 1543-1550.
[59] Lam C., J.T. James, R. McCluskey & R.L. Hunter, 2004. Pulmonary toxicity of carbon nanotubes in mice 7 and 90 days after intratracheal instillation. Toxicol. Sci. 77, 126-134.

[60] Oberdo¨ rster E., 2004. Manufactured nanomaterials (Fullerenes, C-60) induce oxidative stress in the brain of juvenile largemouth bass. Environ. Health Pers. 112(10), 1058-1062.

[61] Sayes C.M., J.D. Fortner, W. Guo, D. Lyon, A.M. Boyd, K.D. Ausman, Y.J. Tao, B. Sitharaman, L.J. Wilson, J.B. Hughes, J.L. West & V.L. Colvin, 2004. The differential cytotoxicity of water-soluble fullerenes. Nano Lett. 4(10),1881-1887.

[62] Richardson S., 2003. Water analysis emerging contaminants and current issues. Anal. Chem. 75(12), 2831-2857.