c (3191)

By92

c (3191)

دانشگاه ارومیه
دانشکده علوم
گروه شیمی
پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد رشته شیمی تجزیه
عنوان:
تهیه نانو ذرات زئین و مطالعه کاربردهای تجزیهای و زیست محیطی آن
اساتید راهنما:
پروفسور خلیل فرهادی دکتر مرتضی بهرام
استاد مشاور:
دکتر جواد بهمنش
تنظیم و نگارش: صبا متقی زاده
بهمن ماه سال ١٣٩٠
تقدیم به
همسرم، اسطوره زندگیم، پناه خستگیم و امید بودنم
تقدیم به
ایلیاد عزیز و مهربانم
تقدیم به
پدر و مادرعزیزم که از نگاهشان صلابت، از رفتارشان محبت
و از صبرشان ایستادگی را آموختم.
تقدیر و تشکر
سپاس و ستایش مر خدای را که آثار قدرت او بر چهره روز روشن، تابان است و انوار حکمت او در دل شب تار، درفشان. آفریدگاری که خویشتن را به ما شناساند و درهای علم را بر ما گشود و عمری و فرصتی عطا فرمود تا بدان، بنده ضعیف خویش را در طریق علم و معرفت بیازماید.
شکر شایان نثار ایزد منان که توفيق را رفیق راهم ساخت تا اين پايان نامه را به پايان برسانم . بسی شایسته است تا از اساتید فاضل و اندیشمند جناب آقای پروفسور خلیل فرهادی و جناب آقای دکتر مرتضی بهرام اساتید راهنمای این پایان نامه که با کرامتی چون خورشید ، سرزمین دل را روشنی بخشیدند و گلشن سرای علم و دانش را با راهنمایی های کار ساز و سازنده بارور ساختند، تقدیر و تشکر نمایم.
از جناب آقای دکتر جواد بهمنش که مشاوره این پایان نامه را برعهده داشتند و زحمات زیادی در راه تدوین این پایان نامه متحمل شدند،صمیمانه تشکر مینمایم .
از جناب آقای دکتر رضا امامعلی سبزی و دکتر ناصر صمدی که داوری این پایان نامه را متحمل شدند و راهنمائیهای ارزندهای را در اختیار اینجانب قرار دادند صمیمانه تقدیر و تشکر می نمایم.
در اینجا فرصت را مغتنم شمرده و از تمامی دوستان و عزیزانی که در راه تدوین این پایان نامه اینجانب را یاری نمودهاند تقدیر و تشکر مینمایم.
فهرست مطالب
صفحهعنوان
1-١- زئین…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….1
١ -١-١-کاربردهای زئین…………………………………………………………………………………………………………………………………..2
1-2-نانوذرات و روشهای سنتز نانو ذرات…………………………………………………………………………………………………………..3
1-2-1-نانوذرات……………………………………………………………………………………………………………………………………………3
1-2-2-روشهای تولید نانوذرات……………………………………………………………………………………………………………………….3
1-3-آب………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..5
١-3-1-آلودگی آبها……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 5
1-4-ویژگیهای فلوئورید…………………………………………………………………………………………………………………………………..6
1-5-راههای ورود فلوئورید به آب……………………………………………………………………………………………………………………7
1-6-مشکلات ناشی از افزایش غلظت فلوئورید در آب……………………………………………………………………………………….8
١-6-1-فلوروزیس ………………………………………………………………………………………………………………………………………..8
1-7-راههای حذف فلوئورید از آب…………………………………………………………………………………………………………………9
1-8-روشهای تعیین فلوئورید………………………………………………………………………………………………………………………..10
١-8-1-تیتراسیون…………………………………………………………………………………………………………………………………………10
1-8-2-روش پتانسیومتری…………………………………………………………………………………………………………………………….10
1-8-3-روش اسپکتروفتومتری ………………………………………………………………………………………………………………………11
1-9-جذب سطحی………………………………………………………………………………………………………………………………………12
صفحهعنوان
١-٩-١- جذب و شیمی مربوط به آن………………………………………………………………………………………………………………12
1-٩-2-انواع جذب سطحی مواد بر روی جامدات…………………………………………………………………………………………….12
1-٩-3-جذب فیزیکی…………………………………………………………………………………………………………………………………..13
1-٩-4-جذب شیمیایی…………………………………………………………………………………………………………………………………14
1-٩-5-مهم ترین عوامل موثر بر جذب سطحی………………………………………………………………………………………………..15
1-9-5-1-طبیعت جاذب……………………………………………………………………………………………………………………………..15
1-9-5-2-طبیعت ماده جذب شونده………………………………………………………………………………………………………………15
1-9-5-3-شرایط محلول…………………………………………………………………………………………………………………………….15
1-٥-٩-4-دما…………………………………………………………………………………………………………………………………………….16
١-١0-تعادل های جذب……………………………………………………………………………………………………………………………..16
١-١٠-١-ایزوترمهای جذب سطحی……………………………………………………………………………………………………………….17
١-10-١-١-ایزوترم جذب سطحی لانگمویر……………………………………………………………………………………………………17
-2-1-10-1ایزوترم جذب فرندلیچ……………………………………………………………………………………………………………………18
١١-١-کمومتریکس…………………………………………………………………………. ………………………………………………………….19
١- ١2-طراحی آزمایش………………………………………………………………………………………………………………………………..20
١-١٢-1-زمینه های کاربردی طراحی آزمایش…………………………………………………………………………………………………..20
١-13 -پنج اصل اساسی در طراحی آزمایش…………………………………………………………………………………………………….23
1-14-ماتریس……………………………………………………………………………………………………………………………………………..26
-15-1الکترودهای انتخابگر یون (ISE) ………………………………………………………………………………………………………….28
صفحهعنوان
-16-1مروری بر کارهای پیشین……………………………………………………………………………………………………………………….29
1-16-1-جاذبهای بکار رفته برای حذف فلوئورید…………………………………………………………………………………………..29
2-16-1-الکترودهای انتخابگر یون فلوئورید گزارش شده در مراجع علمی…………………………………………………………….34
1-17-اهداف پایان نامه………………………………………………………………………………………………………………………………….36
2-1-مواد شیمیایی مورد استفاده………………………………………………………………………………………………………………………37
2-2- دستگاهها……………………………………………………………………………………………………………………………………………..38
2-٣-نرم افزارها…………………………………………………………………………………………………………………………………………….38
2-4- روش کار…………………………………………………………………………………………………………………………………………….38
2-٤-1-تهیه محلولها ……………………………………………………………………………………………………………………………………38
٢-5- رسم نمودار کالیبراسیون…………………………………………………………………………………………………………………………40
2-6-روش کار مطالعه حذف فلوئورید از محیط آبی …………………………………………………………………………………………42
2-7-روش کاربردی رسم ایزوترم های جذب …………………………………………………………………………………………………..43
2-8- بررسی اثر آنیونهای دیگر در کارایی جذب……………………………………………………………………………………………….43
2-9-تهیهFT-IR وXRD و SEM ……………………………………………………………………………………………………………..43
2-10-روش سنتز نانو ذرات زئین……………………………………………………………………………………………………………………..43
2-11- روش تهیه الکترود انتخابی یون فلوئورید ………………………………………………………………………………………………44
3-1-مطالعه حذف فلوئورید از آب با استفاده از جاذب(زئین اصلاح شده با سولفوریک اسید)…………………………………45
