پایان نامه : بررسی کارآیی نانوذرات تیتانیوم دی اکسید تثبیت شده در حذف کلرامفنیکول

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته شیمی

گرایش :شیمی کاربردی

عنوان : بررسی کارآیی نانوذرات تیتانیوم دی اکسید تثبیت شده در حذف کلرامفنیکول بعنوان یک آلاینده مدل از ترکیبات دارویی: بررسی تأثیر پارامترهای عملیاتی و مطالعات سینتیکی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تبریز

دانشکده علوم پایه-گروه شیمی کاربردی

پایان نامه براي دریافت درجه کارشناسی ارشد

گرایش شيمي کاربردی

عنوان

بررسی کارآیی نانوذرات تیتانیوم دی اکسید تثبیت شده در حذف کلرامفنیکول بعنوان           یک آلاینده مدل از ترکیبات دارویی: بررسی تأثیر پارامترهای عملیاتی و مطالعات سینتیکی

استاد راهنما

دکتر محمدعلي بهنژادي

 

استادان مشاور

دكتر ناصر مديرشهلا

دكتر محمد شكري

تابستان 1390

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

  عنوان                                               صفحه

چکیده

فصل اول: كليات و بررسي منابع

1-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 1

1-2- آلاينده هاي محيط زيست…………………………………………………………………………………………………… 2

1-3- آنتي بيوتيك ها و مشكلات زيست محيطي………………………………………………………………………. 2

1-4- تكنيك هاي تصفيه………………………………………………………………………………………………………………. 4

1-5- فرآيندهاي اكسيداسيون پيشرفته (AOPs) ………………………………………………………………………. 4

1-5-1- فرآيند هتروژن فتوكاتاليز………………………………………………………………………………………. 5

1-5-2- انواع فتوكاتاليزورها………………………………………………………………………………………………. 13

1-5-3- مكانيسم فرآيندهاي هتروژن كاتاليز………………………………………………………………….. 14

1-5-3-1- مكانيسم فرآيند فتوكاتاليستي UV/TiO2………………………………………….. 15

1-6- تثبيت فتوكاتاليزور TiO2 بر روي بستر ثابت…………………………………………………………………… 17

1-6-1- تثبيت كاتاليزور به روش PMTP………………………………………………………………………… 20

1-7- طراحي آزمايش………………………………………………………………………………………………………………….. 22

1-7-1- انواع روش هاي طراحي آزمايش………………………………………………………………………… 22

1-7-1-1- روش تاگوچي……………………………………………………………………………………….. 23

1-7-1-1-1- ويژگي آرايه هاي متعامد……………………………………………………… 23

الف

1-8- فرآيند طراحي آزمايش……………………………………………………………………………………………………… 23

1-8-1- برنامه ريزي…………………………………………………………………………………………………………… 24

1-8-2- اجرا……………………………………………………………………………………………………………………….. 24

1-8-2-1- محاسبه اثر اصلي فاكتورها………………………………………………………………….. 24

1-8-3- آناليز واريانس (ANOVA)………………………………………………………………………………….. 25

1-8-3-1- روش استاندارد…………………………………………………………………………………….. 25

1-8-3-2- روش S/N (نسبت سيگنال به نويز)……………………………………………………. 27

1-8-3-2-1- مشخصه نوع Nominal is better………………………………………… 27

1-8-3-2-2- مشخصه نوع Smaller is better…………………………………………… 28

1-8-3-2-3- مشخصه نوع Bigger is better…………………………………………….. 28

1-9- مطالعات پيشين در زمينه بررسي حذف آنتي بيوتيك ها با استفاده از فرآيندهاي اكسيداسيون پيشرفته     28

1-10- اهداف طرح حاضر………………………………………………………………………………………………………….. 33

 

فصل دوم: روش تحقيق

2-1- وسايل، دستگاه ها و نرم افزارهاي مورد نياز……………………………………………………………………. 34

2-1-1- فتوراكتور………………………………………………………………………………………………………………. 35

2-2- مواد مورد استفاده………………………………………………………………………………………………………………. 36

2-3- مشخصات TiO2-P25…………………………………………………………………………………………………………. 36

2-4- مشخصات كلرامفنيكول……………………………………………………………………………………………………… 36

2-5- روش تهيه محلول مادر CAP……………………………………………………………………………………………. 38

2-6- روش تثبيت نانو ذرات تيتانيوم دي اكسيد بر روي بسترهاي شيشه اي……………………… 38

ب

 

