مقاله درمورد دانلود منابع محدود، حفاظت از آب

مختلف
با فوتوکاتالیزور نانو تیتانیوم دی اکسید ( آناتاز 75
جدول 3-24- مقدار ردانین باقیمانده پس از انجام واکنش تخریب فوتوکاتالیزوری در pH های مختلف
با فوتوکاتالیزور نانو تیتانیوم دی اکسید ( آناتاز ) 76
جدول3-26- غلظت محلول باقیمانده نسبت به زمان تابش نور ماوراء بنفش- مرئی و محاسبه
Ln(CO/Ct) برای ردانین در pH برابر 9 77
جدول3-27- غلظت محلول باقیمانده نسبت به زمان تابش نور ماوراء بنفش- مرئی و محاسبه
Ln(CO/Ct) برای ردانین در pH برابر 10 79
جدول3-28- غلظت محلول باقیمانده نسبت به زمان تابش نور ماوراء بنفش- مرئی و محاسبه
Ln(CO/Ct) برای ردانین در pH برابر 11 80
جدول3-29- غلظت محلول باقیمانده نسبت به زمان تابش نور ماوراء بنفش- مرئی و محاسبه
Ln(CO/Ct) برای ردانین در pH برابر 12 81
جدول3-30- غلظت محلول باقیمانده نسبت به زمان تابش نور ماوراء بنفش- مرئی و محاسبه
Ln(CO/Ct) برای ردانین در pH برابر 13 83
جدول3-31- غلظت محلول باقیمانده نسبت به زمان تابش نور ماوراء بنفش- مرئی و محاسبه
Ln(CO/Ct) برای ردانین در pH برابر 9 84
جدول3-32- غلظت محلول باقیمانده نسبت به زمان تابش نور ماوراء بنفش- مرئی و محاسبه
Ln(CO/Ct) برای ردانین در pH برابر 10 85
جدول3-33- غلظت محلول باقیمانده نسبت به زمان تابش نور ماوراء بنفش- مرئی و محاسبه
Ln(CO/Ct) برای ردانین در pH برابر 12 87
جدول3-34- غلظت محلول باقیمانده نسبت به زمان تابش نور ماوراء بنفش- مرئی و محاسبه
Ln(CO/Ct) برای ردانین در pH برابر 13 88
جدول 3-35- تغییرات غلظت نسبت به غلظت‌های اولیه متفاوت ردانین در pH برابر 9 و محاسبه
dt /dc-، R/1، CO/1 89
جدول 3-36- تغییرات غلظت نسبت به غلظت‌های اولیه متفاوت ردانین در pH برابر 10 و محاسبه
dt /dc-، R/1، CO/1 91
جدول 3-37- تغییرات غلظت نسبت به غلظت‌های اولیه متفاوت ردانین در pH برابر 11 و محاسبه
dt/dc-، R/1، CO/1 92
جدول 3-38- تغییرات غلظت نسبت به غلظت‌های اولیه متفاوت ردانین در pH برابر 12 و محاسبه
dt/dc-، R/1، CO/1 93
جدول 3-39- تغییرات غلظت نسبت به غلظت‌های اولیه متفاوت ردانین در pH برابر 13 و محاسبه
dt/dc-، R/1، CO/1 95
جدول 3-40- تغییرات غلظت نسبت به غلظت‌های اولیه متفاوت ردانین در pH برابر 9 و محاسبه
dt/dc-، R/1، CO/1 96
جدول 3-41- تغییرات غلظت نسبت به غلظت‌های اولیه متفاوت ردانین در pH برابر 10 و
محاسبه dt/dc-، R/1، CO/1 97
جدول 3-42- تغییرات غلظت نسبت به غلظت‌های اولیه متفاوت ردانین در pH برابر 12 و محاسبه
dt/dc-، R/1، CO/1 99
جدول 3-43- تغییرات غلظت نسبت به غلظت‌های اولیه متفاوت ردانین در pH برابر 13 و محاسبه
dt/-dc،R /1، CO/1 100
جدول 3-44- اثرات pH بر روی ثابت‌های KA، kr، kobs در واکنش تخریب فوتوشیمیایی ردانین با
فوتوکاتالیزور نانو تیتانیوم دی اکسید (آناتاز) 101
جدول 3-45- اثرات pH بر روی ثابت‌های KA، kr، kobs در واکنش تخریب فوتوشیمیایی ردانین با
فوتوکاتالیزور نانو روی اکسید (ZnO) 101