3-1-1-طراحی ترکیب مرکزی……………………………………………………………………………………………………………………….45
3-1-2-تفسیر نمودارها………………………………………………………………………………………………………………………………..49
صفحهعنوان
3-1-3-انتخاب شرایط بهینه……………………………………………………………………………………………………………………………52
3-1-4-تکرار آزمایش در شرایط بهینه و بررسی تکرار پذیری آزمایش ها………………………………………………………………53
3-1-5-بررسی حذف فلوئورید از محلولهای آبی در حضور آنیونهای دیگر……………………………………………………………53
3-1-6-نتیجه حذف فلوئورید از نمونه آب تهیه شده از مناطق اطراف شهرستان ماکو………………………………………………54
3-1-7-نتایج حاصل از FT-IR …………………………………………………………………………………………………………………….55
3-1-8-نتایج حاصل از XRD ………………………………………………………………………………………………………………………57
3-1-9-نتایج حاصل از SEM……………………………………………………………………………………………………………………….58
3-1-10-نتایج SEM و XRD نانو ذرات زئین………………………………………………………………………………………………..59
3-2-ایزوترم های جذب……………………………………………………………………………………………………………………………… 60
…………………………………………………………………………………..61 3-3-طراحی الکترود خمیر کربن حساس به یون فلوئورید
3-3-1-انتخاب نسبت اجزاء سازنده الکترود………………………………………………………………………………………………………62
3-3-2-مطالعه اثرpH……………………………………………………………………………………………………………………………………63
3-3-3-بررسی ویژگیهای الکترود پیشنهادی ……………………………………………………………………………………………………..64
3-3-4-مطالعه انتخابگری الکترود پیشنهادی………………………………………………………………………………………………………65
3-3-5-زمان پاسخ دهی و طول عمر الکترود……………………………………………………………………………………………………..66
3-3-6-کاربردهای تجزیهای……………………………………………………………………………………………………………………………66
3-٤- نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………………..67
فهرست جداول
صفحهعنوان
جدول (١-١) برخی ویژگی های فلوئورید………………………………………………………………………………………………………….6
جدول (1-2) خصوصیات جذب سطحی فیزیکی و شیمیایی……………………………………………………………………………….13
جدول (1-2) مواد شیمیایی، موارد استفاده و شرکت سازنده آنها…………………………………………………………………………37
جدول(3-1) متغیر ها و کد گذاری مربوط به طراحی ترکیب مرکزی………………………………………………………………………45
جدول (٣-2) لیست آزمایش ها را در طراحی ترکیب مرکزی برای بهینه سازی مدل برای جذب فلوئورید……………………46
جدول( 3-3)تعدادی از فاکتورهای بدست آمده برای مدل کاهش یافته با حذف پارامترهای غیر مهم……………………………48
جدول(3-4) مقدار بهینه و مقدار میانگین بهینه متغیرهای مورد بحث……………………………………………………………………….52
جدول (3-5) بررسی حذف فلوئورید، غلظت اولیه فلوئورید ppm٥/5, مقدار جاذب mg ٢5٠ ، pH=6و
زمان تماس ١ساعت……………………………………………………………………………………………………………………………………….53
جدول (3-6) نتایج مربوط به خذف فلوئورید از نمونه حقیقی………………………………………………………………………………55
جدول(3-7) مشخصات پیک های IR مربوط به زئین- زئین/سولفریک اسید –زئین/سولفریک اسید بعد از مجاورت با فلوئورید………………………………………………………………………………………………………………………………………………………75
جدول (3-8) پارامترهای ایزوترم برای جذب فلوئورید توسطZein /H2SO4 ……………………………………………………..61
جدول(3-9) نسبت اجزاء سازنده الکترود برای تهیه الکترود انتخابی فلوئورید…………………………………………………………62
صفحهعنوان
جدول (3-10) مقادیر ضریب انتخابگری الکترود انتخابگر یون نسبت به آنیونهای مختلف…………………………………………..66
فهرست اشکال
صفحهعنوان
شکل (١-١) نمونه ای از یک ماتریس طراحی شده……………………………………………………………………………………………..26
شکل(١-٢) ارتباط میان پاسخ، ماتریس طراحی شده و ضرایب…………………………………………………………………………….27
شکل (2-1) نمودار کالیبراسیون فلوئورید با استفاده از روش اسپادنس…………………………………………………………………..41
شکل (3-1 )نمودار سه بعدی راندمان جذب در مقابل متغیرهای pH و مقدار جاذب……………………………………………….49
شکل(3-2 )نمودار سه بعدی راندمان جذب در مقابل متغیرهای pH و غلظت اولیه فلوئورید…………………………………….50
شکل(٣-3) نمودار سه بعدی راندمان جذب در مقابل متغیرهای مقدار جاذب و غلظت اولیه فلوئورید………………………..51
شکل(3-٤)تاثیر یونهای دیگر بر حذف فلوئورید، غلظت اولیه فلوئورید ppm٥/5، مقدار جاذب mg ٢5٠
، pH=6و زمان تماس ١ساعت……………………………………………………………………………………………………………………54
شکل (3-5) طیف IR زئین(a) –زئین/سولفوریک اسید(b)–زئین/سولفوریک اسید بعد از مجاورت با فلوئورید(c)…….56
شکل (3-6) طیف XRD زئین(a) –زئین/سولفوریک اسید(b)–زئین/سولفوریک اسید بعد از مجاورت با فلوئورید(c)…58
شکل (3-7)تصویر SEM از Zein/H2SO4…………………………………………………………………………………………………….59
شکل(3-8(تصویر SEM ازZein/H2SO4 بعد از مجاورت با فلوئورید…………………………………………………………….95
شکل(3-9)تصویر SEM نانوذرات زئین…………………………………………………………………………………………………………..59
صفحهعنوان
شکل (3-١0) طیف XRD نانوذرات زئین…………………………………………………………………………………………………………60
شکل (3-11) نمودار ایزوترم جذب فرندلیچ………………………………………………………………………………………………………60 شکل (3-12) نمودار ایزوترم جذب لانگمویر ……………………………………………………………………………………………………60 شکل (3-13) مقایسه پاسخ الکترود انتخابگر یون به نسبتهای مختلف از اجزای سازنده الکترود……………………………… 63
شکل(3-14) بررسی اثر pH بر پاسخ الکترود در حضور 01/ 0 مولار از فلوئورید………………………………………………….63
شکل(3-15)مقایسه پاسخ الکترود انتخابگر یون به آنیونهای مختلف……………………………………………………………………….64
شکل(3-16) منحنی تیتراسیون 10 میلیلیتر از توریم نیترات 0004/0 مولار با محلول فلوئورید 001/0 مولار
با الکترود پیشنهادی………………………………………………………………………………………………………………………………………67
چکیده
فلوئورید از سالها قبل بعنوان یک یون سمی شناخته شده است. منبع اصلی فلوئورید در محلولهای آبی سنگهای معدنی حاوی فلوئورید و فعالیت های صنعتی کارخانه ها میباشد. بر طبق گزارش سازمان حفاظت محیط زیست مقدار فلوئورید بیش از ١ میلیگرم بر لیتر باعث بروز بیماریهای مختلف میشود. در این تحقیق از ماده بیوپلیمری بنام زئین بعنوان جاذب برای حذف فلوئورید از آب استفاده شده است و روشی که برای تعیین غلظت فلوئورید در محلولهای آبی بکار میرود روش اسپادنس میباشد . پارامترهای موثر بر واکنش از قبیل pH ، مقدار جاذب، زمان تماس جاذب و غلظت اولیه فلوئورید با روش طراحی ترکیب مرکزی بهینه شدهاند. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار جذب در pH ، ۶-٥/٤ و در مدت ٣٠ دقیقه اتفاق میافتد. توانایی حذف جاذب برای حذف فلوئورید با استفاده از ایزوترم لانگمویر و فرندلیچ مورد بررسی قرار گرفته و مقدار حذف به ازای واحد وزن (١گرم) برابر ٢/١ میلیگرم بدست آمد. تاثیر آنیونهای دیگر نیز بر حذف فلوئورید در این تحقیق بررسی شده است.
