3-2-1 طيفسنجماوراءبنفشـمرئي (UV-Vis)48
3-2-2 سانتريفيوژ48
3-2-3 ترازويديجيتال48
3-2-4 دستگاهآبمقطرگيري48
3-2-5 PHمتر48
3-2-6 راکتورفتوشيميايي48
3-3 نرمافزارمورداستفاده50
3-3-1 نرمافزارMinitab 1550
3-4 سنتزفوتوکاتاليستZnO/C,N,S50
3-5 طيفجذبيورسممنحنياستانداردبرايآلايندهموردبررسي51
3-6 آزمايشاتتخريبفوتوکاتاليزوريوبررسيشرايطمختلفواکنش51
3-6-1 بررسياثرنوعکاتاليزور52
3-6-2 بررسياثرتابشنورUV52
3-6-3 بررسياثراکسندههابرواکنشهايفوتوکاتاليزوري53
3-6-4 بررسياثرPH53
3-6-5 بررسياثراتزمانتابش53
3-6-6 بررسياثرمقدارکاتاليزور54
3-6-7 بررسياثرغلظترنگبرتخريبفوتوکاتاليزوري54
3-6-8 بررسياثرسرعتچرخشدورمگنت54
3-6-9 بررسياثريونهايمعدني55
3-6-10 بررسيهايسينتيکي55
3-6-11 بررسيآزمايشهايتخريبفوتوکاتاليزوريبهروشتاگوچي55
فصلچهارمنتايج59
4-1 طيفXRD،FE-SEM،XPS،EDXجهتاطمينانازحصولسنتزنانوفوتوکاتاليستZnO/C,N,S59
4-1-1 XRD59
4-1-2 FE-SEM61
4-1-3 XPS61
4-1-4 EDX62
4-2 رسممنحنياستانداردجهتتعيينغلظتآلاينده63
4-3 نتايجبررسيآزمايشاتتخريبفوتوکاتاليزوريرنگ64
4-3-1 نتايجبررسيتواناييفوتوکاتاليزوريفوتوکاتاليستهايمختلفدرتخريبآلاينده65
4-3-2 نتايجبررسياثرتابشنورUVدرتخريبرنگ66
4-3-3 نتايجبررسياثرعواملاکسندهبرتخريبفوتوکاتاليزوري67
4-3-4 نتايجبررسياثرPH72
4-3-5 نتايجبررسياثراتزمانتابش74
4-3-6 نتايجبررسياثرحضورومقدارکاتاليزور76
4-3-7 نتايجبررسياثرغلظترنگ78
4-3-8 نتايجبررسياثرسرعتچرخشدورمگنت80
4-3-9 نتايجبررسياثريونهايمعدني80
4-3-10 نتايجمطالعاتسينتيکي82
4-3-11 نتايجبررسيتخريبفوتوکاتاليزوريرنگرودامينBبااستفادهازروشتاگوچي85
فصلپنجمبحثونتيجهگيري91
5-1 نتايجکليازآنچهدراينپروژهبررسيشد،بهشرحزيرخلاصهميگردد:91
5-2 کارهايتحقيقاتيجنبي92
مراجع91
Abstract105
فهرست تصاوير :
شکل ( 1-6) ساختارمعدنيمربوطبه (a) روتيل، (b) آناتاز، (c) بروکيت8
شکل (1-7) ساختارکريستاليمربوطبه (a) روتيل، (b) آناتاز، (c) بروکيت8
شکل (1-8) مکانيسمتبادلالکترونيبينالکترونوحفره9
شکل (1-9) ساختارششگوشهايZnO10
شکل (1-10) مکانيسمفوتوکاتاليزوريباحضورنيمهرسانايZnO15
شکل(2-1) نمودارانرژيجابلونسکي (فرآيندهايبرانگيختگيوآسايش) ]26[33
شکل(2-2) تغييرساختارالکترونينيمهرساناباافزايشتعدادساختارهايمونومري (N) ]30[34
شکل (2-3) مکانيسمفوتوکاتاليزوريبههمراهحوادثبازگشتبهحالتاوليهدريکنيمههادي]27 و30[36
شکل (2-4) انرژيجدايشنواردربعضينيمهرساناهادرمحلولالکتروليتآبي]27[38
شکل (2-5) دستهبنديواکنشهايفوتونيکاتاليزشده،Dمخففالکتروندهنده1وAمخففالکترونگيرنده239
شکل (3-1) شمايدستگاهفوتوشيمياييبرايانجامواکنشهايفوتوکاتاليزوري49
بيناب) 4-1(طيفXRDمربوطبهفوتوکاتاليستZnO/C,N,S60
بيناب) 4-2(طيفFE-SEMمربوطبهفوتوکاتاليست ZnO/C,N,S61
بيناب) 4-3(طيفXPSمربوطبهفوتوکاتاليستZnO/C,N,S62
بيناب) 4-4(طيفEDXمربوطبهفوتوکاتاليستZnO/C,N,S63
شکل (4-2) طيفجذبيرنگرودامينBباغلظت mg/L 20درطولموج nm354 و 54964
شکل (4-3) منحنياستانداردجذببرحسبغلظترنگرودامينBدرطولموج nm354 و54964
شکل (4-4) بررسياثرکاتاليستهايمختلفدرتخريبرنگرودامينB. شرايطآزمايش66
شکل (4-5) بررسياثرتابشنوررويتخريبرنگرودامينB.67
شکل (4-6) بررسياثراکسندههايمختلفرويتخريبرنگرودامينB .68
شکل (4-7) اثرعاملاکسندهK2S2O8برتخريبفوتوکاتاليزوريرنگرودامينB،70
شکل (4-8) اثرغلظتهايمختلفK2S2O8برتخريبفوتوکاتاليزوريرنگرودامينB71
شکل (4-9) بررسياثرPHرويدرصدتخريبفوتوکاتاليزوريرنگرودامينB73
شکل (4-10) بررسياثرزمانتابشرويدرصدتخريبرنگرودامينBبدونحضوراکسنده،75
(شکل4-11) بررسياثرزمانتابشرويدرصدتخريبرودامينBدرحضوراکسنده،76
شکل)4-12 (اثرحضورفوتوکاتاليزورZnO/C,N,S (غلظتآلايندهmg/L20)77
شکل(4-13) اثرمقدارفوتوکاتاليزورZnOرويدرصدتخريبتخريبرنگرودامينBبعداز 330 دقيقهتابش،78
شکل (4-14) بررسياثرغلظتآلايندهرويدرصدتخريبرنگرودامينBنسبتبهزمان،79