فهرست شکل ها

عنوان صفحه
شکل (1-1)- مکانیزم کلی عمل فوتوکاتالیزور 7
شکل (1-2)- انرژی شکاف نوار هدایت و موقعیت لایه‌های انرژی نیمه هادی‌های مختلف 8
شکل (1-3)- واکنش با گونه فعال اکسیژن در مکانیزم فوتوالکتروشیمیایی 10
شکل (1-4)- ساختارهای بلوری: الف) آناتاز، ب) روتیل و ج) بروکیت 15
شکل (1-5)- ساختمان روتیل و آناتاز تیتانیم دی اکسید 15
شکل (1-6)- مکانیزم فوتوکاتالیزوری تیتانیوم دی اکسید 17
شکل (1-7)- اصلاح فوتوکاتالیزور TiO2از طریق کوپل شدن با طلا و پلاتین 23
شکل (2-1) تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مربوط به نانوفوتوکاتالیزورها 30
شکل (2-2) تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مربوط به نانوفوتوکاتالیزورها 31
شکل (2-3)- شمای کلی دستگاه فوتوشیمیایی مورد 32

فصل اول
مروری بر تحقیقات انجام شده

مقدمه
بسیاری از فعالیت‌هایی که روزانه در مراکز صنعتی، بهداشتی، درمانی و حتی منازل صورت می‌گیرد باعث آلودگی محیط زیست به خصوص آب‌ها و منابع آبی می‌شوند. مواد رنگی یکی از مهمترین منابع آلودگی محیطی به شمار میروند]3-1[.
آبهای سطحی قابل استفاده به عنوان آب نوشیدنی در دریاچهها و رودخانه‌ها تنها %1 از آب‌ها را شامل می‌شوند که قسمت اعظم این آب‌ها هم در معرض آلودگی است. رشد صنعت در کنار رودخانه‌ها و تولید محصولات صنعتی، عامل عمده آلودگی به شمار می‌آید. خیلی از رودخانه‌ها به عنوان حمل کننده فاضلاب مورد استفاده قرار می‌گیرند. در کشورهای صنعتی حدود %40 از آب در صنعت استفاده می‌شود. آب‌های هدر رفتی در این کشورها اغلب قبل و بعد از استفاده، به منظور از بین بردن عوامل بیماری زا و مواد مضر و نامطلوب تصفیه می‌شوند. رشد سریع جمعیت، شهر سازی و صنعتی سازی از عوامل بسیار مهم در آلودگی آب‌های نوشیدنی میباشند. در کشورهای توسعه یافته خصوصاً کشورهای با تراکم جمعیتی بالا، کیفیت آب به عنوان یک مسئله اساسی در سال‌های اخیر مورد توجه واقع شده است ]4[.
به همین خاطر، حفاظت از آب، خاک و هوا در مقابل عوامل آلوده کننده یکی از مهم‌ترین موارد مورد توجه در کش
ورهای جهان در قرن بیست و یکم است. انواع مواد شیمیایی، کودها و ضد آفات گیاهی و نباتی، ذرات مایع و یا جامد زیان آور متصاعد از صنایع و معادن، گازهای مخرب حاصل از سوخت وسایط نقلیه از جمله منابع مختلف آلودگی‌هاست. امروزه ردیابی و خنثی سازی این آلوده کننده‌ها و جلوگیری از به وجود آمدن موارد جدید آلودگی، مبحث جدیدی است که به طور جدی پیگیری می‌شود. مشکلات و محدودیت‌های مالی از جمله موارد بازدارنده حفاظت از محیط زیست و بهبود کیفیت آب، خاک و هوا به حساب می‌آید. به منظور کاستن از آلودگی محیط زیست و حفظ منابع محدود آب، سیستم‌های تصفیه پساب‌ها طراحی و ساخته می‌شوند. روش‌های گندزدایی متداول در تصفیه خانه‌های آب آشامیدنی با از بین بردن یا کاهش میزان عناصر نامطلوب موجود در آب امکان استفاده مجدد از آب بازیافتی را فراهم می‌کنند. سیستم‌های تصفیه به دلیل ساختارشان پس از مدتی کارایی اولیه خود را از دست داده و علاوه بر تحمیل هزینه بازسازی، در صورت عدم توجه خود عاملی جهت آلودگی محیط زیست می‌شوند .این روشها به طور موثری قادر به کنترل پاتوژنهای میکروبی1 است. اما تولید بیش از 600 نوع محصول جانبی گندزدایی مضر که برخی از آن‌ها سرطان‌زا میباشند، در اثر استفاده از گندزداهای شیمیایی گزارش شده است. رشد تقاضا برای رسیدن به تصفیه مناسب و نیز رقابت در رسیدن به گندزدایی مناسب، ایجاد تکنولوژیهای جدید برای تصفیه آب را میطلبد.