در بخشی دیگر از این تحقیق از نانو ذرات زئین برای تهیه الکترودهای خمیر کربن یون گزین فلوئورید استفاده شده است. تاثیر یونهای دیگر بر عملکرد این الکترود بررسی شده است و ضریب انتخابگری این الکترود نیز تعیین شده است. نتایج نشان میدهد که الکترود پیشنهادی در گستره خطی2×10-5-2×10-2 مولار در دمای˚C 25 رفتار نرنستی دارد، بعلاوه عملکرد این الکترود در یک گستره قابل قبول pH ما بین 8-4 رضایت بخش میباشد. تهیه آسان، انتخابگری خوب، پاسخ سریع و طول عمر بالا از ویژگیهای بی نظیر این الکترود پیشنهادی میباشد.
مطالب پیش رو نتایج مطالعات و تحقیق پیرامون تهیه نانوذرات از زئین و یافتن کاربردهای زیست محیطی و کاربردهای تجزیه ای آن میباشد.
١-١- زئین
زئین ، پلیمر فیبری و پروتئینی است که دارای مقدار کمی اسید آمینه اسیدی و بازی است ولی غنی از آمیدها، لوسین، پرولین و آلانین است [1]. این پروتئین در هاگ ذرت یافت میشود بطور تجاری از گلوتن ذرت توسط الکل استخراج میشود و بعنوان محصول جانبی صنعت بیو اتانول است. ذرات زئین قرار گرفته در محدوه قطر حدودأ ٢-١ میکرومتر، پروتئینهای اصلی هاگ ذرت نامیده میشوند. سه جزء مجزای زئین شاملα وᵝ وᴽ زئین، بوسیله حلالیت متفاوت آنها در محلولهای الکل قابل شناسایی است. زئین تجاری مخلوطی از پروتئین ها با جرم مولکولی متفاوت، حلالیت و بارهای متفاوت است. عمومأ، زئین با محلولهای الکل گرم استخراج شده و با آب سرد رسوب داده می شود، زئین تجاری نیز شامل زئین α است [٢]. مخلوطی از سه الکل اتانول، متانول و ایزوپروپانول با مقدار مناسب آب برای حل کردن زئین استفاده می شود، فرایند آنتی حلال فوق بحرانی برای سنتز میکرو و نانو ذرات زئین برای سیستم های ترکیبات بیو فعال مورد استفاده قرار می گیرد [٣].
ᵅ – زئین پلی پپتیدی با وزن مولکولی بین٢٥٠٠٠-٢١٠٠٠ است. ساختاری دارای α-٩هگزیل توسط آرگوس1 و همکارانش بر اساس توانایی هیدراتاسیون، قطبیت و ساختمان ثانوی پیشنهاد شده است. زئین تجاری دارای غلظت بالایی از ساختار ᵅ-هگزیل در محلول آب الکلی می باشد. تحقیقات تیما شف2 نشان میدهد که اغلب حلالها، از قبیل اتانول می تواند ساختار ᵅ- هگزیل زئین را افزایش دهد [2].
بعلت ویژگیهای هیدروفوبیکی زئین، اخیرأ تلاشهای زیادی برای تهیه دانههای زئین و هیدروژلهای زئین انجام شده است که این ویژگی باعث بقاء ساختار شبکهای میشود [٣].
١-١-١-کاربردهای زئین
زئین به علت نامحلول بودنش در آب یک کاندیدای مناسب برای استفاده در سیستمهای انتقال یا بعبارت دیگر تحویل دارو می باشد. تعدادی از پروتئین ها، بعنوان مانع یا حامل اجزای غذایی، داروها و مکمل های غذایی بکار می رود و این بعلت ویژگی های زیست تخریب پذیری، سمیت پائین و قابلیت جذب مناسب و قابلیت خوردن آن است. از بین پروتئین ها، زئین میتواند در اثر اصلاحات شیمیایی و یا نرم سازی فیزیکی و یا فرایندهایی از این قبیل به فرم فیلم درآید [1].
فیلم زئین بعلت داشتن ویژگیهایی از قبیل سفتی، براق بودن، آبگریزی، مقاومت در برابر عبور چربی و مقاومت در برابر حمله میکروبی بسادگی بوسیله تبخیر حلال از محلول زئین قابل تهیه است. این ویژگیهای فیزیکی فیلم زئین باعث شده تا از آن بعنوان پوشش در بسته بندی مواد غذایی و دارویی استفاده شود. زئین برای تولید پروتئین های میکروزوم برای داروهای کپسولی، حشره کش ها بکار میرود، بعنوان مثال در صنایع غذایی از زئین در ایجاد پوشش روی آجیل و شیرینیها برای جلوگیری از تبخیر رطوبت استفاده میشود.
زئین معمولأ بعنوان پوشش قرصها بعلت به تأخیر انداختن آزادسازی داروها و حفاظت داروها از محیط اسیدی معده بکار میرود و این بطور گسترده به ویژگیهای سطحی آن به خاطر فرم و ساختار سطحی و آبدوستی سطح است. تحقیقات قبلی نشان میدهد که ویژگیهای سطح دارای زئین دانه ریز تاثیر ویژه ای روی بار گذاری و تلفیق با ترکیبات فعال دارد [٣].