 

2-7- تكنيك هاي مورد استفاده براي تعيين مشخصات بسترهاي تهيه شده از نانوذرات TiO2-P25 تثبيت شده بر روي صفحات شيشه اي……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 40

2-8- روش تعيين ميزان بارگيري نانوذرات تيتانيوم دي اكسيد بر روي صفحات شيشه اي.. 41

2-9- بررسي فعاليت فتوكاتاليزوري نانوذرات تثبيت شده بر روي صفحات شيشه اي………….. 42

2-10- نحوه ارائه نتايج……………………………………………………………………………………………………………….. 42

2-11- روش اندازه گيري غلظت CAP موجود در محلول……………………………………………………….. 43

2-12- روش آماده سازي نمونه ها براي اندازه گيري TOC……………………………………………………. 45

2-13- روش آماده سازي نمونه ها براي اندازه گيري ميزان يون هاي آمونيوم، نيترات، نيتريت و

كلريد………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 45

2-14- اندازه گيري نيترات به روش اسپكتروفتومتري……………………………………………………………. 46

2-15- اندازه گيري نيتريت به روش اسپكتروفتومتري……………………………………………………………. 46

2-16- اندازه گيري كلريد به روش آرژانتومتري………………………………………………………………………. 46

2-17- اندازه گيري آمونيوم به روش رنگ سنجي به كمك شناساگر نسلر…………………………… 47

 

فصل سوم: نتايج و بحث

3-1- مشخصات بسترهاي تهيه شده از نانوذرات TiO2-P25 بر روي صفحات شيشه اي………. 48

3-1-1-  تصاوير SEM……………………………………………………………………………………………………….. 48

3-1-2- تصاوير AFM………………………………………………………………………………………………………… 50

3-2- تأثير پارامترهاي عملياتي در راندمان حذف كلرامفنيكول توسط نانوذرات TiO2-P25 تثبيت

شده بر روي صفحات شيشه اي…………………………………………………………………………………………………… 53

3-2-1- بررسي تأثير غلظت اوليه كلرامفنيكول………………………………………………………………. 53

پ

3-2-2- بررسي تأثير شدت نور فرابنفش………………………………………………………………………… 55

3-2-3- بررسي تأثير pH………………………………………………………………………………………………….. 57

3-3- طراحي آزمايشات فعاليت فتوكاتاليزوري نانوذرات TiO2-P25 تثبيت شده بر اساس خواص

آرايه هاي متعامد…………………………………………………………………………………………………………………………… 60

3-3-1- بهينه سازي ميزان حذف……………………………………………………………………………………. 63

3-3-2- تعيين شرايط بهينه براي فعاليت فتوكاتاليزوري نانوذرات TiO2-P25 تثبيت شده در

حذف CAP…………………………………………………………………………………………………………………………. 65

3-3-3- تعيين سهم متغيرهاي انتخابي در فعاليت فتوكاتاليزوري نانوذرات TiO2-P25 تثبيت

شده در حذف CAP ………………………………………………………………………………………………………….. 68

3-4- آناليز سينتيك حذف CAP توسط نانوذرات TiO2-P25 تثبيت شده بر روي صفحات شيشه اي

در فتوراكتور ناپيوسته…………………………………………………………………………………………………………………. 70

3-5- مطالعات معدني سازي CAP توسط نانوذرات دي اكسيد تيتانيوم در فتوراكتور ناپيوسته 77

3-6- نتيجه گيري……………………………………………………………………………………………………………………….. 80

3-7- پيشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………….. 81

منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 82

چكيده انگليسي

   عنوان                                                                                                          صفحه                                                                                         

