1-4-2-2-1- مگنتیت……………………………………………………………………………………. 15
1-4-2-2-2- مگهمایت……………………………………………………………………………………. 16
1-5- روشهای تهیه ی مگنتیت………………………………………………………………………….. 17
1-5-1- تهیه ی مگنتیت در محیط های همگن مایع…………………………………………………… 18
1-5-1-1- تهیه ی مگنتیت در روش همرسوبی محلول نمک آهن (III) و آهن (II)………………… 18
1-5-2- تهیه مگنتیت به روش بیوسنتز…………………………………………………………………. 22
1-6- کاربرد های اکسید های مغناطیسی آهن……………………………………………………….. 23
1-7- اصلاح سطح نانو ذرات مغناطیسی ……………………………………………………………… 25
1-8- آپاتیت………………………………………………………………………………………………… 26
1-9- هیدروکسی آپاتیت…………………………………………………………………………………… 27
1-10- تاریخچه ی شناسایی هیدروکسی آپاتیت………………………………………………………. 28
1-11- خواص هیدروکسی آپاتیت…………………………………………………………………………. 28
1-11-1- بلورینگی………………………………………………………………………………………….. 28
1-11-2- خواص زیست سازگاری………………………………………………………………………… 29
1-11-3- رفتار حرارتی………………………………………………………………………………………. 29
1-11-4- خواص مکانیکی…………………………………………………………………………………… 30
1-11-5- چگالی……………………………………………………………………………………………… 31
1-11-6- حلالیت در آب……………………………………………………………………………………… 31
1-12- روش های سنتز هیدروکسی آپاتیت……………………………………………………………… 33
1-13- تاریخچه ای از کاربرد های هیدروکسی آپاتیت…………………………………………………. 35
1-14-کاربرد های هیدروکسی آپاتیت……………………………………………………………………. 35
فصل دوم : مروری برمتون گذشته
2-1- فلزات سنگین و اثرات آن ها………………………………………………………………………… 40
2-1-1-کبالت…………………………………………………………………………………………………. 40
2-1-1-1-اثرات کبالت بر روی سلامتی انسان………………………………………………………….. 41
2-1-1-2-تاثیرات زیست محیطی کبالت………………………………………………………………….. 43
2-1-2- روی…………………………………………………………………………………………………. 45
2-1-2-1- اثرات روی بر روی سلامتی انسان……………………………………………………………. 46
2-1-2-2- اثرات روی بر روی محیط زیست……………………………………………………………… 47
2-2- ضرورت جداسازی فلزات سنگین از آب……………………………………………………………. 49
2-3- کاربرد های فناوری نانو در عرصه صنعت آب……………………………………………………. 49
2-4- روش های جداسازی فلزات سنگین………………………………………………………………. 52
2-4-1- رسوب دهی شیمیایی…………………………………………………………………………. 52
2-4-2- انعقاد و ته نشینی……………………………………………………………………………….. 54
2-4-3- انعقاد الکترودی…………………………………………………………………………………… 56
2-4-4- روش تبادل یون………………………………………………………………………………….. 58
2-4-5- کاتالیزورهای نانوئی………………………………………………………………………………. 62
2-4-6- جذب بیولوژیکی………………………………………………………………………………… 63
2-4-7- روش های غشایی………………………………………………………………………………. 66
2-4-7-1- الکترودیالیز……………………………………………………………………………………… 67
2-4-7-2- اسمز معکوس………………………………………………………………………………… 69
2-4-7-3- نانو فیلتراسیون……………………………………………………………………………… 70
2-4-7-4- اولترافیلتراسیون توسط پلیمر های دندریمر افزایشی……………………………………. 72
2-4-8- شناور سازی……………………………………………………………………………………… 74
2-4-9- جذب سطحی……………………………………………………………………………………. 77
2-4-9-1- جذب توسط کربن فعال………………………………………………………………………… 80
2-4-10- جداسازی مغناطیسی……………………………………………………………………….. 81
2-4-11- ترکیب جداسازی مغناطیسی با فرایند جذب سطحی با جاذب γ-Fe2O3@HAP……….
2-5- مروری بر مطالعات گذشته………………………………………………………………………… 89
2-5-1- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با نانو ذرات مغناطیسی………………….. 89
2-5-2- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با هیدروکسی آپاتیت…………………… 92
2-5-3- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با γ-Fe2O3@HAP ……………………….
فصل سوم : مواد و روش ها
3-1- مواد……………………………………………………………………………………………………. 98
3-2- تجهیزات دستگاهی…………………………………………………………………………………. 99
3-3- روش کار………………………………………………………………………………………………. 99
3-3-1- سنتز جاذب………………………………………………………………………………………. 99
3-3-2- تعیین ساختار نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP سنتز شده…………………………………….. 101
3-3-3- تهیه ی محلول های نیترات روی و نیترات کبالت………………………………………….. 102
3-3-4- بهینه سازی و بررسی عوامل موثر بر جذب Zn2+ و Co2+ …………………………….