پلیمرهای زیست تخریب پذیر از منابع تجدید پذیر بدلیل تاثیر مثبت روی اقتصاد و محیط زیست توجه زیادی را به خود جلب کردهاست. از آنجائیکه منابع نفتی رو به پایان است پس نیاز به منابع انرژی جدیدی است به این دلیل توجهات بیشتر بر روی تبدیل بیومواد به محصولات مفید جلب شدهاست [٣].
1-2-نانوذرات و روشهای سنتز نانوذرات
2-1-نانوذرات-1
تعریف های مختلفی از نانو تکنولوژی ارائه شده است ، موسسه ملی پیشگامی نانوتکنولوژی در آمریکا تعریف زیر را ارائه میدهد: توسعه تحقیقات و فناوری در سطوح اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی با طول تقریبی از ١ تا ١٠٠ نانومتر، به منظور فراهم ساختن شناخت اصولی از پدیده ها و مواد در مقیاس نانو و به منظور ایجاد و استفاده از ساختار ها، قطعات و سیستمهایی که به خاطر اندازه کوچک و یا متوسط خود دارای خواص و عملکردهای جدیدی هستند [4].
نانوذرات از مدتها قبل مورد استفاده بودهاند، طي چند سال اخير كاربردهاي نانو ذرات بطور مجزا و مستقل از فناوري نانوتكنولوژي پيشرفتهاي قابل توجهي داشته و به عنوان يكي از ابعاد اصلي اين فناوري به حساب ميآيد. اين پيشرفتها در زمينههاي زيست پزشكي ، دارو سازي و دارو رساني ، لوازم آرايشي ، كامپوزيتها و روكشها و … بودهاست و شامل استفاده از نانوذرات معدني به عنوان عوامل ضد باكتري در بانداژها ، برچسبهايي جهت تشخيص بيماريها ، حامل هاي دارو ، مواد استخواني ، تجهيزات جداسازي زيست مغناطيسي و… ميباشد . همچنين در سالهاي اخير پيشرفتهايي در زمينه امكان ساخت و كنترل شديد اندازه، تركيب و يكنواختي نانو ذرات صورت گرفته است . تنوع در انواع نانوذره به تنوع در كاربردهاي آن بر ميگردد، همچنانكه علاوه بر موارد ذكر شده نانوذرات داراي كاربردهاي بسيار وسيع در زندگي بشر وهمچنين صنعت و … ميباشند [5].
2-2-روشهای تولید نانوذرات-1
روشهای بسیار متنوعی جهت تولید نانوذرات وجود دارد که عبارتند از:
چگالش بخار
سنتز شیمیایی
فرایندهای حالت جامد (خردایشی)
استفاده از سیالات فوق بحرانی به عنوان واسطه رشد نانوذرات
استفاده از امواج ماکروویو و امواج مافوق صوت
استفاده از باکتریهایی که میتوانند نانوذرات مغناطیسی تولید کنند.
پس از تولید نانوذرات می توان با توجه به نوع کاربرد آنها از روشهای رایج زمینهای مثل روکش دهی یا اصلاح شیمیایی نیز استفاده کرد.
چگالش بخار: این روش جهت تولید نانوذرات سرامیکی فلزی و اکسید فلزی مورد استفاده قرار میگیرد. این روش شامل تبخیر یک فلز و سپس چگالش سریع آن میباشد که طی آن خوشه های نانومتری به صورت پودر ته نشین میشوند. نکته ای که باید به آن توجه داشت آنست که برای تهیه نانوذرات فلزی جهت جلوگیری از اکسیداسیون از گازهای بیاثر و برای تهیه نانو ذرات سرامیکی اکسید فلزی از اکسیژن استفاده میشود. در نهایت اندازه ذره با تغییر پارامترهایی نظیر دما، سرعت تبخیر و محیط کنترل میشود. مهمترین مزیت این روش میزان کم آلودگی و تهیه اکسیدهای فلزی شفاف و مقاوم به خش و عیب آن هزینه بر بودن آنست. نوع دیگر، روش تبخیر در خلاء بر روی مایعات روان است. در این روش با ایجاد خلاء در استوانه مدوری که با فیلم نازکی از مواد ویسکوز مثل روغن، یا پلیمر پوشیده شده، فلز مورد نظر در خلاء تبخیر و پراکنده میشود. ذرات معلق در مایع تشکیل و به اشکال مختلف رشد میکنند.
سنتز شيميايي: روش سنتز شیمیایی یا روش محلولی شامل رشد و رسوب نانوذرات در یک واسطه مایع حاوی انواع واکنشگر میباشد و معمولترین نمونه روش سل – ژل میباشد. برای کنترل شکل نهایی و اندازه ذرات میتوان فرایند را با انتخاب مواد شیمیایی تشکیل دهنده ذرات پایدار متوقف نمود. از این روش برای ایجاد نقاط کوانتومی نیز استفاده میشود. مزیت این روش کنترل پذیری بالای آن میباشد همچنین این روش کم هزینه می باشد اما مشکل آن آلودگی حاصل از مواد شیمیایی میباشد که پخت نانوذرات را جهت روکش دچار مشکل میکند.
فرایندهای حالت جامد: در این روش ذرات میکرومتری، با اعمال مستقیم انرژی مثل پودر کردن یا آسیاب کردن به ذرات کوچکتر تبدیل میشوند. خواص نانوذرات حاصل از این روش تحت تأثیر ماده آسیاب کننده، زمان و محیط اتمسفر آسیاب قرار میگیرد. این روش برای تهیه نانوذراتی بکار میرود که در روش قبل به آسانی تولید نمیشود اما مسأله مهم آلودگی حاصل از مواد آسیاب کننده یا محیط گرمایی است.
کاربردهای فرایند های فوق بحرانی در تولید میکرو و نانوذرات: با توجه به برخی خواص گاز و مایع سیالات فوق بحرانی نظیر نفوذپذیری و دانسیته امکان کاربرد فرایندهای سیالات فوق بحرانی در تولید مواد مختلف در مقیاس میکرو یا نانو در صنایع مختلف فراهم شده است. از کاربردهای مهم اینگونه فرایندها می توان به تولید مواد مختلف نظیر داروها، پروتئین ها، بیوپلیمر ها و همچنین مواد شیمیایی در مقیاس میکرو یا نانو اشاره داشت [5].
1-3-آب
با آگاهی از این حقیقت که آب تنها و مهمترین ماده حیاتی است که جایگزینی آن به هیچ صورت دیگری امکان پذیر نمیباشد و از طرفی در دسترس داشتن آن به مقدار کافی و کیفیت مناسب از احتیاجات اولیه زندگی است، باید حفاظت کمی و کیفی آب کشور را در صدر اولویت ها قرار داد. در قرن حاضر از دیر باز عناصر و مواد شیمیایی معدنی و آلی از جمله نفت ، شوینده ها ،سموم دفع آفات، مواد صنعتی از قبیل عناصر سنگین و غیره وارد چرخه محیط زیست شدهاند. متاسفانه در کنار کاهش تدریجی حجم ذخایر آب قابل استفاده ، آلودگی های مختلف نیز پیوسته بر مشکلات آب اضافه میکنند.