جدول (1-1): تصفيه تركيبات دارويي به روش اكسيداسيون پيشرفته (AOPs)……………………… 7

جدول (2-1): مشخصات آنتي بيوتيك كلرامفنيكول………………………………………………………………… 37

جدول (2-2): جذب محلول هايي با غلظت هاي مختلف از كلرامفنيكول در nm 278 lmax= 44

جدول (3-1): اطلاعات مورفولوژيكي حاصل از تصاوير AFM………………………………………………….. 51

جدول (3-2): اطلاعات زبري حاصل از تصاوير AFM………………………………………………………………. 52

جدول (3-3): نتايج تأثير غلظت اوليه CAP در ميزان حذف آن توسط نانوذرات TiO2-P25

تثبيت شده Light intensity= 36.7 W m-2, pH @ 4………………………………………………………………… 54

جدول (3-4): نتايج تأثير شدت نورهاي مختلف فرابنفش در ميزان حذف CAP توسط نانوذرات

TiO2-P25 تثبيت شده [CAP]= 20 mg L-1, pH @ 4……………………………………………………………… 56

جدول (3-5): نتايج تأثير pH در ميزان حذف CAP توسط نانوذرات TiO2-P25 تثبيت شده

[CAP]= 20 mg L-1, Light intensity= 36.7 W m-2…………………………………………………………………. 58

جدول (3-6): فاكتورها و سطوح آن ها براي طراحي آزمايشات……………………………………………… 61

جدول (3-7): آرايه متعامد L16 براي طراحي آزمايش……………………………………………………………… 62

جدول (3-8): نتايج آزمايشات بر اساس آرايه L16……………………………………………………………………. 64

جدول (3-9): مقادير S/N براي آزمايشات مختلف……………………………………………………………………. 65

جدول (3-10): پاسخ آناليز تاگوچي فعاليت فتوكاتاليزوري نانوذرات TiO2-P25 تثبيت شده 66

جدول (3-11): نتايج مربوط به تحليل واريانس براي تعيين درصد تأثير فاكتورهاي مختلف در

فعاليت فتوكاتاليزوري نانوذرات TiO2-P25 تثبيت شده در حذف CAP………………………………… 68

   عنوان                                                                                                                  صفحه                                                                                 

نمودار (2-1): طيف جذبي محلول كلرامفنيكول در ناحيه UV/Vis………………………………………… 43

نمودار (2-2): نمودار كاليبراسيون براي اندازه گيري غلظت كلرامفنيكول در نمونه هاي مجهول

(nm 278 lmax= )……………………………………………………………………………………………………………………… 44

نمودار (3-1): تأثير غلظت اوليه CAP در ميزان حذف آن توسط نانوذرات TiO2-P25

تثبيت شده……………………………………………………………………………………………………………………………………. 55

نمودار (3-2): تأثير شدت نورهاي مختلف فرابنفش در ميزان حذف CAP توسط نانوذرات

TiO2-P25 تثبيت شده………………………………………………………………………………………………………………… 57

نمودار (3-3): تأثير pH در ميزان حذف CAP توسط نانوذرات TiO2-P25 تثبيت شده………… 59

نمودار (3-4): تأثير هر پارامتر بر مقادير پاسخ S/N………………………………………………………………….. 67

نمودار (3-5): اهميت فاكتورهاي مؤثر در فعاليت فتوكاتاليزوري نانوذرات TiO2-P25 تثبيت شده

در حذف CAP………………………………………………………………………………………………………………………………. 69

نمودار (3-6): مقايسه اي مابين درصد حذف پيش بيني شده به روش تاگوچي و نتايج تجربي در

فعاليت فتوكاتاليزوري نانوذرات TiO2-P25 تثبيت شده در حذف CAP…………………………………. 70

نمودار (3-7): نمودار نيمه لگاريتمي غلظت CAP بر حسب زمان تابش در غلظت هاي اوليه مختلف

از كلرامفنيكول……………………………………………………………………………………………………………………………… 72

نمودار (3-8): نمودار نيمه لگاريتمي غلظت CAP بر حسب زمان تابش در شدت نورهاي فرابنفش

مختلف………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 73

ج

نمودار (3-9): نمودار نيمه لگاريتمي غلظت CAP بر حسب زمان تابش در pHهاي اوليه مختلف.. 73