3-3-5- بررسی میزان جذب کبالت (II) و روی (II) از محلول های آبی در شرایط بهینه……….. 104
3-3-6- آزمایش واجذبی……………………………………………………………………………….. 105
3-3-7- بررسی میزان جذب Zn2+ و Co2+ موجود در پساب با جاذب γ-Fe2O3@HAP ………..
3-3-8- بررسی تخریب یا عدم تخریب نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP پس از فرایند جذب…………. 106
فصل چهارم : نتایج
4-1- بررسی ساختار جاذب نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP …………………………………………
4-1-1- SEM و TEM مربوط به γ-Fe2O3@HAP قبل از فرایند جذب……………………………… 108
4-1-2- طیف FTIR مربوط به γ-Fe2O3@HAP قبل از فرایند جذب……………………………….. 109
4-1-3- طیف XRD مربوط به γ-Fe2O3@HAP قبل از فرایند جذب……………………………….. 110
4-2- نتایج تست انجام شده…………………………………………………………………………. 110
4-3- رسم منحنی استاندارد………………………………………………………………………… 111
4-4- بهینه سازی فاکتور های موثر بر جذب توسط طراحی باکسن- بهکن……………………. 112
4-5- بررسی درصد جذب و   واجذبی Zn2+ و Co2+ در محلول ها………………………………. 122
4-6- بررسی درصد جذب Zn2+ و Co2+ موجود در پساب…………………………………….. 124
4-7- بررسی تخریب یا عدم تخریب جاذب نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP پس از واجذبی………… 124
4-7-1- طیف FTIR نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب……………………… 125
4-7-2- طیف XRD نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب……………………….. 126
فصل پنجم: بحث و پیشنهادات
5-1- نتیجه گیری……………………………………………………………………………………. 128
5-2- پیشنهادات…………………………………………………………………………………….. 129
منابع………………………………………………………………………………………………….. 131
خلاصه ی انگلیسی…………………………………………………………………………………. 162
خلاصه فارسی:
در این تحقیق ابتدا نانو ذرات γ-Fe2O3@HAPسنتز شده و با اطمینان از سنتز موفق این نانو ذرات با توجه به طیف های XRD، FTIR و تصاویر SEMو TEM آن ها، این نانو ذرات به عنوان جاذب برای جداسازی یون های فلزی Zn2+ و Co2+ از محلول های آبی حاویcc 20 کبالت (II) و روی (II)ppm 10 به کار برده شدند و برای اندازه گیری جذب این فلزات از اسپکترومتری جذب اتمی شعله استفاده شد. علاوه بر این به منظور دستیابی به بالاترین بازده جذب فلزات سنگین توسط نانوذرات γ-Fe2O3@HAP، اثر عوامل مختلف از جمله مقدار گرم نانوذرات γ-Fe2O3@HAP، زمان استخراج و pH بررسی و توسط طراحی های کمومتری بهینه سازی شد. شرایط بهینه عبارت بودند از: 10 pH=،g 015/0γ-Fe2O3@HAP = و45Time = دقیقه که موارد گفته شده توسط نرم افزار 1/5Statgraphics با استفاده از طراحی باکس- بهکن بهینه سازی و سطوح بهینه این فاکتورها تعیین شد. در شرایط بهینه نزدیک به 100% کاتیونهای مذکور جذب نانوذرات شده و از محیط آبی حذف شدند. همچنین بر روی پساب حاویppm Zn2+ 3/22 وppm Co2+ 5 فرایند جذب با جاذب MNHAP را در شرایط بهینه انجام داده و به جذب 99% روی (II) و 96% کبالت (II) دست یافتیم. فرایند جذب سطحی Zn2+ و Co2+ بر روی جاذب MNHAP با مکانیسم های جاذبه ی الکترواستاتیک، تشکیل کمپلکس سطحی، تبادل یون صورت گرفته است. علاوه بر موارد بیان شده آزمایشات واجذبی را توسط 3 شوینده ی HNO3 یک نرمال، EDTA سه صدم مولار، CaNO3. 4H2Oیک دهم مولار بعد از اعمال فرایند جذب در شرایط بهینه انجام دادیم و به نتایج رضایت بخشی دست یافتیم . سپس به منظور بررسی تخریب یا عدم تخریب جاذب، طیفهای FTIR و XRD از جاذب گرفته شد و تفسیر طیفهای بدست آمده بیانگر عدم تخریب جاذب γ-Fe2O3@HAPبود.