طبق بند ح ماده 104 قانون برنامه توسعه کشور، به منظور کاهش عوامل آلوده کننده محیط زیست به خصوص در مورد منابع طبیعی، واحدهای تولیدی موظف هستند برای تطبیق مشخصات فنی خود با ضوابط محیط زیست و کاهش آلودگی ها اقدام نمایند. با توجه به افزایش هزینه های تهیه منابع جدید آب صرفه جویی، بازیافت و استفاده مجدد از منابع موجود می تواند نیازهای گوناگون به آب را به صورت اقتصادی تر مرتفع کند. به منظور حفظ سلامت افراد و محیط زیست و استفاده اقتصادی از تمام منابع موجود آب ، باید روند آلوده سازی منابع آب به افزایش روز افزون بهبود کیفیت آب تغییر یابد.
١-3-1-آلودگی آبها
آلودگی عبارت است از وارد کردن مواد یا انرژی توسط آدمی در محیط زیست بطوریکه در نتیجه این عمل منابع حیاتی یا سلامتی انسان، حیوانات و نباتات در معرض خطر قرار گیرد. وجود مواد یا انرژی در محیط های مختلف در محدوده های خاص مجاز و گاها⸗ مطلوب است ، آلودگی زمانی اتفاق می افتد که این مقادیر بطور ناگهانی افزایش قابل ملاحظه ای می یابد و این افزایش موجب اخلال و ایجاد مشکلات در روند طبیعی و معمول پدیده های موجود می گردد. بعنوان نمونه فسفر و ازت هر دو عناصری هستند که وجود آنها برای حیات ضروری است و حتی بعضی از ترکیبات آنها در کشاورزی بعنوان کود شیمیایی به زمین علاوه میگردد ولی اگر مقدار همین مواد بیش از حد مجاز باشد و مقداری از آن بوسیله آب شسته و به رودخانه یا دریاچه های مختلف بریزد، باعث رشد بیش از حد بعضی گیاهان هرز خواهد شد که برای زندگی موجودات آبی زیان آور است و ممکن است موجب پیری زودرسی برای دریاچه ها بویژه دریاچه های مصنوعی گردد و در ضمن از نظر تصفیه نیز دشواری هایی ایجاد مینماید [6] .
1-4-ویژگیهای فلوئورید

فلوئور عنصر شیمیایی است که با نماد شیمیایی F نشان میدهند و بصورت دو اتمی یافت میشود، این عنصر در حالت خالص، گاز زرد رنگ و فرسایشگری میباشد که عامل اکسید کننده قوی به حساب میآید، این عنصر از تمامی عناصر الکترونگاتیوتر و واکنش پذیرتر است. فلوئور در محلولهای آبی بصورت یون فلوئورید (F-) دیده میشود. جدول (١-١) برخی ویژگیهای فیزیکی فلوئورید را نشان میدهد [7].
جدول (١-١) برخی ویژگی های فلوئورید
نماد شیمیاییFعدد اتمی9حالت فیزیکیگازچگالی7/1g/Lنقطه ذوب53/53Kنقطه جوش3/85Kگرمای تبخیر62/6Kj/molظرفیت گرمایی ویژه304/31J/mol.Kالکترونگاتیوی98/3ساختار کریستالیCubic
1-5-راههای ورود فلوئورید به آب
فلوئورید بطور گسترده در آبهای طبیعی با غلظت پایین وجود دارد در آبهای غیر آلوده و آب دریا بترتیب در محدوده 3/٠-01/٠ و5/١-2/١ میلیگرم بر لیتر وجود دارد .غلظت تقریبی فلوئورید در آبهای آشامیدنی حدودmg/L 1 میباشد و این مقدار فلوئورید در آب برای جلوگیری از پوکی استخوان و پوسیدگی دندان لازم است بدون اینکه تاثیر بدی روی سلامتی بدن داشته باشد [8].
غلظت بالای فلوئورید در آب برای سلامتی بشر مضر شناخته شده است و غلظت آن در آبهای زیر زمینی بخشهای مختلف جهان در حال افزایش است و این میتواند به علت حل شدن کانیهای حاوی فلوئورید از جمله فلوئوریت، بیوتیت، توپاز و کانیهای دیگر از این گروه شامل گرانیت، بازالت، سیانیت و دیگر سنگ های حاوی فلوئورید باشدکه باعث ورود این یون به آبهای زیر زمینی میشود [9].
علاوه بر این کانیها و سنگهای حاوی فلوئورید که باعث وارد شدن فلوئورید به آب میشود، پساب برخی صنایع، شامل صنایع تولید شیشه، سرامیک، تولید نیمه رساناها، آبکاری، کارخانجات آهن، آجر و… نیز باعث افزایش غلظت فلوئورید در آبهای زیرزمینی میشود که فلوئورید وارد شده توسط پساب صنایع خیلی بیشتر از فلوئورید وارد شده از حل شدن سنگها و کانیها میباشد. فلوئورید در دهانشویه ها، خمیر دندان، آب میوه ، غذاهای کنسرو و ظروف تفلون بکار رفته و یکی از راههای ورود فلوئورید به آب، صنایع آلومینیوم، حشره کش ها، آفت کش ها ، علف کشها و ضد قارچهایی است که برای میوه ها و سبزیجات بکار می رود و آلودگی محیطی به فلوئورید را بوجود میآورد [10].
فلوئورید در ترکیب سم موش و سوسک، داروهای آرام بخش، بیهوشی و خواب آور، روان افزا و گاز جنگی بکار برده میشود. در ترکیب حشره کش DDT نیز فلوئور جایگزین کلر شده است تا اثر آن قویتر باشد. اثرات آنتی سپتیک فلوئورید غیر آلی می تواند باعث اختلالات آنزیمی باشد. تغییرات آنزیمی میتواند در تغییرات ساختمان کربوهیدرات و چربی موثر باشد. فلوئورید با ایجاد پیوند هیدروژنی قوی با گروه آمیدی، در شکل و عملکرد پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک اختلال ایجاد میکند.
شواهد نشان میدهد که آب مصرفی بیش از ٢٠٠ میلیون نفر از جمعیت دنیا حاوی فلوئورید بیش از حد مجاز اعلام شده توسط سازمان بهداشت جهانی ( (WHOیعنی١ میلیگرم بر لیتر می باشد [11].