1-1- راه کاری نوین برای حفظ محیط زیست از آلودگی و سموم صنعتی
در مقابل این مشکلات و موانع بزرگ گوناگون، کاربرد ذراتی کوچک می‌تواند راه کار بسیار موثری باشد. علم جدیدی به نام نانوتکنولوژی با دستکاری و تغییرات در اندازه ابعاد اتمها و ملکولهای عناصر، از 11 الی 100 میلیاردم متر، انقلاب نوینی را در شیمی، فیزیک، بیولوژی و مهندسی به وجود آورده است. این تغییرات نه تنها در اندازه و ابعاد عناصر، بلکه در به وجود آوردن ویژگیهای جدید و پراهمیتی در آن‌ها تأثیر داشته است. نانوتکنولوژی با ایجاد مواد جدید، امید جدیدی برای مهندسین محیط زیست در بهبود آلودگی محیط زیست محسوب میشود. پیشرفتهای علم نانو و مهندسی آن نشان میدهد که بسیاری از مشکلات رایج مرتبط با کیفیت آب توسط نانو ذرات و سایر محصولات و پروسههای منتج از نانو تکنولوژی برطرف میشود یا به مقدار زیادی بهبود مییابد.
مصرف و دورریزی مواد نانو کم‌ترین زیان را به محیط زیست وارد میسازد و به همین دلیل استفاده از آن‌ها به خودی خود یکی از روشهای موثر در جلوگیری از آلودگی است. استفاده از کاتالیزورهای نانو که در ساخت مواد شیمیایی به کار میروند موجب بهبود و تسریع در واکنشها شده و کم‌ترین مواد زاید را تولید میکند. با این همه نباید از نظر دور داشت که این تکنولوژی نیز میتواند مواد جدید زیانآور ناشناختهای را در محیط زیست وارد کند که پیش از این وجود نداشته است.
یکی دیگر از کاربردهای نانوتکنولوژی، ترمیم آلودگیهای مختلف است. مواد نانویی که با نور و نیمه هادیهایی مانند تیتانیوم دیاکسید و روی اکسید فعال میشوند در بسیاری از موارد برای برداشتن مواد سمی مورد استفاده قرار گرفتهاند. این مواد در حال حاضر با قیمت مناسب به صورت تجاری تولید میشوند و دارای کم‌ترین میزان مسمومیت هستند.
بدیهی است هر پدیده جدید میتواند مانند شمشیری دو لبه عمل کند. یعنی علاوه بر داشتن امتیازات متعدد ممکن است معایبی را هم در بر داشته باشد. هماکنون تحقیقاتی در مورد مشکلات زیست محیطی و آثار این مواد شروع شده است. ویژگیهایی مانند اندازه کوچک، سطح تماس بسیار، ساختار کریستالی و در نتیجه واکنشهای سریع میتوانند موجب حمل مواد سمی به محیط زیست شده و سبب ایجاد واکنش ضایعات بیولوژیکی و شیمیایی با سایر عناصر در محیط زیست شود.
تاکنون تعداد اندکی از دانشمندان و ‌آزمایشگاههای تحقیقاتی در مورد آثار منفی این مواد به محیط زیست تحقیق و بررسی کردهاند و میتوان گفت علیرغم کاربردهای بسیار موثر این مواد، تأثیر آن‌ها بر محیط زیست، هنوز نامشخص است. چندین نانو ماده طبیعی و مهندسی شده دارای خاصیت ضد میکروبی2 بالا، توسط مکانیسمهای مختلفی مانند آسیب به ترکیبات سلولها و ویروسها و جلوگیری از فعالیت آنزیمی می‌باشند. استفاده از TiO2 برای بهبود فرایند تصفیه و خالص سازی آب از سال 1972 مورد توجه واقع شده است ]5[.
از آنجا که فوتوکاتالیزورهای مورد استفاده در این تحقیق از نظر اندازه در مقیاس نانو قرار دارند، بنابراین در ادامه توضیحاتی در رابطه با نانوتکنولوژی3 و نانوفوتوکاتالیست4 آورده شده است.