نمودار (3-10): نمودار ثابت سرعت ظاهري حذف بر حسب غلظت اوليه كلرامفنيكول……….. 74

نمودار (3-11): نمودار ثابت سرعت ظاهري حذف بر حسب شدت نور ………………………………… 75

نمودار (3-12): نمودار ثابت سرعت ظاهري حذف بر حسب pH اوليه محلول CAP……………. 75

نمودار (3-13): مقايسه مقادير kap محاسباتي و تجربي براي حذف CAP توسط نانوذرات

TiO2-P25 تثبيت شده………………………………………………………………………………………………………………… 76

نمودار (3-14): نتايج اندازه گيري TOC در حذف CAP توسط نانوذرات TiO2-P25

تثبيت شده …………………………………………………………………………………………………………………………………… 77

نمودار (3-15): نمودار NH4+ توليدي بر حسب زمان تابش در فرآيند حذف CAP توسط نانوذرات   TiO2-P25 تثبيت شده……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 78

نمودار (3-16): نمودار NO3 توليدي بر حسب زمان تابش در فرآيند حذف CAP توسط نانوذرات

TiO2-P25 تثبيت شده………………………………………………………………………………………………………………… 78

نمودار (3-17): نمودار NO2 توليدي بر حسب زمان تابش در فرآيند حذف CAP توسط نانوذرات

TiO2-P25 تثبيت شده………………………………………………………………………………………………………………… 79

نمودار (3-18): نمودار Cl توليدي بر حسب زمان تابش در فرآيند حذف CAP توسط نانوذرات

TiO2-P25 تثبيت شده………………………………………………………………………………………………………………… 79

عنوان                                           صفحه                                   

شكل (1-1): شماي مكانيسم فرآيند فتوكاتاليستي UV/TiO2………………………………………………… 16

شكل (2-1): فتوراكتور ناپيوسته…………………………………………………………………………………………………. 35

شكل (2-2): ساختار شيميايي كلرامفنيكول……………………………………………………………………………… 37

شكل (2-3): شماي مراحل تثبيت نانوذرات TiO2 بر روي بسترهاي شيشه اي…………………….. 39

شكل (3-1): تصوير SEM از مقطع عرضي (الف) و سطح (ب) بستر تهيه شده از نانوذرات

TiO2-P25   بر روي صفحات شيشه اي……………………………………………………………………………………… 49

شكل (3-2): تصاوير AFM دو بعدي از نانوذرات TiO2-P25 تثبيت شده بر روي صفحات شيشه اي

در دو وضوح متفاوت……………………………………………………………………………………………………………………. 50

شكل (3-3): تصاوير AFM سه بعدي از نانوذرات TiO2-P25 تثبيت شده بر روي صفحات شيشه اي

در دو وضوح متفاوت……………………………………………………………………………………………………………………. 50

شكل (3-4): پروفايل مورد استفاده براي بدست آوردن اطلاعات مورفولوژيكي………………………. 51

شكل (3-5): پروفايل مورد استفاده براي بدست آوردن اطلاعات زبري سطح بستر……………….. 52

چكيده

 

در اين تحقيق بمنظور کاربردي نمودن فرآيند فتوکاتاليز ناهمگن در حذف آنتي بيوتيک ها از    محيط هاي آبي، کارائي نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید تثبيت شده به روش اتصال حرارتي بر روي صفحات شيشه­اي Sand-Blast شده در حذف کلرامفنيکول به عنوان يک ترکيب آنتي بيوتيک بررسي شده است. مشخصات صفحات شيشه­اي پوشش داده شده با نانو ذرات تيتانيوم دي­اکسيد توسط تصاوير SEM و AFM بررسي شده است. تأثير پارامترهاي مختلفي نظير غلظت اوليه کلرامفنيکول، شدت تابش نور فرابنفش و pH در فعاليت فتوکاتاليزوري نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید تثبيت شده مورد مطالعه قرار گرفته است. بطوريکه    نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید در وضعيت تثبيت شده در شرایط عملیاتی مختلف کارآئي قابل توجهي در حذف کلرامفنيکول از خود نشان مي­دهند. نتايج نشان مي­دهد که mg L-1 10 از کلرامفنيکول توسط       نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید تثبيت شده تحت تابش نور فرابنفش با شدتW m-2 7/36 در مدت زمان 45 دقيقه تقريباً بطور کامل حذف مي­شود. نتايج مطالعات معدني سازي نيز حذف كامل TOC و ايجاد محصولات معدني سازي نظير Cl، NO3 و NH4+ را در حد انتظار در زمان هاي تابش بالاتر نشان مي دهد. نتايج طراحي آزمايش به روش تاگوچي مؤثرترين پارامتر در حذف آلاينده مذكور در سيستم تثبيت شده را زمان تابش با سهم 60 درصد نشان مي دهد. همچنين نتايج آناليز سينتيك واكنش، مطابقت سينتيك حذف را با مدل لانگموير- هنيشلوود نشان مي دهد. مدل حاصل از نتايج آناليز سينتيك فرآيند، به خوبي قادر به تعيين ثابت سرعت ظاهري حذف CAP در فرآيند مذكور مي باشد.