1-6-مشکلات ناشی از افزایش غلظت فلوئورید در آب
غلظت بالای فلوئورید باعث بروز بسیاری از بیماریها از قبیل کاهش میزان هموگلوبین ، اختلالات معده و روده، از دست دادن دندانها در سن جوانی، افزایش شکستگی لگن3 در سالمندان،، استنوپروز4، نازایی5 و فرم خاصی از آرتریت6 )ورم مفاصل) و ساختمان ضعیف دندانها و زرد شدن آنها، اختلال ترشح انسولین ، کاهش قدرت تغلیظ ادرار ، اختلالات سیستم ایمنی، آسیب ژنتیک ، اختلالات یاد گیری و کاهش ضریب هوشی ، اختلالات عملکرد تیروئید و سرطان7، آلزایمر8و … میشود [12].
گزارشها نشان میدهد که فلوئورید باعث ایجاد اختلال در سنتز DNA میشود و همچنین در متابولیسم کربوهیدراتها، لیپیدها، پروتئینها، ویتامین ها و موادمعدنی اختلال ایجاد میکند [13].
١-6-1-فلوروزیس9
مسمومیت مزمن ناشی از استنشاق یا بلع روزانه بیش از ۶ میلیگرم فلوئور باعث فلورزیس شدید میشود و علائم آن شامل کاهش وزن، شکنندگی استخوانها، کم خونی، کاهش سلامتی عمومی، سفتی مفاصل میباشد، تغییر رنگ دندانها نیز در صورتی که این مسمومیت درمرحله تشکیل دندانها صورت گرفته باشد بوجود میآید [14].
اگر مقدار فلوئورید آب آشامیدنی یک منطقه بیش از اندازه باشد، نقاط سفید رنگ ماتی روی دندانها دیده میشود یا دندانها زرد قهوه ای رنگ میشوند که به این حالت فلورزیس گفته میشود. وقتی فلورزیس خیلی شدید باشد مینای دندان نرم و مانند سنگ پا سوراخ سوراخ میشود [15].
1-7-راههای حذف فلوئورید از آب
روشهای سنتی حذف فلوئورید از آب شامل استفاده از آهک و همرسوبی آن بشکل فلوئوریت میباشد [16] ، فرایند همرسوبی و لخته سازی باFe (III) [17] ، آلومینای فعال [18] و کلسیم [19] بطور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است.علاوه بر این تبادل یونی [2420-]، اسمز معکوس [26،25] و الکترو دیالیز [27]، برای حذف مقدار اضافی فلوئورید از آب مورد استفاده واقع شده است. با اینحال این روشها دارای نقطه ضعفهایی چون پیچدگی، هزینه بالا، تولید آلودگی را دارا هستند.
ایوب10 و همکارانش [28] در بحث مفصلی مطالبی مبنی بر مقایسه روشهای مختلف حذف فلوئورید از آب را عرضه کرده و نقاط قوت و ضعف این روشها را مقایسه کردهاند. طبق نتایج گرفته شده ، روشهای لختهساز ی برای حذف فلوئورید روش موثری بوده ولی با این روش نمیتوان غلظت فلوئورید را به حد دلخواه رساند [28]. همچنین آنها دریافتند که راه اندازی روشهای الکتروشیمیایی نیاز به هزینه بالا دارد و حفظ و نگهداری آنها برای استفاده هزینه بر و مشکل است [28]. علاوه بر این روشها، روشهای غشایی نیز برای حذف فلوئورید مورد استفاده قرار گرفتهاند که در این روش نیاز به ماده افزودنی نبوده ولی راه اندازی و آماده نمودن این روش برای اجرا بسیار هزینه بر و زمانبراست [28].
تکنیک نلقوندا11 یکی از تکنیکهای عامه پسند برای حذف فلوئورید است که بطور گسترده برای حذف فلوئورید از آب در کشورهای در حال توسعه ای چون هند، کنیا، سنگال، تانزانیا مورد استفاده قرار میگیرد [28]، این روش شامل افزایش مقادیر دقیق از Alum و آهک و مواد شیمیایی ضدعفونی کننده به آب بوده و سپس این مواد بسرعت بهم زده می شود و آلومینیوم هیدروکسید بهمراه فلوئورید رسوب کرده و در ته ظرف قرار میگیرد [28]. از معایب این روش که در گزارشات مختلف آمده، این است که غلظت فلوئورید باقیمانده در انتهای آزمایش ٢-۷ میلیگرم بر لیتر است که این مقدار در مقایسه با حد مجاز اعلام شده توسط سازمان بهداشت جهانی که١میلیگرم بر لیتر است بسیار بالا است [30-28].
از بین روشهای مختلف استفاده شده برای حذف فلوئورید از آب، فرایند جذب بطور گسترده مورد استفاده قرارمیگیرد و این به علت سادگی طراحی، کاربرد آن و قیمت پایین جاذبهای مورد استفاده میباشد [30].
1-8-روشهای تعیین فلوئورید
١-8-1-تیتراسیون
در این روش تیتران معمولأ یک فلز از عناصر خاکهای نادر مانند توریم به محلول دارای فلوئورید اضافه می شود سپس به آن اجازه داده میشود تا با فلوئورید وارد واکنش شود، سپس محلول با یک شناساگر رنگی مانند آلیزارین Red-S یا اسپادنس وارد واکنش می شود. تغییرات رنگ ایجاد شده در اثر واکنش توریم باقیمانده با شناساگر رنگی به طور چشمی شناسایی میشود. pH و ساختار محلول به دقت کنترل می شود و برای جلوگیری از تداخل سایر مواد، قبل از شناسایی جداسازی اولیه صورت می گیرد. این روش، روش دقیقی بوده ولی خسته کننده است، علاوه بر این، نتایج بدست آمده از این روش نیاز به مهارت و تجربه بالایی دارد [31].
1-8-2-روش پتانسیومتری
غلظت فلوئورید در محلولهای آبی به روش پتانسیومتری مستقیم توسط الکترود انتخابی یون فلوئورید تخمین زده میشود [31]. این الکترود با استفاده از یک تک بلور فلوئورولانتان آغشته به اروپیم( (IIبعنوان غشاء جامد، ساخته شده است. نقش اروپیم(II) افزایش هدایت الکتریکی بلور است. چنین غشایی را بر انتهای لوله ای ثابت نصب و درون آنرا از محلول شاهد سدیم فلوئورید اشباع شده از AgCl پر میکنند. پتانسیل چنین محلولی تابع فعالیت یون کلرید در محلول درونی است. الکترودی را که به این ترتیب تهیه می شود، بهمراه الکترود شاهد دیگر در محلول آزمایشی حاوی یون فلوئورید شناور میکنند. اندازه گیری اختلاف پتانسیل موجود بین دو الکترود شاهد درونی و بیرونی، ارقامی را بدست میدهد که مطابق رابطه زیر، از فعالیت یون فلوئورید در محلول بیرونی تبعیت میکند:
E= K-0/0591log⁡aF-
در این رابطه K ثابت الکترود وaF- فعالیت یون فلوئورید در محلول را نشان میدهد، استفاده از علامت منفی در معادله بالا، نشانه تعلق الکترود انتخابی به یک آنیون است. با این الکترود میتوان فعالیت یون فلوئورید را در محدوده غلظت یک میکرو تا یک مول بر لیتر در محلولها اندازه گرفت. بکارگیری این الکترود مستلزم تنظیم pH محلول آزمایشی در حدی معین است زیرا pH های اسیدی موجب تبدیل یونهای F- به HF و نیز انهدام بلور لانتان فلوئورید میشود و pHهای بازی نیز سبب مداخله یونهای OH- بجای یونهای F- در ایجاد پتانسیل و نیز انهدام بلور میگردد [32].
1-8-3-روش اسپکتروفتومتری
در این روش ترکیبی از فلزاتی از قبیل آلومینیوم، آهن، توریم، زیرکونیم، لانتانیم یا سریم با یک شناساگر رنگی واکنش داده و یک کمپلکس با ثابت تفکیک پایین تشکیل میدهد که این کمپلکس در حضور فلوئورید کمپلکس جدید تشکیل داده و باعث تغییر رنگ میشود [٣1].
در این روش بعلت تغییر در ساختار کمپلکس، طیف جذبی تغییر مییابد که این تغییرات با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر قابل شناسایی است. یکی از مواد رنگی مهم که در این روش مورد استفاده واقع میشود تری سدیم٢-پارا سولفو فنیل آزو ١و٨ دی هیدروکسی٣و۶ نفتالندیسولفونات است که به اسپادنس12 معروف است، اریو کروم سیانین R یکی دیگر از رنگهای معمول است که با یون فلزی وارد واکنش شده و تولید کمپلکس رنگی میکند.
در روش اسپادنس، زیرکونیم با اسپادنس وارد واکنش شده و تولید کمپلکس رنگی میدهد، فلوئورید رنگ قرمز کمپلکس را از بین میبرد و باعث تغییر در جذب میشود که با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر این تغییرات جذب قابل اندازهگیری است [9].
1-9-جذب سطحی
در فرآیند جذب اتم‌ها یا مولکول‌های موجود در یک مایع یا گاز، در تماس با یک سطح جامد هستند. این جذب بوسیله نیروهای چسبندگی و همدوسی روی می‌دهد. جذب سطحی با نیروهای سست بلندبرد مانند نیروی واندروالسی آغاز و با نیروهای نیرومند کوتاه‌برد مانندیونی و فلزی پایان می‌یابد. بایستی توجه داشت که نیروی کووالانسی همراه با واکنش شیمیایی‌است و نه تنها در سطح، بلکه در توده ماده نیز عمل می‌کند و بنابراین جزو نیروهای جذب سطحی نیست [33].
در جذب سطحی مولکولهای گاز بر روی سطح یک جسم جامد جذب میشود و در نوعی دیگر از جذب سطحی، جسم حل شده در یک محلول بر روی سطح یک جسم جامد جذب میشود.
١-٩-١- جذب و شیمی مربوط به آن
جذب سطحی به فرآیند تجمع مواد موجود در فاز محلول بر روی یک فصل مشترک13 مناسب اطلاق میشود. ماده جذب شونده14 به مادهای اطلاق میشود که در حال حذف شدن از فاز محلول در فصل مشترک (فصل مشترک محلول و ماده جاذب) باشد [34 ].
1-٩-2-انواع جذب سطحی مواد بر روی جامدات
در مطالعه جذب سطحی به راحتی تشخیص داده میشود که انواع جذب را میتوان در یکی از دو دسته جای داد. این دستهبندی بر اساس داشتن نیروهای اساسأ فیزیکی نگهدارنده مولکولهای گاز بر سطح جامد یا امکان وجود پیوندهای شیمیایی که موجب چنین اتصالی بشوند، انجام گرفته است. طبقه بندی جذب سطحی به فیزیکی یا شیمیایی از همین جا منشأ میگیرد.

جدول (١- ٢) خلاصه جنبه های تجربی را که بتوان پدیدهای را بر اساس فوق دسته بندی کرد، ارائه میکند. تشخیص رفتار متفاوت دو نوع جذب سطحی بایستی بر اساس داشتن خصوصیات یک پدیده فیزیکی، مثل تراکم بخار به مایع، یا خصوصیات یک واکنش شیمیایی صورت بگیرد [35].
جدول (1-2) خصوصیات جذب سطحی فیزیکی و شیمیایی
جذب سطی شیمیاییجذب سطحی فیزیکی گرمای جذب بیشتر از حدود ٨٠ کیلو ژول بر مول است.
جذب می تواند در دماهای بالا صورت بگیرد.
رشد افزایش مقدار جسم جذب شده در سطح با رشد افزایش فشار جسم جذب شونده نقصان مییابد.
مقدار جذب از خصوصیات هر دو جسم جذب کننده و جذب شونده است.
انرژی فعالسازی در فرایند جذب ممکن است دخیل باشد.
جذب سطحی شیمیایی، حداکثر منتهی به یک لایه میشود.
گرمای جذب کمتر از حدود ٨٠ کیلو ژول بر مول است.
جذب تنها در دماهای پایینتر از نقطه جوش جسم جذب شونده به طور قابل توجهی اتفاق میافتد.
رشد افزایش مقدار جسم جذب شده در سطح با هر افزایش رشد فشار جسم جذب شونده اضافه میشود.
مقدار جذب بیشتر تابع جسم جذب شونده است تا جسم جذب کننده.
در فرایند جذب انرژی فعالسازی چندان دخیل نیست.
جذب سطحی فیزیکی به صورت چند لایه صورت میگیرد.
1-٩-3-جذب فیزیکی
پایه و اساس این نوع جذب، وجود نیروهای الکتروستاتیکی بین مولکولهای جذب شونده و جاذب میباشد. واکنشهای فیزیکی بین مولکولها بر اساس این نیروها شامل اثر متقابل بین دو قطبی، نیروهای ضعیف واندروالسی میباشد. جذب سطحی فیزیکی در پایین تر از نقطه ی جوش جذب شونده اتفاق می افتد ولی در جذب سطحی شیمیایی ، جذب در دماهای بالاتر نیز می تواند اتفاق افتد. انتالپی جذب سطحی فیزیکی کمتر از انتالپی جذب سطحی شیمیایی است. در جذب سطحی فیزیکی،
میزان جذب از خصوصیات جسم جذب شونده است. جذب سطحی فیزیکی به صورت چندلایه صورت می گیرد ولی جذب سطحی شیمیایی حداکثر به یک لایه منتهی میشود [33]. .
1-٩-4- جذب شیمیایی
در جذب سطحی شیمیایی ، مولکولهای جذب شده ، با پیوندهایی که قابل مقایسه با پیوندهای شیمیایی است، در سطح ماده نگه داشته می‌شوند. در فرایند تشکیل پیوند با ماده جاذب ، مولکولهایی که بطور شیمیایی جذب شده‌اند، دچار تغییر آرایش الکترونی درونی می‌شوند. پیوندهای درون بعضی از مولکولهای کشیده و ضعیف و حتی پیوند بعضی از آنها شکسته می‌شوند. گرمای جذب برای این نوع فرایندها همانند گرمای واکنشهای شیمیایی بوده و از 500-٥ کیلو کالری بر مول تغییر میکند [ 33].
این نوع جذب نیز ناشی از وجود نیروهای الکتروستاتیکی است و اختلاف دو نوع جذب فیزیکی و شیمیایی قابل تشخیص نیست. در جذب شیمیایی نسبت به جذب فیزیکی پیوندها قویتر و طول پیوند کوتاهتر میباشد. پیوند شیمیایی ماده جذب شونده روی جاذب به دلیل ویژگی پیوند، معمولأ نمیتواند بیش از یک لایه مولکولی باشد. انرژی پیوند مکانیسمهای مختلف جذب تقریبأ از قوی به ضعیفتر، به ترتیب پیوند شیمیایی الکتروستاتیکی با بیش از ١٠ کیلو کالری بر مول، نیروی واندروالسی و پیوند هیدروژنی با 10-2 کیلو کالری بر مول و اثرات متقابل دو قطبی ها با کمتر از ٢ کیلو کالری بر مول میباشد. بیشتر پدیده های جذب، ترکیبی از دو شکل جذب و در نتیجه نیروهای متفاوتی میباشد و تشخیص بین جذب فیزیکی و شیمیایی چندان ساده نیست [37،36].
1-٩-5-مهم ترین عوامل موثر بر جذب سطحی
1-٩-5-1-طبیعت جاذب
مقدار ماده جذب سطحی شده به سطح ویژه جاذب بستگی دارد. جاذبهایی که بطور عمده استفاده میشوند عموماً بشکل صفحات کروی، نقطهای با قطر10-5/0 میلیمتر است که نتایج نشان میدهد با افزایش سطح ویژه جاذب ظرفیت جاذب افزایش مییابد [38].
1-9-5-2-طبیعت ماده جذب شونده
در فرایند جذب سطحی، مسأله مهم انحلال پذیری ماده حل شونده است که تا حد زیادی تعادل جذب سطحی را کنترل میکند. بطور کلی یک رابطه معکوس بین مقدار ماده جذب سطحی شده و انحلال پذیری آن در حلال وجود دارد که این رابطه همان قانون لاندلیوس15 است . وبر16 و موریس17 نشان دادند که ترکیبات بزرگتر یک خانواده شیمیایی خیلی سریع تر از مولکولهای کوچک یک خانواده دیگر جذب میشوند [39 ].
1-9-5-3-شرایط محلول
شرایطی چون pH ، قدرت یونی و غلظت محلول جز عوامل موثر بر جذب سطحی محلول میباشد. که مهمترین پارامتر از بین آنها pH محلول میباشد و این به دلیل اثر آن بر روی جاذب و چگونگی اثر آن در دانسیته الکترونی و باردار کردن جاذب، و اثر آن بر روی ماده و میزان یونیزه شدن آن ماده میباشد.
1-٥-٩-4-دما
در تمام موارد جذب سطحی، گرما آزاد میشود و گرمای واکنش فرایند جذب سطحی منفی است. معذالک، گرمای جذب سطحی را معمولأ بدون علامت مینویسند. گرمای جذب سطحی فیزیکی در حدود گرمای تبخیر و معمولأ کمتر از ٤٠ کیلو ژول بر مول میباشد، و با توجه به اینکه جذب فیزیکی ممکن است به تشکیل چند لایه از جسم جذب شونده بیانجامد، گرمای مزبور بیشتر به طبیعت ماده جذب شونده بستگی دارد تا به جسم جذب کننده جامد. از طرف دیگر، گرمای مربوط به جذب سطحی شیمیایی قابل مقایسه با گرمای واکنش های شیمیایی معمولی است، به عبارت دیگر گرمای جذب سطحی شیمیایی هر مقداری تا حدود ۶٣٠ کیلو ژول بر مول را میتواند داشته باشد [35].
١-١0-تعادل های جذب
در اثر عمل جذب مقداری از ماده حل شده از محلول به طرف فاز جامد و بالعکس رفته و در نتیجه یک تعادل دینامیکی بین ماده حل شده باقیمانده در محلول با مقدار همان ماده در سطح جاذب برقرار است و تعادل از نظر ترمودینامیکی در چنین سیستمی هنگامی برقرار میشود که جاذب، جذب شونده و حلال به حداقل انرژی آزاد برسند. توزیع ماده حل شده بین محلول و سطح جاذب به صورت تابعی از Ce (غلظت تعادلی جذب شونده بر حسب (mg/L) و qe (میلی گرم جذب شده به ازای واحد جرم جاذب در شرایط تعادل ((mg/g در دمای ثابتی بیان میشود، که چون دما ثابت است به آن ایزوترم جذب میگویند. ایزوترم جذب تابعی از غلظت ماده حل شده در دمای ثابت است (رابطه 1-2)، که معمولأ مقدار qe با افزایش غلظت ماده حل شده در محلول افزایش مییابد [٣9].
qe= f (Ce ) رابطه(1-2)

١-١٠-١-ایزوترمهای جذب سطحی
در حالت عمومی، دو نوع ایزوترم جذب سطحی وجود دارد:
ایزوترم جذب سطحی لانگمویر18 و ایزوترم جذب سطحی فرندلیچ19
١-10-١-١-ایزوترم جذب سطحی لانگمویر
در سال ١٩٦١ لانگمویر مدلی برای پدیده جذب سطحی و بخصوص پدیده ی جذب سطحی شیمیایی ارائه کرد و توانست به توضیح نظری ساده ولی مهمی درباره منحنی ایزوترم جذب سطحی دست یابد. وی فرض کرد هیچ برهمکنشی بین مولکولهای جذب شده وجود ندارد و جامد نیز سطحی یکنواخت دارد.
ایزوترم جذب سطحی لانگمیور خیلی بهتر و رایجتر است. زیرا هم امکان بهینه کردن آن با معادلات ریاضی برای تعمیم به دولایه بودن امکان پذیر است و هم نیازی به غلظت جذب کننده در معادلات (برعکس معادلات فرندلیچ) نمیباشد. به عنوان مثال در کروماتوگرافی جذب سطحی ایزوترم فروندلیچ اصلاً استفاده نمیشود و فرآیند جذب به بهترین صورت با معادلهی لانگمیور توصیف میشود. زیرا ایزوترمهای جذب لانگمویر مقدار کمی جذب یک لایه از مولکولها را بر روی جاذب به صورت تابعی از غلظت



قیمت: تومان

About the author

92 administrator

You must be logged in to post a comment.