مقدمه:
امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساختهای ضعیف خالص سازی آب، به آبی بهداشتی دسترسی ندارند. بر طبق آمارهای موجود و به نقل از سازمان جهانی بهداشت، حدود یک میلیارد نفر به منابع آبی سالم و بهداشتی دسترسی نداشته و این میزان چیزی حدود یک ششم جمعیت کره زمین را در بر می گیرد.
فلزات سنگین به دلیل تجمع زیستی شان، عدم زیست تخریب پذیریشان، سمیتشان به عنوان تهدیدی جدی برای بشر محسوب می شوند. رشد صنعت و کاربرد فلزات سنگین در فرایند های صنعتی زیاد، منجر به افزایش غلظت فلزات سنگین در فاضلاب ها و محیط شده، بنابراین جداسازی و حذف آن ها از آب های آلوده، پساب ها و آب آشامیدنی بسیار ضروری می باشد.
روش های مختلفی برای حذف فلزات سنگین از آبهای صنعتی به کار می­روند از جمله : رسوب دهی شیمیایی، انعقادو ته نشینی، انعقاد الکتریکی، کاربرد رزین های تبادل یون، فرایند های جداسازی غشایی (اسمز معکوس، نانو فیلتراسیون، الکترو دیالیز)، جذب سطحی(جاذب های متداول اصولاً شامل کربن فعال، زئولیت، خاک رس، موادپلیمری و زیست توده می باشد.) وجداسازی مغناطیسی.
آنچه در این مبحث، بیش از بیش دنبال آن هستیم، ایجاد بستری مناسب، برای دستیابی به آبی سالم، با کیفیت و مقرون به صرفه است. به یمن استفاده از شیوه های جدید مخصوصاٌ نانوتکنولوژی در تصفیه آب، شرایط ذکر شده برای ما میسر گردیده است، بطوریکه با توجه به حذف موثر آلاینده ها و کاهش هزینه های تمام شده تولید آب سالم، استفاده از این فناوری ها، نسبت به روشهای قدیمی بیشتر مورد توجه و استقبال قرار گرفته است. از میان تکنولوژی های متداول به منظور جداسازی یون های فلزی سنگین از محلول های آبی، برای برطرف کردن نواقص و کاستی های این روش ها، جاذب نانو ذرات مغناطیسی آهن پوشیده شده با هیدروکسی آپاتیت که در آن تکنولوژی جداسازی مغناطیسی با فرایند جذب سطحی ترکیب شده به کار رفته است.
هیدروکسی آپاتیت به دلیل ظرفیت جذب بالای فلزات سنگین، جذب سریع، حلالیت کم در آب، زیست- سازگاری، در دسترس بودن، سهولت تهیه، هزینه ی پایین و پایداری در مقابل ترکیبات اکسنده و کاهنده یک ماده ی ایده ال برای جداسازی فلزات سنگین می باشد.
تثبیت HAP بر سطح نانو ذرات مغناطیسی منجر به رفع مشکل برگشت ناپذیری، افزایش بازده فرایند جذب و بازیافت جاذب، جذب انتخاب پذیر و اختصاصی، بالا رفتن سرعت جذب، جلوگیری از اکسیداسیون سریع هسته اکسید آهن در محیط آبی شده وامکان جداسازی سریع و ساده ی جاذب با اعمال یک میدان مغناطیسی را فراهم می کند. بنابراین می توان انبوهی از فاضلاب را در دوره ی زمانی خیلی کوتاه بدون تولید هیچ آلودگی، با عملیات ساده، اقتصادی و راندمان بالا تصفیه نمود.
در این پایان نامه در فصل اول به توضیح نانو فناوری، نانو ذرات، نانو ذرات مغناطیسی، طبقه بندی مواد از لحاظ مغناطیسی، نانو ذرات اکسید آهن، روش های سنتز و کاربرد نانو ذرات اکسید های آهن، اصلاح سطح، هیدروکسی آپاتیت، خواص هیدروکسی آپاتیت، روش های سنتز و کاربرد هیدروکسی آپاتیت، پرداخته شده است. در فصل دوم اثرات فلزات سنگین بر روی انسان و محیط زیست، ضرورت جداسازی فلزات سنگین از آب، کاربرد فناوری نانو در صنعت آب، روش های جداسازی فلزات سنگین، جاذب γ-Fe2O3@HAP، مروری بر مطالعات قبلی مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل سوم مواد، تجهیزات مورد استفاده و روش کارهای انجام شده بیان شده. در فصل چهارم به تجزیه و تحلیل و بیان نتایج حاصل از تحقیق و پیشنهادات پرداخته شده است.
فصل اول: کلیات
1-1- ضرورت انجام تحقیق
با توجه به رشد صنعت و جمعیت جهانی آلودگی های ناشی از فلزات سنگین به عنوان تهدیدی جدی برای محیط زیست به حساب می آیند[210]. فلزات سنگین در فرایندهای