کلمات کليدي: فرآيند اكسيداسيون پيشرفته (AOPs)، تخريب فتوكاتاليتيكي، فتوکاتاليز ناهمگن، نانو ذرات TiO2، تثبيت فتوکاتاليزورها، کلرامفنيکول

مقدمه

 

تمام آبهای طبیعی دارای آلودگی هایی هستند که از فرآیند فرسایش، شستشو و هوازدگی خاک ها ناشی می شوند. یکی دیگر از مهمترین عوامل آلودگی های آب های سطحی، تخلیه پسابهای صنعتی و فاضلاب ها به محیط زیست می باشد که اگر بدون تصفیه به محیط زیست وارد شوند، می توانند به طرق مختلف اکوسیستم آبی را بطور نامطلوبی تحت تأثیر قرار دهند. لذا برای حفاظت منابع آبی و زیرزمینی و نیز برای دسترسی به آب آشامیدنی مطلوب لازم است این آلاینده ها را از منابع شان حذف کنیم. بسیاری از فرآیندها بمنظور تخریب یا تجزیه این عوامل آلاینده سالهاست بکار برده می شوند که از آنجمله می توان به فرآیندهای انعقاد، اکسیداسیون شیمیایی، جذب روی کربن فعال شده، اکسیداسیون کاتالیستی و … اشاره کرد[1،2]. لیکن اکثر این روشها غیرتخریبی بوده و فقط فاز آلاینده را تغییر داده و یک آلودگی ثانویه ایجاد می کنند[4،3]. از میان تکنیک های تصفیه، فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفت (AOPs)[1] بعنوان یک تکنیک نوین و خوش آتیه مورد توجه ویژه واقع شده است، چراکه این فرآیندها قادرند تقریبا اکثر ترکیبات آلی را بطور کامل معدنی نمایند. روش هتروژن فتوکاتالیز یکی از فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته، ترکیبی از یک فتوکاتالیزور و اشعه فرابنفش یا اشعه نور طبیعی خورشید می باشد که در آن عمدتا دو نوع فاز جامد و مایع وجود دارد. بسته به محیط واکنش می توان از بسترهای ثابت از فتوکاتالیزورها یا از محلول های سوسپانسیونی در فتوراکتورها استفاده کرد که براساس تحقیقات آزمایشگاهی، راکتورهای نوع دوغابی کارآمدتر از راکتورهای با کاتالیزورهای تثبیت شده می باشند، در صورتی که در مقیاس صنعتی، راکتورهای با کاتالیزورهای تثبیت شده و با جریان پیوسته کاربردی تر هستند. با وجود استفاده بسيار زياد از ترکيبات دارويي در دهه­هاي گذشته، تنها در چند سال اخير است که حضور اين ترکيبات بعنوان آلاينده در محيط زيست مورد توجه بسيار واقع شده است. يکدسته مهم از ترکيبات دارويي آنتي بيوتيک ها هستند که بعلت ماهيت پايداري که دارند در محيط هاي آبي خود را نشان مي دهند. تلاش هاي بسيار زيادي براي حذف اين ترکيبات در محيط هاي آبي صورت گرفته است که در اين بين فرآيندهاي اکسيداسيون پيشرفته بعنوان يک روش مؤثر مورد توجه بيشتري قرار گرفته است[5].

در کار پژوهشی حاضر  بمنظور کاربردي نمودن فرايند فتوکاتاليز ناهمگن در حذف آنتي بيوتيک ها از محيط هاي آبي، کارائي نانوذرات دی اکسید تیتانیوم  تثبيت شده به روش اتصال حرارتي بر روي صفحات شيشه­اي Sand-Blast شده در حذف کلرامفنیکول بعنوان يک ترکيب آنتي بيوتيک بررسي شده است.

تعداد صفحه : 103

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --