دانلود پایان‌نامه c (3184)

2-11-1 اثراتاندازهکوانتومی (QSE)145
2-11-2 اثراتافزایشمساحتسطح46
فصلسومروشکاروموادمورداستفاده15
3-1 موادشیمیاییمورداستفاده47
3-1-1 آلایندهمورداستفاده47
3-1-2 ترکیباتشیمیایی47
3-1-3 فوتوکاتالیزورها47
3-2 دستگاههایمورداستفاده48
3-2-1 طیفسنجماوراءبنفشـمرئی (UV-Vis)48
3-2-2 سانتریفیوژ48
3-2-3 ترازویدیجیتال48
3-2-4 دستگاهآبمقطرگیری48
3-2-5 PHمتر48
3-2-6 راکتورفتوشیمیایی48
3-3 نرمافزارمورداستفاده50
3-3-1 نرمافزارMinitab 1550
3-4 سنتزفوتوکاتالیستZnO/C,N,S50
3-5 طیفجذبیورسممنحنیاستانداردبرایآلایندهموردبررسی51
3-6 آزمایشاتتخریبفوتوکاتالیزوریوبررسیشرایطمختلفواکنش51
3-6-1 بررسیاثرنوعکاتالیزور52
3-6-2 بررسیاثرتابشنورUV52
3-6-3 بررسیاثراکسندههابرواکنشهایفوتوکاتالیزوری53
3-6-4 بررسیاثرPH53
3-6-5 بررسیاثراتزمانتابش53
3-6-6 بررسیاثرمقدارکاتالیزور54
3-6-7 بررسیاثرغلظترنگبرتخریبفوتوکاتالیزوری54
3-6-8 بررسیاثرسرعتچرخشدورمگنت54
3-6-9 بررسیاثریونهایمعدنی55
3-6-10 بررسیهایسینتیکی55
3-6-11 بررسیآزمایشهایتخریبفوتوکاتالیزوریبهروشتاگوچی55
فصلچهارمنتایج59
4-1 طیفXRD،FE-SEM،XPS،EDXجهتاطمینانازحصولسنتزنانوفوتوکاتالیستZnO/C,N,S59
4-1-1 XRD59
4-1-2 FE-SEM61
4-1-3 XPS61
4-1-4 EDX62
4-2 رسممنحنیاستانداردجهتتعیینغلظتآلاینده63
4-3 نتایجبررسیآزمایشاتتخریبفوتوکاتالیزوریرنگ64
4-3-1 نتایجبررسیتواناییفوتوکاتالیزوریفوتوکاتالیستهایمختلفدرتخریبآلاینده65
4-3-2 نتایجبررسیاثرتابشنورUVدرتخریبرنگ66
4-3-3 نتایجبررسیاثرعواملاکسندهبرتخریبفوتوکاتالیزوری67
4-3-4 نتایجبررسیاثرPH72
4-3-5 نتایجبررسیاثراتزمانتابش74
4-3-6 نتایجبررسیاثرحضورومقدارکاتالیزور76
4-3-7 نتایجبررسیاثرغلظترنگ78
4-3-8 نتایجبررسیاثرسرعتچرخشدورمگنت80
4-3-9 نتایجبررسیاثریونهایمعدنی80
4-3-10 نتایجمطالعاتسینتیکی82
4-3-11 نتایجبررسیتخریبفوتوکاتالیزوریرنگرودامینBبااستفادهازروشتاگوچی85
فصلپنجمبحثونتیجهگیری91
5-1 نتایجکلیازآنچهدراینپروژهبررسیشد،بهشرحزیرخلاصهمیگردد:91
5-2 کارهایتحقیقاتیجنبی92
مراجع91
Abstract105
فهرست تصاویر :
شکل ( 1-6) ساختارمعدنیمربوطبه (a) روتیل، (b) آناتاز، (c) بروکیت8
شکل (1-7) ساختارکریستالیمربوطبه (a) روتیل، (b) آناتاز، (c) بروکیت8
شکل (1-8) مکانیسمتبادلالکترونیبینالکترونوحفره9
شکل (1-9) ساختارششگوشهایZnO10
شکل (1-10) مکانیسمفوتوکاتالیزوریباحضورنیمهرسانایZnO15
شکل(2-1) نمودارانرژیجابلونسکی (فرآیندهایبرانگیختگیوآسایش) ]26[33
شکل(2-2) تغییرساختارالکترونینیمهرساناباافزایشتعدادساختارهایمونومری (N) ]30[34
شکل (2-3) مکانیسمفوتوکاتالیزوریبههمراهحوادثبازگشتبهحالتاولیهدریکنیمههادی]27 و30[36
شکل (2-4) انرژیجدایشنواردربعضینیمهرساناهادرمحلولالکترولیتآبی]27[38
شکل (2-5) دستهبندیواکنشهایفوتونیکاتالیزشده،Dمخففالکتروندهنده1وAمخففالکترونگیرنده239
شکل (3-1) شمایدستگاهفوتوشیمیاییبرایانجامواکنشهایفوتوکاتالیزوری49
بیناب) 4-1(طیفXRDمربوطبهفوتوکاتالیستZnO/C,N,S60
بیناب) 4-2(طیفFE-SEMمربوطبهفوتوکاتالیست ZnO/C,N,S61
بیناب) 4-3(طیفXPSمربوطبهفوتوکاتالیستZnO/C,N,S62
بیناب) 4-4(طیفEDXمربوطبهفوتوکاتالیستZnO/C,N,S63
شکل (4-2) طیفجذبیرنگرودامینBباغلظت mg/L 20درطولموج nm354 و 54964
شکل (4-3) منحنیاستانداردجذببرحسبغلظترنگرودامینBدرطولموج nm354 و54964
شکل (4-4) بررسیاثرکاتالیستهایمختلفدرتخریبرنگرودامینB. شرایطآزمایش66
شکل (4-5) بررسیاثرتابشنوررویتخریبرنگرودامینB.67
شکل (4-6) بررسیاثراکسندههایمختلفرویتخریبرنگرودامینB .68
شکل (4-7) اثرعاملاکسندهK2S2O8برتخریبفوتوکاتالیزوریرنگرودامینB،70
شکل (4-8) اثرغلظتهایمختلفK2S2O8برتخریبفوتوکاتالیزوریرنگرودامینB71
شکل (4-9) بررسیاثرPHرویدرصدتخریبفوتوکاتالیزوریرنگرودامینB73
شکل (4-10) بررسیاثرزمانتابشرویدرصدتخریبرنگرودامینBبدونحضوراکسنده،75
(شکل4-11) بررسیاثرزمانتابشرویدرصدتخریبرودامینBدرحضوراکسنده،76
شکل)4-12 (اثرحضورفوتوکاتالیزورZnO/C,N,S (غلظتآلایندهmg/L20)77
شکل(4-13) اثرمقدارفوتوکاتالیزورZnOرویدرصدتخریبتخریبرنگرودامینBبعداز 330 دقیقهتابش،78
شکل (4-14) بررسیاثرغلظتآلایندهرویدرصدتخریبرنگرودامینBنسبتبهزمان،79
شکل (4-15) تأثیرسرعتچرخشمگنترویدرصدتخریبرنگرودامینBبعداز 330 دقیقهتابش،80
شکل (4-16) تأثیرحضورآنیونهارویدرصدتخریبرنگرودامینBبعداز 330 دقیقهتابش،81
شکل (4-17) سرعتتخریبشبهدرجهصفرمازZnO/C,N,SدرتخریبرنگرودامینB،83
شکل (4-18) سرعتتخریبشبهدرجهاولازZnO/C,N,SدرتخریبرنگرودامینB،84
شکل (4-19) سرعتتخریبشبهدرجهدومازZnO/C,N,SدرتخریبرنگرودامینB،84
فهرست جداول :
جدول (3-1) پارامترهاوسطوحانتخابیرابهمانشانمیدهد.57
جدول (3-2) جدولطراحیشدهتوسطنرمافزارتاگوچی58
جدول (4-1) نتایجبدستآمدهازآزمایشهایطراحیشدهتوسطنرمافزارتاگوچی85
چکیده:
در سال های اخیر نانو ذرات نیمه رسانا با توجه به خواص الکتریکیو مکانیکی، که از اثرات محدود کوانتومی در مقایسه با مواد همتای آنها حاصل می شود، توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. در میان نانو ذرات نیمه رسانا، نانو ذرات اکسید روی ZnO کارایی بالاتری دارند. برای دستیابی به فعالیت فتوکاتالیستی بالاتر، نافلز نیمه رسانای ZnO دوپل شده با C,N,S تهیه شد.
در این پایان نامه تخریب فتوکاتالیستی رنگدانه رودامینB با استفاده از نانو فتوکاتالیست ZnO/C,N,S سنتز شده بروش رسوبی در آزمایشگاه مورد بررسی قرار گرفت. زینک سولفات و تیواوره بعنوان ماده اولیه استفاده شد. تخریب فتوشیمیایی رنگ با استفاده از نانو فتوکاتالیست ZnO/C,N,S بوسیله ی بازبینی تغییرات غلظت ماده با استفاده از تکنیک اسپکتروفتومتری UV بر حسب زمان تابش مورد بررسی قرار گرفت. شکل، ساختار و خواص نوری این فتوکاتالیست بوسیله XRD، XPS، EDX و عکس FE-SEM مشخص شد.
میزان تخریب رنگ رودامین B، در حضور لامپ UV، با بررسی عوامل مختلف چون اثر غلظت رنگ ،مقدار مشخصی از فتوکاتالیست، PH محلول، حضوراکسنده های مختلفمثل H2O2, K2S2O8, KBrO3, KIO3 ، یون های معدنی، زمان تابشو… انداره گیری و شرایط بهینه برای بیشترین تخریب مشخص شد.
در کار حاضر، بر اساس نتایج، مقدار بهینهء، فتوکاتالیست استفاده شده mg7 ، غلظت رنگ ppm20و 9=pH می باشد. لازم به ذکر است بیشترین تخریب در حضور اکسنده K2S2O8 با مقدار ( mM3 ) صورت گرفت.
کلید واژه ها: تخریب فتوکاتالیزوری، اکسید روی آلوده شده با (کربن ،نیتروژن و گوگرد) ، نانو فوتوکاتالیز، رنگ، رودامین .B
مقدمه:
موضوع مورد مطالعه در این پایاننامه تخریب فتوشیمیایی رودامینB در محلول های آبی با استفاده ازنانوفتوکاتالیست ZnO آلاییده با C,N,Sمی باشد. رودامین B یک رنگ سنتزی است که در دسته ی رنگ های زانتن قرار می گیرد. این رنگ در صنعت نساجی ، صنعت چرم ، داروسازی و به عنوان رنگ افزودنی لوازم آرایش به کار می رود. به علت سمی و سرطان زا بودن مشکلات زیادی را برای جانداران ایجاد می کند.
این رنگ به جهت کاربرد زیاد، اثرات زیست محیطی فراوانی ایجاد می کند و موجب آلودگی پساب خانگی و صنعتی می گردد.در این پروژه هدف حذف این رنگ از پساب حلالی به کمک تخریب فتوشیمیایی با استفاده از نانو فتوکاتالیست ZnO آلاییده شده با نافلزات ( C,N,S) و یافتن شرایط بهینه تخریب می باشد.
از طرفیدستیابی به بهترین شرایط تخریب فتوشیمیایی رنگ به کمک فتوکاتالیست ZnOآلاییده شده با نافلزات (C,N,S) با بررسی عوامل مختلف موثر بر فرآیند تخریب، می توان فرآیند را در پایلوت آزمایشگاهی به شرکت های تولید رنگ ، آب و فاضلاب، صنایع نساجی و داروسازی پیشنهاد کرد.نتایج این تحقیق علاوه بر گسترش مرز های دانش و رعایت جنبه های اقتصادی در بازیابی حلال، می تواند از ورود مواد شیمیایی سمی و خطرناک به آب های جاری و پساب ها جلوگیری نماید.که مسائل مطرح شده ضرورت انجام تحقیق حاضر و اهداف این پژوهش را برای ما روشن میسازد.
سؤالات و فرضیاتی که ما در این پروژه با آنها روبرو هستیم شامل:
تخریبرنگ، به کمک نور UV و فتوکاتالیست های ZnO آلاییده شده با نا فلزات (C,N,S) صورت
میگیرد.

2. ارزیابی میزان تخریب به کمک اندازه گیری جذب به روش اسپکتروفتومتری صورت می گیرد.

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

3. شرایط بهینه واکنش از نظر غلظت و میزان آلاینده، میزان فتوکاتالیست ،pH، دما و… بررسی می شود.
4. سنتیک تخریب از نظر مرتبه واکنش بررسی می شود.
5. مقایسه تخریب رنگ به کمک نور مرئی و فرابنفش در شرایط یکسان.
حذف ناخالصی ها با روش تخریب فوتوکاتالیزوری
روش های شیمیایی متنوعی مانند رسوب دهی و جداسازی آلودگی ها، لخته شدن1، لخته شدن الکتریکی2و حذف توسط فرآیند جذب روی سطح جاذب (به عنوان مثال روی کربن اکتیو) وغیره روش هایی مخرب نیستند و فقط آلودگی ها را از یک جا به جای دیگرمنتقل می کنند ]1 [. بنابر این روش دیگری برای حذف آلودگی ها مورد نیاز است.
از میان تعداد روش های پیشنهادی و حتی روش های توسعه یافته در راستای تخریب آلودگی های آلی، روش تخریب زیستی3 یا میکروبی4بیشترین توجهات را به خود جلب کرده اند. با این وجود تعداد زیادی از ترکیبات آلی قابلیت اصلاح پذیری با روش میکروبی را نداشتند ]2[. اخیراًّ مطالعات دانشمندان روی استفاده از نیمه رساناها به عنوان ابزاری جهت اکسیداسیون انواع سموم آلی شیمیایی معطوف شده است ]3و4[.