این مطلب مشابه را هم بخوانید :   دسیل

1-2- نانوتکنولوژی
نانوتکنولوژی مهندسی هدفمند مواد در ابعاد کوچک‌تر از 100 nm جهت رسیدن به خواص و کاربردهای وابسته به اندازه ذره میباشد. از نظر تاریخی، چهل سال قبل نظریه پرداز کوانتوم و برنده جایزه نوبل، ریچارد فایمن5، در سال 1959 در سخنرانی معروف خود تحت عنوان آن پایین فضای بسیاری وجود دارد، به بررسی بعد نیافتهای از علم پرداخت و جرقههای رویکرد به سمت فناوریهای ریز را بنیان نهاد.
شاید در اذهان این سوال ایجاد گردد که چرا مقیاس نانومتری این قدر اهمیت دارد که یک تکنولوژی بر پایه آن بنا گذاری شده است؟
نسبت سطح به حجم بالای نانو مواد یکی از مهمترین خصوصیات مواد تولید شده در مقیاس نانو میباشد. در مقیاس نانومتری، رفتار سطوح بر رفتار تودهای ماده غالب میشود.

1-2-1- روشهای ساخت مواد
نانو
روشهای ساخت مواد نانویی را میتوان در دو مقوله کلی دسته بندی کرد:
1) بالا به پایین: عبارتست از روش خرد کردن یک تکه از ماده به وسیله بریدن و کوچک کردن آن به ابعادی که میخواهیم. در واقع این امکان وجود دارد که مواد را آنقدر تجزیه کنیم تا در حد نانومتری برسند یعنی در حد 9-10 متر. امروزه این عمل توسط شکست فیزیکی و شیمیایی انجامپذیر میباشد.
2) پایین به بالا: در طی این روش ساخت، اتمها و مولکولها به طور خیلی دقیق کنار هم قرار داده میشوند تا به یک ساختار نانویی برسیم، که این به واسطه خاصیت خودآرایی قابل حصول میباشد.
به منظور بدست آوردن خواص ویژه نانو ذرات روشهای متفاوتی به کار گرفته میشوند. این روشها به چهار گروه عمده تقسیمبندی میشوند که عبارتند از:
1) پروسههای فاز گازی شامل تولید با پیرولیز شعله،6 تبخیر در دمای بالا7 و پلاسما8.
2) رسوب دهی فاز بخار9.
3) روشهای فاز مایع یا کلوئید که در آن واکنشهای شیمیایی در حلال، باعث تشکیل کلوئید میشود.
4) پروسههای مکانیکی شامل سایش، آسیاب کردن و آلیاژسازی ]18-6[.
1-3- خواص نانو ذرات
با گذر از میکرو ذرات به نانو ذرات، با تغییر برخی از خواص فیزیکی روبرو میشویم که دو مورد مهم از آن‌ها عبارتند از: افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات کوانتومی. افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم که به تدریج با کاهش اندازه ذره رخ میدهد، باعث غلبه یافتن رفتار اتمهای واقع در سطح ذره به رفتار اتمهای درونی میشود. این پدیده بر خصوصیات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با دیگر مواد اثر میگذارد. افزایش سطح، واکنشپذیری نانو ذرات را به شدت افزایش میدهد زیرا تعداد مولکولها یا اتمهای موجود در سطح در مقایسه با تعداد اتمها یا مولکولهای موجود در توده نمونه بسیار زیاد است، به گونهای که این ذرات به شدت تمایل به آگلومره یا کلوخهای شدن دارند. به عنوان مثال در مورد نانو ذرات فلزی، به محض قرارگیری در هوا، به سرعت اکسید میشوند. در بعضی مواقع برای حفظ خواص مطلوب نانو ذرات، جهت پیشگیری از واکنش بیشتر، یک پایدارکننده را بایستی به آن‌ها اضافه کرد که آن‌ها را قادر میسازد تا در برابر سایش، فرسودگی و خوردگی مقاوم باشند. البته این خاصیت مزایایی هم در بر دارد. مساحت سطحی زیاد، عاملی کلیدی در کارکرد کاتالیزورها و ساختارهایی همچون الکترودها میباشد. به عنوان مثال با استفاده از این خاصیت میتوان کارایی کاتالیزورهای شیمیایی را به نحو مؤثری بهبود داد. کوچکتر بودن ابعاد نانو ذرات نسبت به طول موج بحرانی نور، آن‌ها را نامرئی و شفاف مینماید. این خاصیت باعث شده است تا نانو ذرات برای مصارفی چون بستهبندی، مواد آرایشی و روکشها مناسب باشند. مواد در مقیاس نانو، رفتار کاملاً متفاوت، نامنظم و کنترل نشدهای از خود بروز می‌دهند. با کوچکتر شدن ذرات خواص نیز تغییر خواهد کرد. مثلاً فلزات، سختتر و سرامیک نرمتر میشود. بر خی از ویژگیهای نانو ذرات در جدول 1 به طور خلاصه آمد

دیدگاهتان را بنویسید