خلاصه فارسی…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1

مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 2

 

فصل اول: کلیات   

1-1- ضرورت انجام تحقیق………………………………………………………………………………………………………………………. 5

1-2- بیان مسئله……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 5

1-3- اهداف پژوهش…………………………………………………………………………………………………………………………………. 8

1-4-  فناوری نانو………………………………………………………………………………………………………………………………………. 8

1-4-1-  نانو ذرات……………………………………………………………………………………………………………………………………. 9

1-4-2- نانوذرات مغناطیسی………………………………………………………………………………………………………………… 11

1-4-2-1- طبقه بندی مواد از لحاظ مغناطیسی……………………………………………………………………………….. 12

1-4-2-1-1- مواد فرو مغناطیس………………………………………………………………………………………………………… 12

1-4-2-1-2- مواد فری مغناطیس………………………………………………………………………………………………………. 15

1-4-2-2- نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن………………………………………………………………………………………. 15

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……….. 85

2-5- مروری بر مطالعات گذشته…………………………………………………………………………………………………………… 89

2-5-1- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با نانو ذرات مغناطیسی…………………………….. 89

2-5-2- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با هیدروکسی آپاتیت……………………………….. 92

2-5-3- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با γ-Fe2O3@HAP ……………………………….. 95

فصل سوم : مواد و روش ها

3-1- مواد………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 98

3-2- تجهیزات دستگاهی………………………………………………………………………………………………………………………. 99

3-3- روش کار……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 99

3-3-1- سنتز جاذب……………………………………………………………………………………………………………………………… 99

3-3-2- تعیین ساختار نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP سنتز شده……………………………………………………… 101

3-3-3- تهیه ی محلول های نیترات روی و نیترات کبالت…………………………………………………………….. 102

3-3-4- بهینه سازی و بررسی عوامل موثر بر جذب Zn2+  و Co2+ ………………………………………………. 102

3-3-5- بررسی میزان جذب کبالت (II) و روی (II) از محلول های آبی در شرایط بهینه…………. 104

3-3-6- آزمایش واجذبی……………………………………………………………………………………………………………………. 105

3-3-7- بررسی میزان جذب Zn2+  و Co2+ موجود در پساب با جاذب γ-Fe2O3@HAP ………….. 106

3-3-8- بررسی تخریب یا عدم تخریب نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP پس از فرایند جذب…………… 106

فصل چهارم : نتایج

4-1- بررسی ساختار جاذب نانو ذرات  γ-Fe2O3@HAP ………………………………………………………………. 108

4-1-1- SEM  و TEM مربوط به γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب…………………………………… 108

4-1-2- طیف FTIR  مربوط به γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب………………………………………. 109

4-1-3- طیف XRD مربوط به γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب………………………………………… 110

4-2- نتایج تست انجام شده………………………………………………………………………………………………………………. 110

4-3- رسم منحنی استاندارد………………………………………………………………………………………………………………. 111

4-4- بهینه سازی فاکتور های موثر بر جذب توسط طراحی باکسن- بهکن…………………………………. 112

4-5- بررسی درصد جذب و واجذبی Zn2+  و Co2+ در محلول ها…………………………………………………… 122

4-6- بررسی درصد جذب Zn2+  و Co2+  موجود در پساب…………………………………………………………….. 124

4-7- بررسی تخریب یا عدم تخریب جاذب نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP پس از واجذبی……………… 124

4-7-1- طیف FTIR نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب………………………………… 125

4-7-2- طیف XRD نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب………………………………… 126

فصل پنجم: بحث و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………………………………….. 128

5-2- پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………….. 129

 

منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 131

خلاصه ی انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………………………. 162

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                          صفحه

 

جدول 1-1- خواص فیزیکی Fe3O4 و γ-Fe2O3………………………………………………………………………………….. 17

جدول 1-2- خواص فیزیکی هیدروکسی آپاتیت………………………………………………………………………………… 32

جدول 1-3- مقایسه ی روش های مختلف سنتز پودر هیدروکسی آپاتیت………………………………………. 34

جدول 2-1- خواص عمومی و اتمی کبالت…………………………………………………………………………………………. 44

جدول 2-2- خواص فیزیکی کبالت………………………………………………………………………………………………………. 44

جدول 2-3- خواص عمومی و اتمی روی…………………………………………………………………………………………….. 48

جدول 2-4- خواص فیزیکی روی…………………………………………………………………………………………………………. 48

جدول 2-5- شرایط رسوب دهی فلزات سنگین در عملیات رسوب دهی شیمیایی……………………….. 53

جدول 3-1- آزمایشهای طراحی شده جهت بهینه سازی فاکتورها با نرم افزار باکس- بهکن …….. 104

جدول 4-1- میزان و درصد جذب Co2+ موجود در محلول ppm 100  Co(NO3)2. 6 H2O …. 110

جدول4-2- میزان و درصد جذب Zn2+ موجود در محلول ppm 100  Zn(NO3)2. 6 H2O   ….. 111

جدول4-3- نتایج جذب آزمایشهای طراحی باکس- بهکن برای 3 فاکتور انتخابی  …………………….. 113

جدول 4-4- مقادیر بهینه pH،γ-Fe2O3@HAP   و زمان برای Zn2+و  Co2+………………………………. 121

جدول 4-5- مقادیر جذب یون های  Zn2+و‍‍ Co2+بعد از اعمال شرایط بهینه………………………………… 122

جدول 4-6- ترکیبات مورد استفاده  و میزان و درصد جذب Zn2+  و Co2+ در فرایند واجذبی…… 123

جدول 4-7- میزان جذب Zn2+  و Co2+ موجود در پساب قبل و بعد از انجام فرایند جذب…………. 124

 

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                                                   صفحه

 

شکل 1-1- نمونه ای از حلقه پسماند در مواد فرومغناطیس……………………………………………………………… 14

شکل 1-2- نمونه ای از حلقه پسماند در مواد فرومغناطیس……………………………………………………………… 14

شکل 1-3- تاثیر بلوکهای میدانی در ایجاد پسماند مغناطیسی………………………………………………………….. 14

شکل 1-4- ساختار کریستالی مگنتیت………………………………………………………………………………………………… 16

شکل 1-5- ساختار کریستالی مگهمیت……………………………………………………………………………………………….. 17

شکل 1-6- مراحل سنتز Fe3O4 درون میکروارگانیسم…………………………………………………………………….. 22

شکل 1-7- ساختار کریستالی هیدروکسی آپاتیت………………………………………………………………………………. 29

شکل 2-1- نانوذرات اکسیدهای فلزی،  نانو لوله های کربن دار،  زئولیتها و دندریمرها………………….. 50

شکل 2-2- دسته بندی انواع فیلتر ها…………………………………………………………………………………………………. 67

شکل 2-3- نحوه ی عملکرد نانوفیلتراسیون………………………………………………………………………………………… 71

شکل 2-4- بازیابی یون های فلزی از محلول های آبی توسط فیلتراسیون با پلیمر دندریمر…………… 73

شکل 4- 1- SEM مربوط به نانوذرات γ-Fe2O3@HAPن  قبل از فرایند جذب………………………… 108

شکل 4-2- TEM مربوط به نانوذرات γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب……………………………. 108

شکل 4-3- طیف FTIR  ناذرات γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب……………………………………. 109

شکل 4-4- طیف XRD مربوط به γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب…………………………………… 110

شکل 4-5- منحنی استاندارد جذب Co2+……………………………………………………………………………………….. 111

شکل 4- 6- منحنی استاندارد جذب Zn2+………………………………………………………………………………………. 112

شکل 4-7- میزان تاثیر فاکتورهای مختلف موثر بر جذب Zn2+  و Co2+……………………………………….. 114

شکل 4-8- رابطه مقادیر مختلف PH و γ-Fe2O3@HAP و زمان با درصد جذب………………………… 114

شکل 4-9- تغییرات مقدار PH و γ-Fe2O3@HAP با ثابت در نظر گرفتن زمان………………………….. 115

شکل 4-10- تغییرات مقدار میلی گرم γ-Fe2O3@HAP و زمان با ثابت در نظر گرفتن PH…….. 115

شکل 4-11- تغییرا مقدار PH و زمان با ثابت در نظر گرفتن مقدار میلی گرم γ-Fe2O3@HAP. 116

شکل 4-12- مقدار نسبی کاتیون Co2+ بر حسب PH……………………………………………………………………. 118

شکل 4-13- مقدار نسبی کاتیون Zn2+ بر حسب PH……………………………………………………………………. 119

شکل 4-14- طیف FTIR نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب………………………… 125

شکل 4-15- طیف XRD نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب     126

خلاصه فارسی:

در این تحقیق ابتدا نانو ذرات  γ-Fe2O3@HAPسنتز شده و با اطمینان از سنتز موفق این نانو ذرات با توجه به طیف های XRD، FTIR و تصاویر  SEMو TEM آن ها، این نانو ذرات به عنوان جاذب برای جداسازی یون های فلزی Zn2+ و Co2+ از محلول های آبی حاویcc  20 کبالت (II) و روی (II)ppm  10 به کار برده شدند و برای اندازه گیری جذب این فلزات 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