اکثر ترکیبات رنگی ساختار مولکولی قطبی دارند، بنابراین به طور کامل بر زیر خاک بر جذب نمی شوند و با حل شدن در آبهای زیرزمینی، به آب های سطحی نفوذ می کنند]5و 6[.
از ٱنجا که تخریب فوتوکاتالیزوری مزایایی از قبیل عدم تولید باقی مانده های شیمیایی و زائدات سمی در پایان پروسه دارد، می تواند به عنوان یک روش بسیار مناسب جهت پاکسازی انواع پساب ها بکار رود ]6[. اشعه فرابنفش یک اکسنده بسیار قوی و ساده است. این اشعه پتانسیل بالایی برای اکسایش در طول موج 7/253 نانومتر با قدرت 89/4 الکترون ولت دارد که برای برهمکنش با ساختار الکترونی مواد مناسب و کافی است ]7[.
اخیراً مطالعه روی پروسه های اکسیداسیون پیشرفته5جهت تخریب کامل انواع ساختارهای آلی توجهات زیادی را به خود جلب کرده است.
این روش بر اساس تولید ذرات فعالی مانند رادیکالهای هیدروکسیل (که توانایی اکسیداسیون گستره وسیعی از آلودگی های آلی را با سرعت زیاد و بدون گزینش پذیری دارد) استوار است ]8[. AOPs شامل سیستم های فوتوکاتالیزوری از قبیل ترکیب نیمه رسانا و نور یا نیمه رسانا و اکسیدکننده است. امروزه فوتوکاتالیزورهای هتروژن به عنوان پرکاربردترین تکنولوژی مخرب شناخته شده که اکثر آلودگی های آلی با ساختارهای مولکولی آلیفاتیک و آروماتیک را به طور کامل به فرم معدنی6تبدیل می کنند ]9- 13[.
انتخاب یک شرایط بهینه برای حذف رنگ ها و تخریب ساختار آنها نیاز به بررسی ها و مطالعات زیادی دارد. با توجه به اهمیت تجاری و زیست محیطی رنگ ها، تمامی عوامل شرکت کننده در فرآیند تخریب از جمله فوتوکاتالیست، اکسنده، شدت تابش و غیره باید مورد مطالعه و بررسی قرار گیرند. در قسمت بعد به بررسی تعدادی از این عوامل می پردازیم.
آشنایی با تعدادی از فوتوکاتالیزورها در واکنش های تخریبی
فوتوکاتالیزورهای مورد استفاده در واکنش های تخریب فوتوکاتالیزوری اکسیدهای نیمه رسانا در ابعاد نانو هستند این کاتالیزورها به علت نسبت سطح به حجم بالایشان بسیار کاراهستند. فوتوکاتالیزورهای رایج در واکنش های تخریب فوتوکاتالیزوری اکسیدهای نیمه رسانا در ابعاد نانو هستند. امروزه، استفاده از مواد نیمه رسانا در ابعاد نانو توجه بسیاری را به خود جلب کرده است و دارای کابردهای گسترده ای همانند: انرژی فوتوالکتریک تبدیل مواد[14-16] و تصفیه آب و هوا به عنوان فوتوکاتالیست های دوستدار محیط زیست [17 و18] و مواد سوپر مغناطیسی [19] هستند. بعضی از نیمه رساناها مانند TiO2، ZnO، SnO2 به دلیل دارا بودن باند گپپهن دارای توانایی فوتوکاتالیزوری بسیار بالایی هستند ]20[.
1-2-1 فوتوکاتالیزور TiO2
فوتوکاتالیست تیتانیم دی اکسید از مهمترین و پرکاربردترین فوتوکاتالیست های مورد استفاده برای تخریب مواد آلی است. فعالیت فوتوکاتالیزوری با کاهش ذرات TiO2 افزایش می یابد، با کاهش سایز ذرات مساحت سطح TiO2 افزایش یافته که سبب بهبود اثر فوتونی و در نتیجه خواص کاتالیزوری می شود ]21 و22[.
TiO2یک نیمه رسانای باند گپ پهن است، در TiO2نوار والانس از اوربیتال هایp 2هیبرید شده با حالت های d3 تیتانیوم ساخته شده است، در حالی که نوارهدایت از d3 خالص تیتانیوم حاصل شده است. وقتی که TiO2به وسیله نورUV برانگیخته شد، الکترون ها از لایه والانس به لایه هدایت رفته و حفره ها باقی می مانند.
تیتانیم دی اکسید در طبیعت به صورت معدنی در سه ساختار روتایل7، آناتاز8، بروکیت9وجود دارد ]23-24[.
ساختارهای معدنی آنها در شکل (1-6) و ساختارهای کریستالی در شکل (1-7) نشان داده شده اند. علاوه بر این ساختارها در فشارهای بالا دو فرم دیگر از تیتانیوم دی اکسید به نام های فرم مونوکیلینیک10 و فرم اورتورومبیک11 نیز مشاهده شده است ]25 و26[. به طور کلی فرم روتایل متداولترین ساختار است و ساختارهای آناتاز و بروکیت هم در نتیجه حرارت دادن به فرم روتایل تبدیل می شوند]27-30[.
در ساختار TiO2 هر یون Ti4+ توسط 6 یون O2- احاطه شده و ساختار هشت وجهی دارد. تفاوت روتیل و آناتاز در این است که در روتیل هشت وجهی با اندکی واپیچش ارتورومبیک مشاهده می شود و هر هشت وجهی با 10 هشت وجهی مجاور اتصال دارد (دو تا با اشتراک گذاشتن اکسیژن های لبه و 8 تا با اشتراک گذاشتن اکسیژن های کناری)، حال آن که در آناتاز ساختار هشت وجهی کاملاً واپیچیده است و تقارن آن از ارتورومبیک کمتر است، هر هشت وجهی به هشت وجهی مجاور اتصال دارد (4 تا با اشتراک گذاشتن اکسیژن های لبه و 8 تا با اشتراک گذاشتن اکسیژن های کناری). تقارن های ساختاری سبب اختلاف در دانسیته جرمی و وضعیت پیوندها در دو فرم TiO2 می شود. اولین بار در سال 1967 خاصیت فوتوکاتالیزوری TiO2 توسط آکریا فوجیشیما گزارش شد ]31]. پروسه ای که در یک فرآیند فوتوکاتالیزوری روی سطح TiO2 رخ می دهد تحت عنوان اثر هوندا ـ فوجیشیما12شناخته شده است [32 و33]. در مطالعه فوتوکاتالیزوری، TiO2 به طور ویژه در حالت آناتاز مورد استفاده قرار می گیرد. در این حالت TiO2فوتوکاتالیزور بسیار خوبی در سیستم های فوتوکاتالیزوری فرابفش است. طبق مطالعاتی که اخیراً انجام شده، مشخص شده که در صورت دوپه کردن اکسیدهای فلزی مانند تنگستن تری اکسید روی سطح TiO2و مجاور کردن یون های نیتروژن با ذرات TiO2، قدرت فوتوکاتالیزوری آن را حتی در تابش های مرئی تأمین
می کند [34 و35].
پودر (Degussa-P25( TiO2تجاری که تقریباً مساحت سطح بزرگی دارد ( m2/g 15±50 ) امروزه به عنوان TiO2 استاندارد در واکنشهای فوتوشیمیایی استفاده می شود. بایکلی اولین بار فعالیت فوتوکاتالیتیکی P25 را توضیح داد. تهیه آن از هیدرولیز TiCl4در دمای بالاتر ازدC 120 و در حضور هیدروژن و اکسیژن انجام
می شود.

شکل ( 1-6) ساختار معدنی مربوط به (a) روتیل، (b) آناتاز، (c) بروکیت

(c)(b)(a)
شکل (1-7) ساختار کریستالی مربوط به (a) روتیل، (b) آناتاز، (c) بروکیت
مکانیسم اثر حضور فوتوکاتالیزور TiO2در فرآیندهای تخریب از مکانیسم کلی تخریب آن تبعیتمی کند، اکسیژنی که در اطراف TiO2وجود دارد به عنوان پذیرنده الکترون عمل می کند و به یونهای رادیکال سوپر اکسید تبدیل می شود، در این زمان گروه های هیدروکسید جذب شده و مولکول های آب، به عنوان دهنده الکترون عمل می کنند تا رادیکال های (OH() را ایجاد کنند [35-39].
(1-18) (1-19)
(1-20)

عامل مشکل ساز در این فرآیند ، بازترکیب13جفت الکترون / حفره است که باعث کاهش بازده کوانتومی14 در حضور فوتوکاتالیزور TiO2می شود. یک روش برای حذف این اثر سوء و افزایش قدرت فوتوکاتالیزوری تیتانیوم دی اکسید استفاده از هم جذب15، مانند کربن اکتیو است به این ترتیب لایه های حد واسطی بین سطوح جامد ایجاد می شود.
کربن اکتیو در این جا به عنوان عامل جاذب مؤثر برای جذب آلودگی ها عمل می کند و مانع جذب شدن آن ها در ابتدای حضور TiO2، روی سطح آن می شود [40]. انتقالات الکترونی که منجر به انجام واکنش می شود در شکل (1-8) نشان داده شده است.
شکل (1-8) مکانیسم تبادل الکترونی بین الکترون و حفره
یکی از کاربردهای مهم TiO2مربوط به خواص کاتالیستی به ویژه برای کاربردهای محیطی است. خواص فوتوکاتالیستی TiO2نه تنها برای تخریب ترکیبات آلی مورد استفاده قرار می گیرد، بلکه برای کشتن میکروارگانیسم ها نیز مفید است. وسایل فوتوکرومیک، سطوح مافوق هیدروفیل، سطوح مافوق هیدروفوب، فیلتراسیون و محافظت در برابر خوردگی از جمله این موارد می باشد. در طیف وسیعی از تحقیقات به مطالعه سلول فوتوالکتروشیمیایی برای تبدیل انرژی خورشیدی به ویژه سل های گراتزل پرداخته شده است. این سلول ها براساس نانو ذرات TiO2حساس شده با یک رنگ برای تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی است.
1-2-2 فوتوکاتالیزور ZnO:
اکسید روی یک ماده شیمیایی نامحلول در آب و محلول در اسیدها و قلیاهاست. از نظر ظاهری پودرسفید رنگ و در مواردی کریستالی است. ساختار شش گوشه ای آن در شکل (1- 9) نشان داده شده است. ساختار مولکولی آن به صورت هگزاگونال و متقارن است که در تقسیم بندی جامدات بلوری به طور ویژه دردسته ورتزیت ها16قرار می گیرد [41]. اکسید روی در طبیعت به صورت معدنی اکسید روی قرمز رنگ وجود دارد [42].
شکل (1-9) ساختار شش گوشه ای ZnO
ZnO یک ماده ترموکرومیک است، یعنی با گرم کردن به رنگ زرد درمی آید و دوباره با سرد شدن به رنگ سفید بازمی گردد. کریستالهای ZnO وقتی در معرض نورUV قرار می گیرند سفید باقی می مانند. در دمای حدود C1975تجزیه می شوند. اکسید روی کریستالی دارای خواص پیزوالکتریک است]43[.
اکسید روی در صنایع دارویی، تهیه بیوسنسور17[44]، مواد الکترونیک و نیمه رساناها مورد استفاده قرار
میگیرد. درصنایع غذایی به عنوان افزودنی [45] در صنایع شیمیایی و به طور ویژه در صنایع رنگ سازی به عنوان رنگدانه به کار می رود [46 و47].
اکسید روی نیمه رسانایی با انرژی باند گپ 2/3 تا 37/3 الکترون ولت، در دمای اتاق است. دراکثر موارد اکسید روی در دسته نیمه رساناهای نوع n18 قرارمی گیرد [48-50].
دو خاصیت مهم اکسید روی که آن را در زندگی بسیار مفید می سازد، خواص فوتوکاتالیستی و فوق آبدوستی آن است. از این دو خاصیت برای تصفیه آب و فاضلاب ها، حذف آلودگی هوا و ساختمان ها، تسریع واکنش فوتوشیمیایی مانند تولید هیدروژن و لایه های ضد مه و شیشه های خود تمیز شونده استفاده می شود.
اکسید روی را به وسیله وقوع پدیده های فوتوالقایی در آن توصیف می کنند.این پدیده ها شامل پدیده فوتوکاتالیستی، فوق آبدوستی و فوتو ولتاییک است.
درتوصیف خواص فوتوکاتالیستی،این ماده در بر خورد با مولکول های آلوده کننده آب، هوا و خاک که عموماً مولکول های آلی کربنی هستند، آنها را تجزیه کرده و به مواد غیر آلی دی اکسید کربن، آب و آنیون های معدنی بی ضرر تبدیل می کند. یک فوتوکاتالیست نیمه رسانای ایده آل باید از نظر بیولوژیکی و شیمیایی خنثی باشد، پایداری فوتوکاتالیستی داشته باشد، به سادگی تولید و مورد استفاده قرار گیرد، بطور موثری توسط نور خورشید فعال شود، بطور موثر واکنش ها را کاتالیز نماید، ارزان باشد و هیچ خطری برای انسان و محیط زیست نداشته باشد. بیشترین استفاده فوتوکاتالیست ها تجزیه فوتونی ترکیبات آلی است.
از اکسید روی به عنوان فوتوکاتالیست در رفع آلودگی های (ضد عفونی) محیطی گوناگون مانند مواد آلی، ویروس ها، باکتری ها، قارچ ها، جلبک ها و سلول های سرطانی استفاده می شود و می توان آنها را بطور کامل تجزیه کرده و تبدیل به مواد غیر آلی دی اکسید کربن و آب و آنیون های غیر آلی بی ضرر نماید. این کارایی به اکسیداسیون بالای حفره ها و رادیکال های هیدروکسیل که به عنوان عوامل اکسیداسیون قوی شناخته می شوند نسبت داده می شود.خاصیت دیگری که این ماده از خود نشان می دهد خاصیت فوق آبدوستی آن است. این خاصیت که با خاصیت فوتوکاتالیستی رابطه تنگاتنگ دارد باعث پدیده خود تمیز شوندگی می شود. به همین دلیل لایه ی نازک از این ماده را روی سطح شیشه کاشی و بعضی ظروف می نشانند تا مانع از کثیف شدن آنها شوند. با تابش UVبه سطح فوتوکاتالیست، می توان آمیزه ای از خاصیت فوق آب دوستی را در سرتاسر سطح ایجاد کرد و باعث پهن شدن آب شد. این فوق آب دوستی فتوولتایی به همراه فعالیت فوتوکاتالیستی، دو پدیده هایی هستند که پایه مشترک دارند؛ یعنی آلاینده های سطح بوسیله نور تجزیه شده و بوسیله آب شسته خواهند شد. یک کاربرد مناسب از این خاصیت شیشه های خود تمیز شونده است.
هرچند بررسی ها نشان دادند که فوتوکاتالیزور TiO2بهترین فوتوکاتالیزور است و قابلیت حذف انواع سموم و آلوده کننده ها را از پساب ها دارد [51-53].با این وجود استفاده گسترده از TiO2(دراشل های صنعتی) مقرون به صرفه نیست، بنابراین توجهات به سمت یک جایگزین مناسب برای آن معطوف شد. دراین راه مطالعات زیادی جهت بررسی قدرت فوتوکاتالیزوری سایر نیمه رساناها از قبیلZrO2 ، ZnO،CdS وSnO2 انجام شد [54-58].
ازاین میان،ZnO بیشترین کارآیی را از خود نشان داد، به طوریکه حتی در برخی موارد نتایج مطلوب تری نسبت به TiO2بدست داده است [55 و57]. مکانیسم اثرZnO مشابه با TiO2است [59].
بزرگترین مزیت آن نسبت به TiO2، توانایی بیشتردرجذب تابش است، به همین دلیل ازZnOبیشتر در تخریب های نوری که منبع تابش نورطبیعی باشد، استفاده می شود [60].
در حقیقت بنابر گزارشات زیر اثبات شده که پودر ZnO تأثیر فوتوکاتالیزوری زیادتری نسبت به TiO2دارد [57 و 71]. فوتواکسیداسیون 2- فنیل فنول و اکسایش فوتونی فنول ها [65] در تخریب Pesticide carbetamide and Herbicide triclopyr نسبت به TiO2[72 و 73].
Lizamatel و همکارانش [74] گزارش کرده اند که ZnO فعالیت کاتالیزوری بیشتری از TiO2در تخریب فوتوکاتالیزوری C. I. Reactive Blue19 دارد.
نور خورشید برای تخریب فوتوکاتالیزوری C. I. Reactive Blue4 توسط Neppolianetal [25] در یک رآکتور دوغابی گزارش شد. تخریب رنگ در یک PH قلیایی و در حضور پرسولفات و یون کربنات انجام شد. بهینه مقدار کاتالیست ZnO، mg400 در 100 میلی لیتر محلول گزارش شد.
Pandurga Genetal [75] تخریب فوتوکاتالیزوری رنگ Auramine O، با استفاده از ZnO تحت نور خورشید مورد مطالعه قرار گرفت. فرآیند طبق سینتیک درجه اول پیگیری شد. ثابت سرعت با افزایش در غلظت اولیه رنگ کاهش یافت.
PH پایین مناسبتر از بقیه گزینه ها بود حضور Fenton’s reagent نیز سبب شتاب دادن به سرعت تخریب شد و معدنی شدن با استفاده از کاهش COD محلول مشخص شد. تخریب C. I. Acid Green 16 مطالعه شد به وسیله Sakthiveletal [78] با استفاده از ZnO تحت تابش قرار گرفته با نور خورشید در این جا تأثیر تخریب فوتونی با افزایش در غلظت اولیه رنگ کاهش می یابد، بهینه مقدار کاتالیزور mg250 در 100 میلی لیتر بود.
Poulios and Tsachpinis [79] برای تخریب C. I. Reactive Black 5 با استفاده از نیمه رسانا اکسید فلزی مختلف مثل TiO2 (P-25 Degussa) و و چهار لامپ موازی فلورسانت به عنوان منبع نور UV استفاده شد و خاصیت رنگبری از همه کندتر و ZnO از همه تندتر می باشد و فعالیت فوتوکاتالیزوری ماکزیمم در PH حدود 6 است. سرعت تخریب طبق رابطه هینشل وود ـ لانگمایر از معادله درجه اول پیروی می کند.
Poulios etal [80] تخریب فوتوکاتالیزوری Auramine O در یک سوسپانسیون محلول ZnO و TiO2 تحت منبع تابش UV توسط چهار لامپ به صورت موازی w18 مورد بررسی قرار گرفتند. معدنی کردن فرآیند با استفاده از ZnO سریعتر انجام می شود. PH از 6/2 تا 8/2 افزایش می یابد.
در چنین موردی، سرعت تخریب آلودگی ZnO سریعتر از TiO2(P25) می باشد [79 و 80]. یک نوع از مکانیسم های شامل کاربرد اکسید روی به عنوان فوتوکاتالیست در ادامه آمده است.
تخریب فوتوکاتالیزوری ماده آلی در محلول آبی با برانگیخته شدن نوری نیمه رسانا آغاز می شود و با تولید جفت الکترون حفره در سطح کاتالیزور ادامه می یابد (معادله1-21). پتانسیل بالای اکسیداسیون حفره در کاتالیست منجر به بروز فرآیند اکسیداسیون مستقیم و تولید حد واسط های فعال می شود (معادله1-22).
از طرفی تخریب مولکولهای آب، رادیکال های بسیار فعال هیدروکسیل را تولید می کنند(معادله 1-23). این رادیکال های فعال هیدروکسیل که اکسید کننده های قوی و غیرانتخابی هستند (E(=+3/06V)، می توانند محصول بر همکنش بین حفره وOHOباشند (معادله 1-24)، محصول اکسیداسیون معدنی شدن جزئی یا کامل ترکیبات آلی می شوند. الکترون های موجود درلایه هدایت مولکول اکسیژن به آنیون سوپراکسید کاهش
می یابند (معادله 1-25).
این رادیکال ها به ترتیب طبق معادلات (1-26) و (1-27) در حضور آلودگی های آلی به پراکسیدهای آلی یا هیدروژن پراکسید تبدیل می شوند [73]. انتقال الکترونی که منجر به انجام واکنش می شود در شکل (1-10) نشان داده شده است .
(1-21)
(1-22)
(1-23)
(1-24)
(1-25)

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

(1-26)
(1-27)
شکل (1-10) مکانیسم فوتوکاتالیزوری با حضور نیمه رسانای ZnO
رنگ رودامین B(Rhodamine B)
رودامین از دسته رنگهای زانتن و سنتزی و بسیارسمی است این رنگ ازترکیبات ناجور کننده استروژن است بدلیل اثرات خطرناک و سرطان زایی به خصوص سرطان سینه باید ازپساب های صنعتی و فاضلاب ها حذف شود.
رودامین B در صنعت نساجی، صنعت چرم، داروسازی (در ساخت قرص و کپسول ها)، به عنوان رنگ افزودنی در لوازم آرایشی به کار می رود و همچنین در گذشته به عنوان رنگ غذایی مورد استفاده قرار گرفته است امروزه با توسعه ی روز افزون چاپ رنگی موارد استفاده آن بالا رفته است.
استعمال خوراکی آن سبب سوزش چشم و پوست و همچنین مشکلات تنفسی می شود. اثرات سرطان زایی، سمی های شدید و مشکلات عصبیآن بر روی موجودات زنده به اثبات رسیده است. ورود آن به چرخه ی محیط زیست اثرات سمی طولانی مدت ایجاد میکند.این رنگدانه بصورت کریستال های براق سبز ارغوانی است که به خوبی در آب و الکل حل میشود و رنگ آن به صورتی تغییر میکند.از دیگر موارد کاربردرودامین B ، به عنوان رنگدانه ردیاب درآب برای تعیین سرعت و هدایت جریان نیز است. این رنگدانه خاصیت فلورسانس کنندگی خوبی دارد و در بیوتکنولوژی نیز کاربرد دارد . برای نگه داری از آن باید از ظروف شیشه ای استفاده کرد زیرا براحتی جذب ظروف پلاستیکی میشود.
نام آیوپاک این ترکیب شیمیایی ]9- ( 2- کربوکسیفنیل)-6-(دی اتیل آمینو)- 3-زانتن ایلیدن] -دی اتیل آمونیوم کلراید است. رودامین Bرا رودامین 610 نیز مینامند. فرمول مولکولی این رنگدانه C28H31ClN2O3
و جرم مولی ان 2./479 میباشد. نقطه ذوب آن 211-210 درجه سانتی گراد است. 2 پیک جذبی در دو طول موج nm 354 و nm549 دارد. رودامین Bاز دسته رنگدانه های کاتیونی است که ساختار آن در شکل زیر نشان داده شده است.
ساختار رودامین B
2-1 مقدمه
رنگ امواج الکترومغناطیسی است که در محدوده مرئی طیف بین طول موج های ۲۸۰ تا ۷۶۰ نانومتر قرار دارد و دارای دو اثر روانی و فیزیکی است. مواد رنگ زا موادی هستند که برای رنگ کردن یک کالا به کار می روند. مواد رنگ زا از دیرباز مورد استفاده قرار می گرفتند تا جایی که می توان گفت ایرانیان قدیم، مصری ها و حتی رومی ها در این زمینه متبحر بودند. در گذشته مواد رنگ زای کاربردی (در اکثریت موارد) ریشه گیاهی یا حیوانی داشتند. به عنوان مثال می توان به قرمزدانه (موجود در انواع خاصی از کرم ها) و ایندیگوتین (موجود در گونه خاصی از حلزون) اشاره کرد. این رنگ های طبیعی از ثبات خوبی برخوردار بودند به همین دلیل در الیاف پروتئینی (الیاف پشم و ابریشم) بسیار مورد استفاده قرار می گرفتند تا جایی که فرش های دست باف ایرانی هنوز در جهان طرفداران زیادیدارد.
اما با این همه کاربرد رنگ های طبیعی خالی از مشکل نبود. به عنوان مثال تهیه این رنگ ها حتی در مقیاس های جزیی نیاز به مواد گیاهی یا حیوانی فراوانی داشت. (یک گرم ماده رنگ زای ایندیگوتین به ۹ هزار حلزون نیاز داشت.) یا هزینه سنگین این رنگ ها آنها را متعلق به قشر خاصی می کرد. اما در سال ۱۹۶۷ این مشکل تا حدودی حل شد و تحول جدیدی در صنعت رنگ به وقوع پیوست.
در این سال دانشجویی به نام «پرکین» تصادفاً رنگی مصنوعی به نام مووین ساخت که از ویژگی های متعددی برخوردار بود از قبیل درخشندگی فراوان، رنگ آمیزی راحت تر و قابلیت تهیه و کاربرد آسان. از این زمان به بعد رنگ ها سیر تکاملی بیشتری را طی کرده و فرمول های شیمیایی جدیدتری ساخته شدند، تا جایی که امروزه تقسیم بندی های مختلفی برای انواع رنگ های مصنوعی نظیر رنگ های آلی و معدنیقائل شده اند، اما این تحولات جدید که می خواست بشر را به یک آسودگی نزدیک کند، چندان هم بدون مشکل نبودند.
این رنگ ها محیط زیست و به دنبال آن انسان را با چنان عوارض خطرناک و مهلکی روبه رو کردند که طرفداران محیط زیست را به واکنش هایی واداشته اند. به دلیل اهمیت این موضوع و از طرفی وخیم بودن اوضاع رنگ در دنیا راهکارهایی برای محو کردن آلودگی های رنگی ایجاد شده در محیط زیست ارائه شده است.
استفاده از فوتوکاتالیزورها راهی کاربردی برای آلودگی زدایی در پساب ها است. در این روش با استفاده از کاتالیزورهای مختلف مانند اکسید رویو اکسید تیتانیوم و… که یک رنگدانه معدنی است برای تصفیه پساب ها استفاده می شود.
با این شیوه حتی ته رنگ باقی مانده از تصفیه پساب ها که به هیچ طریقی قابل برطرف کردن نبودند از بین می روند. علاوه بر فوتوکاتالیزها استفاده از رنگ برها نیز به عنوان راهی دیگر برای آلودگی زدایی محیط زیست مطرح هستند. در این شیوه از جاذب های طبیعی (جاذب هایی که از مواد طبیعی ساخته می شوند) نظیر پوست پرتقال، سبوس، ضایعات سویا و ضایعات پوست تخم مرغ برای محو کردن آلودگی های حاصل از رنگ ها استفاده می شود.
البته در زمینه رنگ بری نقش برخیگیاهان به عنوان رنگ بر نیز مشخص شده است.به عنوان مثال گیاهی به نام آزالا که آفت برنج در شمال است برای رنگ بری تاثیر بسزایی دارد تا جایی که اگر پساب حاصل از کارخانه ها از مسیرهای کاشت این گیاه عبور کنند، این گیاه به عنوان جاذب این مواد آلوده، بسیار قوی عمل می کند.
کاربرد رنگ های دریایی (در اسکله ها، شناورهای دریایی) خالی از اشکال نیست تا آنجا که تعدادی از کشورها آن دسته از رنگ های دریایی را که بر روی موجودات زنده دریا اثرات مهلک بر جا می گذارند، از لیست رنگ های مجاز کشور خود خارج کرده اند.
اوضاع رنگ در ایران بحرانی استو آینده رنگ ایران را تهدید می کند. از علل این تهدید میتوان وجود تحریم ها و نداشتن ارتباطات برون مرزی از یک طرف و عدم تعامل دانشگاه و محقق از طرف دیگر مشکلاتی نظیر ورود غیرمجاز رنگ های ممنوعه یا افت کیفیت رنگ های داخلی را عنوان کرد.
اگر به محققان و فعالیت های آنان اهمیت داده شود و بودجه کافی در اختیارشان گذاشته شود، آنها می توانند حتی در تکنولوژی روز جهان یعنی تهیه مواد اولیه رنگ به طریقه نانو قدم های موثری بردارند، چرا که ذرات در مقیاس نانو خواص جدیدتری از خود بروز داده و نهایتاً در رنگ و پوشش خواص جدیدی از خود نشان می دهند.
2-2 اجزاءتشکیلدهندهرنگ
رنگهایآلییاپوششهایالیعمدتاًبهمنظورحفاظتازسطوحوتزئیناستفادهمیشوند.
بیشتررنگهاازاجزاءزیرتشکیلمیشوند:
– رنگدانهورنگدانهیار
– رزین
– حلال
– موادافزودنی
البتهمواردیوجود داردکهتماماقلامذکرشدهممکناستدرفرمولاسیونرنگ وجودنداشتهباشند.مثلاًدرموردلاکها،رنگدانهورنگدانهباردرفرمولاسیونلاکبه کاربردهنمیشودیاپوششهایبدونحلالمانندرنگهایپودریکهدرفرمولاسیون آنهاازحلالاستفادهنشدهاست.پوششهایپودری،پسازمصرفتحتتأثیرحرارت، سیالیتلازمرابهدستمی آورند. فرمولبندیرنگدرواقعتعیینمیزانموادتشکیلدهنده یرنگوچگونگیساختآناست.
2-3 خصوصیاتاجزاءتشکیلدهندهرنگ
2-3-1-رنگدانههاورنگدانهیارها:
1 ) رنگدانهها: رنگدانههاذراتجامدیهستندکهبرایبوجودآوردنخصوصیاتمعینیدررنگ پراکندهمیشوند. رنگدانههابهدوگروهاصلیمعدنیوآلیتقسیممی شوندکهازنظرخواصوکاربردمتفاوتومتمایزهستند.
2 )رنگدانهیارها: رنگدانهیارهاموادیهستندکهدررنگپایهنا محلولندوعملاًهیچ نقشیدردادنرنگوپوشانندگیبهرنگپایهندارند.اینموادتنهابهمنظورتعدیلواصلاحخواصرنگمورداستفادهقرار
میگیرند. ایندستهازموادتشکیلدهنده یرنگوظایفیازقبیلفامدادن،پوششدادن،دوام، استحکاممکانیکی،محافظتسطوحفلزدرمقابلخوردگی،جذبنورماورابنفش،وزنمخصوصودیگرخصوصیاتفیزیکیوشیمیاییمربوطبهرنگرابهعهدهدارند.
2-3-2-رزینها : (Resin)
پایهاصلیپوششرنگرارزینتشکیل میدهدومسئولیتزمانخشکشدن،چسبندگیبهسطح،مقاومتدربرابرآبوموادشیمیایی،سختی،دوامواستحکامپوششرا به عهدهدارد.
یکیازوظایفاصلیرزینتشکیلفیلمرویسطحموردنظراستکهرزینبوسیله اینخاصیتقادراستسطحزیرینراازمحیطاطرافجداکند. معمولاًرزینبصورت مایعرویسطحپهنشدهوباانجامیکیاچندواکنشپلیمریزاسیونجامدمیشود.
ازوظایفدیگررزینچسبندگیبهسطحاست. چسبندگیخوبپوششبهسطحمیتواندبسیاریازخواصسطحراحفظکردهوبصورتیکمحافظدائمیعملکند.
2-3-3حلال
یکیدیگرازاجزاءرنگحلالاست. حلالجزءفرارتشکیلدهندهرنگاستکهبرایحلکردنرنگپایهیارزینمربوطبهرنگافزودهمی شوند. حلالگرانروانیرنگراکنترلمیکند،درنتیجهتعیینکنندهخصوصیاتکاربردیرنگمیباشدبنابرایننهتنهایکحلالبایدرزینراحلکندبلکهبلافاصلهبهمحلولگرانرویبدهدکهبانیازکاربردیونگهداریرنگمربوطهماهنگباشددرنتیجهاینحلالبایدچنانسرعتتبخیریداشتهباشدکهبهرنگاجازهرسوبونشستنفیلمیباخواصموردنیازرابدهد.
مهمترینخواصحلالهاعبارتنداز:
1- قدرتحلالی
2- میزانتبخیر
3- نقطهجوشوطیفتقطیر
4- نقطهاشتعالوقابلیتشعلهوری
2-3-4موادافزودنیدررنگ
ایندستهازاجزاءرنگموادیهستندکهبهمقدارخیلیکمبهرنگاضافهمیشوند.هرماده یافزودنیبرایمنظوریخاصبهرنگاضافهمیشود.یکفرمولکننده یرنگمیتواندازموادافزودنیبرایبهبودپوششهااستفادهکند. درصورتاستفاده یصحیحازموادافزودنی،فرمولکننده یرنگمی تواندبدونهیچگونهافزایشدرقیمتویاحتیباکاهشدادنآنبدونکاهشدرکیفیت،رنگیبابالاترینکیفیتراتولیدنماید.
بنابراین،موادافزودنی،یکجزءلازمازپوششهاراتشکیلمیدهند.
2-5 آلودگی آب (Water Pollution )
حدود دو سوم کره زمین را آب فرا گرفته است . که از این میزان آب حدود ۹۷ در صد آن غیر قابل آشامیدن هست . بر اساس پیش بینی سازمان ملل در سال ۲۰۳۵ میلادی حدود ۴۸ کشور (یعنی ۳۲ درصد جمعیت جهان ) دچار کمبود آب آشامیدنی می شوند.
پیشرفت روز افزون علم وتکنولوژی و انواع صنایع به عنوان نماد بارز آنها، در کنار افزایش جمعیت جهان نیاز بشر را به آب بیش از پیش افزایش داده است. بعلاوه این مصرف بی رویه با آلوده سازی اکوسیستم آبی نیز همراه است لذا نگرانی درباره تأمین بهداشت و رفع آلودگی های ناشی از صنعت، که سرنوشت و حیات زمین را به مخاطره افکنده است، برنامه ریزی های جدی را برای تغییر و بهبود شرایط زندگی و حذف آلاینده ها طلب
می کند.
دامنه نگرانیهای اساسی در مورد آب بستگی به محل مصرف آب دارد، آب به صورتهای مختلف در صنایع کاربرد دارد:
به عنوان حلال مواد در واکنشهای شیمیایی
به عنوان ماده انتقال دهنده حرارت از دمای زیر صفر(آب نمک) تا دمای بخار آب
به عنوان ذخیره کننده انرژی
به عنوان ماده واسطه جهت خارج کردن مواد زائد
آب سنگین (D2O) مورد استفاده در نیروگاه ها به عنوان سپر محافظتی در برابر گرما و تشعشع
به عنوان ماده ای راحت وارزان جهت استاندارد ساختن دستگاههای اندازه گیری دما، دانسیته و ویسکوزیته
به عنوان ماده اصلی برای مهار آتش به جز در موارد استثنایی مثل احتراق مواد نفتی
درعلم شیمی بسیاری از فرآیندها مانند نمک زدایی، خشک کردن، تبخیرکردن، کریستالیزاسیون، اختلال رزین های تعویض یونی، جذب سطحی و غیره در تماس مستقیم با آب هستند.
وجود آلاینده های سمی در آبهای سطحی و زیرزمینی که منشأ آنها پساب صنایع مختلف و فاضلاب های خانگی می باشند، نیاز ضروری به تحقیقات گسترده برای تجزیه کامل آنها ویا دست کم کاهش مقدارشان و تبدیل به مواد با سمیت کمتررا آشکار می سازد.
آلودگی آب در اثر مواد مختلف شیمیایی، پساب واحدهای صنعتی مختلف، یکی از تهدیدهای عمده‌ی محیط زیست بشمار می‌رود و رفع آن یکی از چـالش‌های مهمی است کـه در زندگی امـروز انسان مطـرح است. فرآیندهای فوتوکاتالیزوری به‌دلیل توانایی حذف گونه‌های آلاینده‌ی موجود در سیال‌های گازی و آبی توجه بسیاری را به خودجلبکرده‌اند.ترکیب نور فرابنفش یا مرئی با فرآیندهای اکسیداسیون می‌تواند باکتری‌ها و ترکیبات آلی حل شده را از محلولحذفکند.از سال 1970 گزارشهای متعددی درباره فوتوکاتالیست ها برای حذف آلودگی ها ارائه شده است.
امروزه موفقیت هایی در ساخت سیستم های پاک سازی کاربردی برای فاضلاب کشاورزی و خاک های آلوده به وسیله ترکیبات آلی فرار، بدست آمده است. این سیستم ها بر پایه فوتوکاتالیست و فقط استفاده از نور خورشید بنا شده است. حذف آلودگی های صنایع پتروشیمی و پساب های صنعتی یکی دیگر از معضلات جامعه امروزی است. این معضل را می توان با ساخت پلات های بزرگ و دارای روکش و تنها با استفاده از نور خورشید به آسانی به آب و دی اکسید کربن تبدیل کرد.
2-5-1 آلودگیناشیازرنگها
تولیدواعمالرنگهاانتشاربسیاریازموادآلایندهمحیطزیستراموجبمیشود. اینآلایندههابطورکلی
شاملمواردزیرمیباشند:
حلالها- پایهرنگها- رنگدانههااکثرموادتشکیلدهندهرنگهاتاحدیسمیوآلودگیزاهستند. همهرنگهابجزرنگهایپایهآبیقابلاشتعالمیباشند.برخیکاملاسمیبودهوبعضیفقطبهموجوداتزندهآسیب
میرسانند.
2-5-2 آلودگیناشیازحلالها
حلالهامایعاتفراریهستندکهبرایحلکردنرزینبهرنگافزودهمیشوندو یکآلایندهمحیطزیستبحسابمیآیند.پراستفادهترینحلالهادرزمینهرنگهاهیدروکربنهایکلردارهستند. همینپخترنگها،آزادسازیوانتشارموادیهمچوناسیدهایچربوگلیسیرینه،فنلها،آلدییدها،کیتونها،ترپینهارادرپیداردکههرکدامبهنوبهخوداثراتقابلملاحظهایرویروالعادیچرخهطبیعتوموجوداتزندهدارند.
درحالحاضردرصدبسیاربالاییازرنگهایمورداستفادهدرصنعتبرپایهحلالهایآلیمیباشند. این
نوعرزینهابهمیزانزیادیدررنگهایصنعتیمورداستفادهقرارمیگیرند.
2-6 نانوتکنولوژی در صنعت آب
مفهوم نانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحت تأثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهای وسیعی یافته است. در آغاز قرن بیست و یکم دانشمندان تمرکز خود را ، بر روی فن آوری نوینیبنام(فناوری نانو ) معطوف کردند . این فناوری برای اولین بار حدود چهل سال پیش مطرح شد. استفاده از این فناوری نوین در راستای کاهش اثرات سوءآلودگیهای زیست محیطی، بعنوان یکی از راهکارهای مدیریتی مطرح می‌باشد.
یکی از مواردی که این فناوری کاربرد خود را متبلور می‌نماید در ارتباط با منابع آب می‌باشد که در نظر گرفتنچالشهای پیش رو ضرورت استفاده از آن را پر رنگ تر نموده است.
در این مطلب برخی کاربرد‌های فناوری نانو در صنعت آب اشاره شده است. فناوری نانو طی مدت کوتاهی که از ظهور آن می گذرد کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون یافته است. در نتیجه صنعت آب، بعنوان یکی از پایه‌های حیات از این مسئله مستثنی نیست و در بخش های مختلف آن، شامل ساخت سدها، حفاظت خطوط لوله انتقال آب، تصفیه آب و پساب، شیرین سازی آب و غیره، فناوری نانو کاربرد یافته است.امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساختهای ضعیف خالص سازی آب، به آب بهداشتی دسترسی ندارند. حدود یک میلیارد نفر به منابع آبی دسترسی ندارند. روزانه‌5000 کودک به علت مبتلا شدن به امراض ناشی از مصرف آب غیر بهداشتی می‌میرند. تمام تلاش محققین این است که با کمک روشها و فناوری های جدید بتوانند این مشکلات را کاهش دهند. یکی از این فناوری ها، فناوری نانو است]7 .[
در مجموع کاربردهای متعددی را می‌توان در زمینه استفاده از فناوری نانو متصور بود که اهم آنها در ذیل آمدهاست: 1-استفاده از ذرات نانوساختار در تصفیه آلاینده ها
2- استفاده از نانوذرات در تصفیه پساب ها
3-نمکزدایی از آب
4-نانوپوشش ها
5-نانولوله‌های جاذب گازهای سمی
6-نانوپلیمرهای متخلخل
7-رنگ زدایی از آب آشامیدنی
8-نانوفیلترها
9-حذف آرسنیک موجود در آب با استفاده از فناوری نانو
فناوری نانو با روشهای زیر می‌تواند در تهیه آب تمیز کمک کند :
1. نانومواد برای بهبود کارایی فرآیندهای فوتوکاتالیستی و شیمیایی
2. روشهای سازگار با محیط زیست جهت تصفیه آب های زیر زمینی به وسیله اجزای معدنی و آلی
3. غشاهای فیلتراسیون نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب
4. نانوحسگرهای زیستی جهت تشخیص سریع آلودگی آب
در ادامه برخی موارد فوق توضیح داده می‌شود.
2-7 بررسی روش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نانو
نانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل 9-10 متر یا به عبارتی یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانوفناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند.
کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانوفیلترها، نانوفوتوکاتالیست ها، مواد نانوحفره ای، نانوذرات، نانوسنسورها، توانایی های این فناوری در تصفیه آب و با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است.
در گذشته نه چندان دور اهداف تصفیه خانه های آب آشامیدنی کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بیماری زا در آب بود که با روشهای متداول فیلتراسیون و گندزدایی قابل حصول بوده اند. لیکن با افزایش غلظت مواد ریزدانه، ترکیبات ازته، مواد آلی و معدنی و فلزات سنگین به منابع آب روش های متعارف جوابگوی نیازتصفیه خانه ها نبوده و لازم است از فرآیندهای نسبتاً جدید در تصفیه خانه ها استفاده شود.

دیدگاهتان را بنویسید