شکل (4-15) تأثيرسرعتچرخشمگنترويدرصدتخريبرنگرودامينBبعداز 330 دقيقهتابش،80
شکل (4-16) تأثيرحضورآنيونهارويدرصدتخريبرنگرودامينBبعداز 330 دقيقهتابش،81
شکل (4-17) سرعتتخريبشبهدرجهصفرمازZnO/C,N,SدرتخريبرنگرودامينB،83
شکل (4-18) سرعتتخريبشبهدرجهاولازZnO/C,N,SدرتخريبرنگرودامينB،84
شکل (4-19) سرعتتخريبشبهدرجهدومازZnO/C,N,SدرتخريبرنگرودامينB،84
فهرست جداول :
جدول (3-1) پارامترهاوسطوحانتخابيرابهمانشانميدهد.57
جدول (3-2) جدولطراحيشدهتوسطنرمافزارتاگوچي58
جدول (4-1) نتايجبدستآمدهازآزمايشهايطراحيشدهتوسطنرمافزارتاگوچي85
چکيده:
در سال هاي اخير نانو ذرات نيمه رسانا با توجه به خواص الکتريکيو مکانيکي، که از اثرات محدود کوانتومي در مقايسه با مواد همتاي آنها حاصل مي شود، توجه زيادي را به خود جلب کرده اند. در ميان نانو ذرات نيمه رسانا، نانو ذرات اکسيد روي ZnO کارايي بالاتري دارند. براي دستيابي به فعاليت فتوکاتاليستي بالاتر، نافلز نيمه رساناي ZnO دوپل شده با C,N,S تهيه شد.
در اين پايان نامه تخريب فتوکاتاليستي رنگدانه رودامينB با استفاده از نانو فتوکاتاليست ZnO/C,N,S سنتز شده بروش رسوبي در آزمايشگاه مورد بررسي قرار گرفت. زينک سولفات و تيواوره بعنوان ماده اوليه استفاده شد. تخريب فتوشيميايي رنگ با استفاده از نانو فتوکاتاليست ZnO/C,N,S بوسيله ي بازبيني تغييرات غلظت ماده با استفاده از تکنيک اسپکتروفتومتري UV بر حسب زمان تابش مورد بررسي قرار گرفت. شکل، ساختار و خواص نوري اين فتوکاتاليست بوسيله XRD، XPS، EDX و عکس FE-SEM مشخص شد.
ميزان تخريب رنگ رودامين B، در حضور لامپ UV، با بررسي عوامل مختلف چون اثر غلظت رنگ ،مقدار مشخصي از فتوکاتاليست، PH محلول، حضوراکسنده هاي مختلفمثل H2O2, K2S2O8, KBrO3, KIO3 ، يون هاي معدني، زمان تابشو… انداره گيري و شرايط بهينه براي بيشترين تخريب مشخص شد.
در کار حاضر، بر اساس نتايج، مقدار بهينهء، فتوکاتاليست استفاده شده mg7 ، غلظت رنگ ppm20و 9=pH مي باشد. لازم به ذکر است بيشترين تخريب در حضور اکسنده K2S2O8 با مقدار ( mM3 ) صورت گرفت.
کليد واژه ها: تخريب فتوکاتاليزوري، اکسيد روي آلوده شده با (کربن ،نيتروژن و گوگرد) ، نانو فوتوکاتاليز، رنگ، رودامين .B
مقدمه:
موضوع مورد مطالعه در اين پاياننامه تخريب فتوشيميايي رودامينB در محلول هاي آبي با استفاده ازنانوفتوکاتاليست ZnO آلاييده با C,N,Sمي باشد. رودامين B يک رنگ سنتزي است که در دسته ي رنگ هاي زانتن قرار مي گيرد. اين رنگ در صنعت نساجي ، صنعت چرم ، داروسازي و به عنوان رنگ افزودني لوازم آرايش به کار مي رود. به علت سمي و سرطان زا بودن مشکلات زيادي را براي جانداران ايجاد مي کند.
اين رنگ به جهت کاربرد زياد، اثرات زيست محيطي فراواني ايجاد مي کند و موجب آلودگي پساب خانگي و صنعتي مي گردد.در اين پروژه هدف حذف اين رنگ از پساب حلالي به کمک تخريب فتوشيميايي با استفاده از نانو فتوکاتاليست ZnO آلاييده شده با نافلزات ( C,N,S) و يافتن شرايط بهينه تخريب مي باشد.
از طرفيدستيابي به بهترين شرايط تخريب فتوشيميايي رنگ به کمک فتوکاتاليست ZnOآلاييده شده با نافلزات (C,N,S) با بررسي عوامل مختلف موثر بر فرآيند تخريب، مي توان فرآيند را در پايلوت آزمايشگاهي به شرکت هاي توليد رنگ ، آب و فاضلاب، صنايع نساجي و داروسازي پيشنهاد کرد.نتايج اين تحقيق علاوه بر گسترش مرز هاي دانش و رعايت جنبه هاي اقتصادي در بازيابي حلال، مي تواند از ورود مواد شيميايي سمي و خطرناک به آب هاي جاري و پساب ها جلوگيري نمايد.که مسائل مطرح شده ضرورت انجام تحقيق حاضر و اهداف اين پژوهش را براي ما روشن ميسازد.
سؤالات و فرضياتي که ما در اين پروژه با آنها روبرو هستيم شامل:
تخريبرنگ، به کمک نور UV و فتوکاتاليست هاي ZnO آلاييده شده با نا فلزات (C,N,S) صورت
ميگيرد.
2. ارزيابي ميزان تخريب به کمک اندازه گيري جذب به روش اسپکتروفتومتري صورت مي گيرد.
3. شرايط بهينه واکنش از نظر غلظت و ميزان آلاينده، ميزان فتوکاتاليست ،pH، دما و… بررسي مي شود.
4. سنتيک تخريب از نظر مرتبه واکنش بررسي مي شود.
5. مقايسه تخريب رنگ به کمک نور مرئي و فرابنفش در شرايط يکسان.
حذف ناخالصي ها با روش تخريب فوتوکاتاليزوري
روش هاي شيميايي متنوعي مانند رسوب دهي و جداسازي آلودگي ها، لخته شدن1، لخته شدن الکتريکي2و حذف توسط فرآيند جذب روي سطح جاذب (به عنوان مثال روي کربن اکتيو) وغيره روش هايي مخرب نيستند و فقط آلودگي ها را از يک جا به جاي ديگرمنتقل مي کنند ]1 [. بنابر اين روش ديگري براي حذف آلودگي ها مورد نياز است.
از ميان تعداد روش هاي پيشنهادي و حتي روش هاي توسعه يافته در راستاي تخريب آلودگي هاي آلي، روش تخريب زيستي3 يا ميکروبي4بيشترين توجهات را به خود جلب کرده اند. با اين وجود تعداد زيادي از ترکيبات آلي قابليت اصلاح پذيري با روش ميکروبي را نداشتند ]2[. اخيراًّ مطالعات دانشمندان روي استفاده از نيمه رساناها به عنوان ابزاري جهت اکسيداسيون انواع سموم آلي شيميايي معطوف شده است ]3و4[.
اکثر ترکيبات رنگي ساختار مولکولي قطبي دارند، بنابراين به طور کامل بر زير خاک بر جذب نمي شوند و با حل شدن در آبهاي زيرزميني، به آب هاي سطحي نفوذ مي کنند]5و 6[.
از ?نجا که تخريب فوتوکاتاليزوري مزايايي از قبيل عدم توليد باقي مانده هاي شيميايي و زائدات سمي در پايان پروسه دارد، مي تواند به عنوان يک روش بسيار مناسب جهت پاکسازي انواع پساب ها بکار رود ]6[. اشعه فرابنفش يک اکسنده بسيار قوي و ساده است. اين اشعه پتانسيل بالايي براي اکسايش در طول موج 7/253 نانومتر با قدرت 89/4 الکترون ولت دارد که براي برهمکنش با ساختار الکتروني مواد مناسب و کافي است ]7[.
اخيراً مطالعه روي پروسه هاي اکسيداسيون پيشرفته5جهت تخريب کامل انواع ساختارهاي آلي توجهات زيادي را به خود جلب کرده است.
اين روش بر اساس توليد ذرات فعالي مانند راديکالهاي هيدروکسيل (که توانايي اکسيداسيون گستره وسيعي از آلودگي هاي آلي را با سرعت زياد و بدون گزينش پذيري دارد) استوار است ]8[. AOPs شامل سيستم هاي فوتوکاتاليزوري از قبيل ترکيب نيمه رسانا و نور يا نيمه رسانا و اکسيدکننده است. امروزه فوتوکاتاليزورهاي هتروژن به عنوان پرکاربردترين تکنولوژي مخرب شناخته شده که اکثر آلودگي هاي آلي با ساختارهاي مولکولي آليفاتيک و آروماتيک را به طور کامل به فرم معدني6تبديل مي کنند ]9- 13[.
انتخاب يک شرايط بهينه براي حذف رنگ ها و تخريب ساختار آنها نياز به بررسي ها و مطالعات زيادي دارد. با توجه به اهميت تجاري و زيست محيطي رنگ ها، تمامي عوامل شرکت کننده در فرآيند تخريب از جمله فوتوکاتاليست، اکسنده، شدت تابش و غيره بايد مورد مطالعه و بررسي قرار گيرند. در قسمت بعد به بررسي تعدادي از اين عوامل مي پردازيم.
آشنايي با تعدادي از فوتوکاتاليزورها در واکنش هاي تخريبي
فوتوکاتاليزورهاي مورد استفاده در واکنش هاي تخريب فوتوکاتاليزوري اکسيدهاي نيمه رسانا در ابعاد نانو هستند اين کاتاليزورها به علت نسبت سطح به حجم بالايشان بسيار کاراهستند. فوتوکاتاليزورهاي رايج در واکنش هاي تخريب فوتوکاتاليزوري اکسيدهاي نيمه رسانا در ابعاد نانو هستند. امروزه، استفاده از مواد نيمه رسانا در ابعاد نانو توجه بسياري را به خود جلب کرده است و داراي کابردهاي گسترده اي همانند: انرژي فوتوالکتريک تبديل مواد[14-16] و تصفيه آب و هوا به عنوان فوتوکاتاليست هاي دوستدار محيط زيست [17 و18] و مواد سوپر مغناطيسي [19] هستند. بعضي از نيمه رساناها مانند TiO2، ZnO، SnO2 به دليل دارا بودن باند گپپهن داراي توانايي فوتوکاتاليزوري بسيار بالايي هستند ]20[.
1-2-1 فوتوکاتاليزور TiO2
فوتوکاتاليست تيتانيم دي اکسيد از مهمترين و پرکاربردترين فوتوکاتاليست هاي مورد استفاده براي تخريب مواد آلي است. فعاليت فوتوکاتاليزوري با کاهش ذرات TiO2 افزايش مي يابد، با کاهش سايز ذرات مساحت سطح TiO2 افزايش يافته که سبب بهبود اثر فوتوني و در نتيجه خواص کاتاليزوري مي شود ]21 و22[.
TiO2يک نيمه رساناي باند گپ پهن است، در TiO2نوار والانس از اوربيتال هايp 2هيبريد شده با حالت هاي d3 تيتانيوم ساخته شده است، در حالي که نوارهدايت از d3 خالص تيتانيوم حاصل شده است. وقتي که TiO2به وسيله نورUV برانگيخته شد، الکترون ها از لايه والانس به لايه هدايت رفته و حفره ها باقي مي مانند.
تيتانيم دي اکسيد در طبيعت به صورت معدني در سه ساختار روتايل7، آناتاز8، بروکيت9وجود دارد ]23-24[.
ساختارهاي معدني آنها در شکل (1-6) و ساختارهاي کريستالي در شکل (1-7) نشان داده شده اند. علاوه بر اين ساختارها در فشارهاي بالا دو فرم ديگر از تيتانيوم دي اکسيد به نام هاي فرم مونوکيلينيک10 و فرم اورتورومبيک11 نيز مشاهده شده است ]25 و26[. به طور کلي فرم روتايل متداولترين ساختار است و ساختارهاي آناتاز و بروکيت هم در نتيجه حرارت دادن به فرم روتايل تبديل مي شوند]27-30[.
در ساختار TiO2 هر يون Ti4+ توسط 6 يون O2- احاطه شده و ساختار هشت وجهي دارد. تفاوت روتيل و آناتاز در اين است که در روتيل هشت وجهي با اندکي واپيچش ارتورومبيک مشاهده مي شود و هر هشت وجهي با 10 هشت وجهي مجاور اتصال دارد (دو تا با اشتراک گذاشتن اکسيژن هاي لبه و 8 تا با اشتراک گذاشتن اکسيژن هاي کناري)، حال آن که در آناتاز ساختار هشت وجهي کاملاً واپيچيده است و تقارن آن از ارتورومبيک کمتر است، هر هشت وجهي به هشت وجهي مجاور اتصال دارد (4 تا با اشتراک گذاشتن اکسيژن هاي لبه و 8 تا با اشتراک گذاشتن اکسيژن هاي کناري). تقارن هاي ساختاري سبب اختلاف در دانسيته جرمي و وضعيت پيوندها در دو فرم TiO2 مي شود. اولين بار در سال 1967 خاصيت فوتوکاتاليزوري TiO2 توسط آکريا فوجيشيما گزارش شد ]31]. پروسه اي که در يک فرآيند فوتوکاتاليزوري روي سطح TiO2 رخ مي دهد تحت عنوان اثر هوندا ـ فوجيشيما12شناخته شده است [32 و33]. در مطالعه فوتوکاتاليزوري، TiO2 به طور ويژه در حالت آناتاز مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين حالت TiO2فوتوکاتاليزور بسيار خوبي در سيستم هاي فوتوکاتاليزوري فرابفش است. طبق مطالعاتي که اخيراً انجام شده، مشخص شده که در صورت دوپه کردن اکسيدهاي فلزي مانند تنگستن تري اکسيد روي سطح TiO2و مجاور کردن يون هاي نيتروژن با ذرات TiO2، قدرت فوتوکاتاليزوري آن را حتي در تابش هاي مرئي تأمين
مي کند [34 و35].
پودر (Degussa-P25( TiO2تجاري که تقريباً مساحت سطح بزرگي دارد ( m2/g 15±50 ) امروزه به عنوان TiO2 استاندارد در واکنشهاي فوتوشيميايي استفاده مي شود. بايکلي اولين بار فعاليت فوتوکاتاليتيکي P25 را توضيح داد. تهيه آن از هيدروليز TiCl4در دماي بالاتر از?C 120 و در حضور هيدروژن و اکسيژن انجام
مي شود.

شکل ( 1-6) ساختار معدني مربوط به (a) روتيل، (b) آناتاز، (c) بروکيت

(c)(b)(a)
شکل (1-7) ساختار کريستالي مربوط به (a) روتيل، (b) آناتاز، (c) بروکيت
مکانيسم اثر حضور فوتوکاتاليزور TiO2در فرآيندهاي تخريب از مکانيسم کلي تخريب آن تبعيتمي کند، اکسيژني که در اطراف TiO2وجود دارد به عنوان پذيرنده الکترون عمل مي کند و به يونهاي راديکال سوپر اکسيد تبديل مي شود، در اين زمان گروه هاي هيدروکسيد جذب شده و مولکول هاي آب، به عنوان دهنده الکترون عمل مي کنند تا راديکال هاي (OH() را ايجاد کنند [35-39].
(1-18) (1-19)
(1-20)

عامل مشکل ساز در اين فرآيند ، بازترکيب13جفت الکترون / حفره است که باعث کاهش بازده کوانتومي14 در حضور فوتوکاتاليزور TiO2مي شود. يک روش براي حذف اين اثر سوء و افزايش قدرت فوتوکاتاليزوري تيتانيوم دي اکسيد استفاده از هم جذب15، مانند کربن اکتيو است به اين ترتيب لايه هاي حد واسطي بين سطوح جامد ايجاد مي شود.
کربن اکتيو در اين جا به عنوان عامل جاذب مؤثر براي جذب آلودگي ها عمل مي کند و مانع جذب شدن آن ها در ابتداي حضور TiO2، روي سطح آن مي شود [40]. انتقالات الکتروني که منجر به انجام واکنش مي شود در شکل (1-8) نشان داده شده است.
شکل (1-8) مکانيسم تبادل الکتروني بين الکترون و حفره
يکي از کاربردهاي مهم TiO2مربوط به خواص کاتاليستي به ويژه براي کاربردهاي محيطي است. خواص فوتوکاتاليستي TiO2نه تنها براي تخريب ترکيبات آلي مورد استفاده قرار مي گيرد، بلکه براي کشتن ميکروارگانيسم ها نيز مفيد است. وسايل فوتوکروميک، سطوح مافوق هيدروفيل، سطوح مافوق هيدروفوب، فيلتراسيون و محافظت در برابر خوردگي از جمله اين موارد مي باشد. در طيف وسيعي از تحقيقات به مطالعه سلول فوتوالکتروشيميايي براي تبديل انرژي خورشيدي به ويژه سل هاي گراتزل پرداخته شده است. اين سلول ها براساس نانو ذرات TiO2حساس شده با يک رنگ براي تبديل انرژي خورشيدي به الکتريکي است.
1-2-2 فوتوکاتاليزور ZnO:
اکسيد روي يک ماده شيميايي نامحلول در آب و محلول در اسيدها و قلياهاست. از نظر ظاهري پودرسفيد رنگ و در مواردي کريستالي است. ساختار شش گوشه اي آن در شکل (1- 9) نشان داده شده است. ساختار مولکولي آن به صورت هگزاگونال و متقارن است که در تقسيم بندي جامدات بلوري به طور ويژه دردسته ورتزيت ها16قرار مي گيرد [41]. اکسيد روي در طبيعت به صورت معدني اکسيد روي قرمز رنگ وجود دارد [42].
شکل (1-9) ساختار شش گوشه اي ZnO
ZnO يک ماده ترموکروميک است، يعني با گرم کردن به رنگ زرد درمي آيد و دوباره با سرد شدن به رنگ سفيد بازمي گردد. کريستالهاي ZnO وقتي در معرض نورUV قرار مي گيرند سفيد باقي مي مانند. در دماي حدود?C1975تجزيه مي شوند. اکسيد روي کريستالي داراي خواص پيزوالکتريک است]43[.
اکسيد روي در صنايع دارويي، تهيه بيوسنسور17[44]، مواد الکترونيک و نيمه رساناها مورد استفاده قرار
ميگيرد. درصنايع غذايي به عنوان افزودني [45] در صنايع شيميايي و به طور ويژه در صنايع رنگ سازي به عنوان رنگدانه به کار مي رود [46 و47].
اکسيد روي نيمه رسانايي با انرژي باند گپ 2/3 تا 37/3 الکترون ولت، در دماي اتاق است. دراکثر موارد اکسيد روي در دسته نيمه رساناهاي نوع n18 قرارمي گيرد [48-50].
دو خاصيت مهم اكسيد روي که آن را در زندگي بسيار مفيد مي سازد، خواص فوتوکاتاليستي و فوق آبدوستي آن است. از اين دو خاصيت براي تصفيه آب و فاضلاب ها، حذف آلودگي هوا و ساختمان ها، تسريع واکنش فوتوشيميايي مانند توليد هيدروژن و لايه هاي ضد مه و شيشه هاي خود تميز شونده استفاده مي شود.
اکسيد روي را به وسيله وقوع پديده هاي فوتوالقايي در آن توصيف مي کنند.اين پديده ها شامل پديده فوتوکاتاليستي، فوق آبدوستي و فوتو ولتاييک است.
درتوصيف خواص فوتوکاتاليستي،اين ماده در بر خورد با مولکول هاي آلوده کننده آب، هوا و خاک که عموماً مولکول هاي آلي کربني هستند، آنها را تجزيه کرده و به مواد غير آلي دي اکسيد کربن، آب و آنيون هاي معدني بي ضرر تبديل مي کند. يک فوتوکاتاليست نيمه رساناي ايده آل بايد از نظر بيولوژيکي و شيميايي خنثي باشد، پايداري فوتوکاتاليستي داشته باشد، به سادگي توليد و مورد استفاده قرار گيرد، بطور موثري توسط نور خورشيد فعال شود، بطور موثر واکنش ها را کاتاليز نمايد، ارزان باشد و هيچ خطري براي انسان و محيط زيست نداشته باشد. بيشترين استفاده فوتوکاتاليست ها تجزيه فوتوني ترکيبات آلي است.
از اکسيد روي به عنوان فوتوکاتاليست در رفع آلودگي هاي (ضد عفوني) محيطي گوناگون مانند مواد آلي، ويروس ها، باکتري ها، قارچ ها، جلبک ها و سلول هاي سرطاني استفاده مي شود و مي توان آنها را بطور کامل تجزيه کرده و تبديل به مواد غير آلي دي اکسيد کربن و آب و آنيون هاي غير آلي بي ضرر نمايد. اين کارايي به اکسيداسيون بالاي حفره ها و راديکال هاي هيدروکسيل که به عنوان عوامل اکسيداسيون قوي شناخته مي شوند نسبت داده مي شود.خاصيت ديگري که اين ماده از خود نشان مي دهد خاصيت فوق آبدوستي آن است. اين خاصيت که با خاصيت فوتوکاتاليستي رابطه تنگاتنگ دارد باعث پديده خود تميز شوندگي مي شود. به همين دليل لايه ي نازک از اين ماده را روي سطح شيشه کاشي و بعضي ظروف مي نشانند تا مانع از کثيف شدن آنها شوند. با تابش UVبه سطح فوتوکاتاليست، مي توان آميزه اي از خاصيت فوق آب دوستي را در سرتاسر سطح ايجاد کرد و باعث پهن شدن آب شد. اين فوق آب دوستي فتوولتايي به همراه فعاليت فوتوکاتاليستي، دو پديده هايي هستند که پايه مشترک دارند؛ يعني آلاينده هاي سطح بوسيله نور تجزيه شده و بوسيله آب شسته خواهند شد. يک کاربرد مناسب از اين خاصيت شيشه هاي خود تميز شونده است.
هرچند بررسي ها نشان دادند که فوتوکاتاليزور TiO2بهترين فوتوکاتاليزور است و قابليت حذف انواع سموم و آلوده کننده ها را از پساب ها دارد [51-53].با اين وجود استفاده گسترده از TiO2(دراشل هاي صنعتي) مقرون به صرفه نيست، بنابراين توجهات به سمت يک جايگزين مناسب براي آن معطوف شد. دراين راه مطالعات زيادي جهت بررسي قدرت فوتوکاتاليزوري ساير نيمه رساناها از قبيلZrO2 ، ZnO،CdS وSnO2 انجام شد [54-58].
ازاين ميان،ZnO بيشترين کارآيي را از خود نشان داد، به طوريکه حتي در برخي موارد نتايج مطلوب تري نسبت به TiO2بدست داده است [55 و57]. مکانيسم اثرZnO مشابه با TiO2است [59].
بزرگترين مزيت آن نسبت به TiO2، توانايي بيشتردرجذب تابش است، به همين دليل ازZnOبيشتر در تخريب هاي نوري که منبع تابش نورطبيعي باشد، استفاده مي شود [60].
در حقيقت بنابر گزارشات زير اثبات شده که پودر ZnO تأثير فوتوکاتاليزوري زيادتري نسبت به TiO2دارد [57 و 71]. فوتواکسيداسيون 2- فنيل فنول و اکسايش فوتوني فنول ها [65] در تخريب Pesticide carbetamide and Herbicide triclopyr نسبت به TiO2[72 و 73].
Lizamatel و همکارانش [74] گزارش کرده اند که ZnO فعاليت کاتاليزوري بيشتري از TiO2در تخريب فوتوکاتاليزوري C. I. Reactive Blue19 دارد.
نور خورشيد براي تخريب فوتوکاتاليزوري C. I. Reactive Blue4 توسط Neppolianetal [25] در يک رآکتور دوغابي گزارش شد. تخريب رنگ در يک PH قليايي و در حضور پرسولفات و يون کربنات انجام شد. بهينه مقدار کاتاليست ZnO، mg400 در 100 ميلي ليتر محلول گزارش شد.
Pandurga Genetal [75] تخريب فوتوکاتاليزوري رنگ Auramine O، با استفاده از ZnO تحت نور خورشيد مورد مطالعه قرار گرفت. فرآيند طبق سينتيک درجه اول پيگيري شد. ثابت سرعت با افزايش در غلظت اوليه رنگ کاهش يافت.
PH پايين مناسبتر از بقيه گزينه ها بود حضور Fenton’s reagent نيز سبب شتاب دادن به سرعت تخريب شد و معدني شدن با استفاده از کاهش COD محلول مشخص شد. تخريب C. I. Acid Green 16 مطالعه شد به وسيله Sakthiveletal [78] با استفاده از ZnO تحت تابش قرار گرفته با نور خورشيد در اين جا تأثير تخريب فوتوني با افزايش در غلظت اوليه رنگ کاهش مي يابد، بهينه مقدار کاتاليزور mg250 در 100 ميلي ليتر بود.
Poulios and Tsachpinis [79] براي تخريب C. I. Reactive Black 5 با استفاده از نيمه رسانا اکسيد فلزي مختلف مثل TiO2 (P-25 Degussa) و و چهار لامپ موازي فلورسانت به عنوان منبع نور UV استفاده شد و خاصيت رنگبري از همه کندتر و ZnO از همه تندتر مي باشد و فعاليت فوتوکاتاليزوري ماکزيمم در PH حدود 6 است. سرعت تخريب طبق رابطه هينشل وود ـ لانگماير از معادله درجه اول پيروي مي کند.
Poulios etal [80] تخريب فوتوکاتاليزوري Auramine O در يک سوسپانسيون محلول ZnO و TiO2 تحت منبع تابش UV توسط چهار لامپ به صورت موازي w18 مورد بررسي قرار گرفتند. معدني کردن فرآيند با استفاده از ZnO سريعتر انجام مي شود. PH از 6/2 تا 8/2 افزايش مي يابد.
در چنين موردي، سرعت تخريب آلودگي ZnO سريعتر از TiO2(P25) مي باشد [79 و 80]. يک نوع از مکانيسم هاي شامل کاربرد اکسيد روي به عنوان فوتوکاتاليست در ادامه آمده است.
تخريب فوتوکاتاليزوري ماده آلي در محلول آبي با برانگيخته شدن نوري نيمه رسانا آغاز مي شود و با توليد جفت الکترون حفره در سطح کاتاليزور ادامه مي يابد (معادله1-21). پتانسيل بالاي اکسيداسيون حفره در کاتاليست منجر به بروز فرآيند اکسيداسيون مستقيم و توليد حد واسط هاي فعال مي شود (معادله1-22).
از طرفي تخريب مولکولهاي آب، راديکال هاي بسيار فعال هيدروکسيل را توليد مي کنند(معادله 1-23). اين راديکال هاي فعال هيدروکسيل که اکسيد کننده هاي قوي و غيرانتخابي هستند (E?=+3/06V)، مي توانند محصول بر همکنش بين حفره وOH?باشند (معادله 1-24)، محصول اکسيداسيون معدني شدن جزئي يا کامل ترکيبات آلي مي شوند. الکترون هاي موجود درلايه هدايت مولکول اکسيژن به آنيون سوپراکسيد کاهش
مي يابند (معادله 1-25).
اين راديکال ها به ترتيب طبق معادلات (1-26) و (1-27) در حضور آلودگي هاي آلي به پراکسيدهاي آلي يا هيدروژن پراکسيد تبديل مي شوند [73]. انتقال الکتروني که منجر به انجام واکنش مي شود در شکل (1-10) نشان داده شده است .
(1-21)
(1-22)
(1-23)
(1-24)
(1-25)
(1-26)
(1-27)
شکل (1-10) مکانيسم فوتوکاتاليزوري با حضور نيمه رساناي ZnO
رنگ رودامين B(Rhodamine B)
رودامين از دسته رنگهاي زانتن و سنتزي و بسيارسمي است اين رنگ ازتركيبات ناجور كننده استروژن است بدليل اثرات خطرناك و سرطان زايي به خصوص سرطان سينه بايد ازپساب هاي صنعتي و فاضلاب ها حذف شود.
رودامين B در صنعت نساجي، صنعت چرم، داروسازي (در ساخت قرص و کپسول ها)، به عنوان رنگ افزودني در لوازم آرايشي به کار مي رود و همچنين در گذشته به عنوان رنگ غذايي مورد استفاده قرار گرفته است امروزه با توسعه ي روز افزون چاپ رنگي موارد استفاده آن بالا رفته است.
استعمال خوراکي آن سبب سوزش چشم و پوست و همچنين مشکلات تنفسي مي شود. اثرات سرطان زايي، سمي هاي شديد و مشکلات عصبيآن بر روي موجودات زنده به اثبات رسيده است. ورود آن به چرخه ي محيط زيست اثرات سمي طولاني مدت ايجاد ميکند.اين رنگدانه بصورت کريستال هاي براق سبز ارغواني است که به خوبي در آب و الکل حل ميشود و رنگ آن به صورتي تغيير ميکند.از ديگر موارد کاربردرودامين B ، به عنوان رنگدانه ردياب درآب براي تعيين سرعت و هدايت جريان نيز است. اين رنگدانه خاصيت فلورسانس کنندگي خوبي دارد و در بيوتکنولوژي نيز کاربرد دارد . براي نگه داري از آن بايد از ظروف شيشه اي استفاده کرد زيرا براحتي جذب ظروف پلاستيکي ميشود.
نام آيوپاک اين ترکيب شيميايي ]9- ( 2- کربوکسيفنيل)-6-(دي اتيل آمينو)- 3-زانتن ايليدن] -دي اتيل آمونيوم کلرايد است. رودامين Bرا رودامين 610 نيز مينامند. فرمول مولکولي اين رنگدانه C28H31ClN2O3
و جرم مولي ان 2./479 ميباشد. نقطه ذوب آن 211-210 درجه سانتي گراد است. 2 پيک جذبي در دو طول موج nm 354 و nm549 دارد. رودامين Bاز دسته رنگدانه هاي کاتيوني است که ساختار آن در شکل زير نشان داده شده است.
ساختار رودامين B
2-1 مقدمه
رنگ امواج الکترومغناطيسي است که در محدوده مرئي طيف بين طول موج هاي ??? تا ??? نانومتر قرار دارد و داراي دو اثر رواني و فيزيکي است. مواد رنگ زا موادي هستند که براي رنگ کردن يک کالا به کار مي روند. مواد رنگ زا از ديرباز مورد استفاده قرار مي گرفتند تا جايي که مي توان گفت ايرانيان قديم، مصري ها و حتي رومي ها در اين زمينه متبحر بودند. در گذشته مواد رنگ زاي کاربردي (در اکثريت موارد) ريشه گياهي يا حيواني داشتند. به عنوان مثال مي توان به قرمزدانه (موجود در انواع خاصي از کرم ها) و اينديگوتين (موجود در گونه خاصي از حلزون) اشاره کرد. اين رنگ هاي طبيعي از ثبات خوبي برخوردار بودند به همين دليل در الياف پروتئيني (الياف پشم و ابريشم) بسيار مورد استفاده قرار مي گرفتند تا جايي که فرش هاي دست باف ايراني هنوز در جهان طرفداران زياديدارد.
اما با اين همه کاربرد رنگ هاي طبيعي خالي از مشکل نبود. به عنوان مثال تهيه اين رنگ ها حتي در مقياس هاي جزيي نياز به مواد گياهي يا حيواني فراواني داشت. (يک گرم ماده رنگ زاي اينديگوتين به ? هزار حلزون نياز داشت.) يا هزينه سنگين اين رنگ ها آنها را متعلق به قشر خاصي مي کرد. اما در سال ???? اين مشکل تا حدودي حل شد و تحول جديدي در صنعت رنگ به وقوع پيوست.
در اين سال دانشجويي به نام “پرکين” تصادفاً رنگي مصنوعي به نام مووين ساخت که از ويژگي هاي متعددي برخوردار بود از قبيل درخشندگي فراوان، رنگ آميزي راحت تر و قابليت تهيه و کاربرد آسان. از اين زمان به بعد رنگ ها سير تکاملي بيشتري را طي کرده و فرمول هاي شيميايي جديدتري ساخته شدند، تا جايي که امروزه تقسيم بندي هاي مختلفي براي انواع رنگ هاي مصنوعي نظير رنگ هاي آلي و معدنيقائل شده اند، اما اين تحولات جديد که مي خواست بشر را به يک آسودگي نزديک کند، چندان هم بدون مشکل نبودند.
اين رنگ ها محيط زيست و به دنبال آن انسان را با چنان عوارض خطرناک و مهلکي روبه رو کردند که طرفداران محيط زيست را به واکنش هايي واداشته اند. به دليل اهميت اين موضوع و از طرفي وخيم بودن اوضاع رنگ در دنيا راهکارهايي براي محو کردن آلودگي هاي رنگي ايجاد شده در محيط زيست ارائه شده است.
استفاده از فوتوکاتاليزورها راهي کاربردي براي آلودگي زدايي در پساب ها است. در اين روش با استفاده از کاتاليزورهاي مختلف مانند اکسيد رويو اکسيد تيتانيوم و… که يک رنگدانه معدني است براي تصفيه پساب ها استفاده مي شود.
با اين شيوه حتي ته رنگ باقي مانده از تصفيه پساب ها که به هيچ طريقي قابل برطرف کردن نبودند از بين مي روند. علاوه بر فوتوکاتاليزها استفاده از رنگ برها نيز به عنوان راهي ديگر براي آلودگي زدايي محيط زيست مطرح هستند. در اين شيوه از جاذب هاي طبيعي (جاذب هايي که از مواد طبيعي ساخته مي شوند) نظير پوست پرتقال، سبوس، ضايعات سويا و ضايعات پوست تخم مرغ براي محو کردن آلودگي هاي حاصل از رنگ ها استفاده مي شود.
البته در زمينه رنگ بري نقش برخيگياهان به عنوان رنگ بر نيز مشخص شده است.به عنوان مثال گياهي به نام آزالا که آفت برنج در شمال است براي رنگ بري تاثير بسزايي دارد تا جايي که اگر پساب حاصل از کارخانه ها از مسيرهاي کاشت اين گياه عبور کنند، اين گياه به عنوان جاذب اين مواد آلوده، بسيار قوي عمل مي کند.
کاربرد رنگ هاي دريايي (در اسکله ها، شناورهاي دريايي) خالي از اشکال نيست تا آنجا که تعدادي از کشورها آن دسته از رنگ هاي دريايي را که بر روي موجودات زنده دريا اثرات مهلک بر جا مي گذارند، از ليست رنگ هاي مجاز کشور خود خارج کرده اند.
اوضاع رنگ در ايران بحراني استو آينده رنگ ايران را تهديد مي کند. از علل اين تهديد ميتوان وجود تحريم ها و نداشتن ارتباطات برون مرزي از يک طرف و عدم تعامل دانشگاه و محقق از طرف ديگر مشکلاتي نظير ورود غيرمجاز رنگ هاي ممنوعه يا افت کيفيت رنگ هاي داخلي را عنوان کرد.
اگر به محققان و فعاليت هاي آنان اهميت داده شود و بودجه کافي در اختيارشان گذاشته شود، آنها مي توانند حتي در تکنولوژي روز جهان يعني تهيه مواد اوليه رنگ به طريقه نانو قدم هاي موثري بردارند، چرا که ذرات در مقياس نانو خواص جديدتري از خود بروز داده و نهايتاً در رنگ و پوشش خواص جديدي از خود نشان مي دهند.
2-2 اجزاءتشكيلدهندةرنگ
رنگهايآليياپوششهاياليعمدتاًبهمنظورحفاظتازسطوحوتزئيناستفادهميشوند.
بيشتررنگهاازاجزاءزيرتشكيلميشوند:
– رنگدانهورنگدانهيار
– رزين
– حلال
– موادافزودني
البتهموارديوجود داردكهتماماقلامذكرشدهممكناستدرفرمولاسيونرنگ وجودنداشتهباشند.مثلاًدرموردلاكها،رنگدانهورنگدانهباردرفرمولاسيونلاكبه كاربردهنميشودياپوششهايبدونحلالمانندرنگهايپودريكهدرفرمولاسيون آنهاازحلالاستفادهنشدهاست.پوششهايپودري،پسازمصرفتحتتأثيرحرارت، سياليتلازمرابهدستمي آورند. فرمولبنديرنگدرواقعتعيينميزانموادتشكيلدهنده يرنگوچگونگيساختآناست.
2-3 خصوصياتاجزاءتشكيلدهندهرنگ

2-3-1-رنگدانههاورنگدانهيارها:
1 ) رنگدانهها: رنگدانههاذراتجامديهستندكهبرايبوجودآوردنخصوصياتمعينيدررنگ پراكندهميشوند. رنگدانههابهدوگروهاصليمعدنيوآليتقسيممي شوندكهازنظرخواصوكاربردمتفاوتومتمايزهستند.
2 )رنگدانهيارها: رنگدانهيارهامواديهستندكهدررنگپايهنا محلولندوعملاًهيچ نقشيدردادنرنگوپوشانندگيبهرنگپايهندارند.اينموادتنهابهمنظورتعديلواصلاحخواصرنگمورداستفادهقرار
ميگيرند. ايندستهازموادتشكيلدهنده يرنگوظايفيازقبيلفامدادن،پوششدادن،دوام، استحكاممكانيكي،محافظتسطوحفلزدرمقابلخوردگي،جذبنورماورابنفش،وزنمخصوصوديگرخصوصياتفيزيكيوشيمياييمربوطبهرنگرابهعهدهدارند.
2-3-2-رزينها : (Resin)
پايهاصليپوششرنگرارزينتشکيل ميدهدومسئوليتزمانخشكشدن،چسبندگيبهسطح،مقاومتدربرابرآبوموادشيميايي،سختي،دوامواستحكامپوششرا به عهدهدارد.
يكيازوظايفاصليرزينتشكيلفيلمرويسطحموردنظراستكهرزينبوسيله اينخاصيتقادراستسطحزيرينراازمحيطاطرافجداكند. معمولاًرزينبصورت مايعرويسطحپهنشدهوباانجاميكياچندواكنشپليمريزاسيونجامدميشود.
ازوظايفديگررزينچسبندگيبهسطحاست. چسبندگيخوبپوششبهسطحميتواندبسياريازخواصسطحراحفظكردهوبصورتيكمحافظدائميعملكند.
2-3-3حلال
يكيديگرازاجزاءرنگحلالاست. حلالجزءفرارتشكيلدهندةرنگاستكهبرايحلكردنرنگپايهيارزينمربوطبهرنگافزودهمي شوند. حلالگرانروانيرنگراكنترلميكند،درنتيجهتعيينكنندةخصوصياتكاربرديرنگميباشدبنابرايننهتنهايكحلالبايدرزينراحلكندبلكهبلافاصلهبهمحلولگرانرويبدهدكهبانيازكاربرديونگهداريرنگمربوطهماهنگباشددرنتيجهاينحلالبايدچنانسرعتتبخيريداشتهباشدكهبهرنگاجازهرسوبونشستنفيلميباخواصموردنيازرابدهد.
مهمترينخواصحلالهاعبارتنداز:
1- قدرتحلالي
2- ميزانتبخير
3- نقطهجوشوطيفتقطير
4- نقطهاشتعالوقابليتشعلهوري
2-3-4موادافزودنيدررنگ

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب 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

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

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

اینجا کلیک کنید

ايندستهازاجزاءرنگمواديهستندكهبهمقدارخيليكمبهرنگاضافهميشوند.هرماده يافزودنيبرايمنظوريخاصبهرنگاضافهميشود.يكفرمولكننده يرنگميتواندازموادافزودنيبرايبهبودپوششهااستفادهكند. درصورتاستفاده يصحيحازموادافزودني،فرمولكننده يرنگمي تواندبدونهيچگونهافزايشدرقيمتوياحتيباكاهشدادنآنبدونكاهشدركيفيت،رنگيبابالاترينكيفيتراتوليدنمايد.
بنابراين،موادافزودني،يكجزءلازمازپوششهاراتشكيلميدهند.
2-5 آلودگي آب (Water Pollution )
حدود دو سوم کره زمين را آب فرا گرفته است . که از اين ميزان آب حدود ?? در صد آن غير قابل آشاميدن هست . بر اساس پيش بيني سازمان ملل در سال ???? ميلادي حدود ?? کشور (يعني ?? درصد جمعيت جهان ) دچار کمبود آب آشاميدني مي شوند.
پيشرفت روز افزون علم وتکنولوژي و انواع صنايع به عنوان نماد بارز آنها، در کنار افزايش جمعيت جهان نياز بشر را به آب بيش از پيش افزايش داده است. بعلاوه اين مصرف بي رويه با آلوده سازي اکوسيستم آبي نيز همراه است لذا نگراني درباره تأمين بهداشت و رفع آلودگي هاي ناشي از صنعت، که سرنوشت و حيات زمين را به مخاطره افکنده است، برنامه ريزي هاي جدي را براي تغيير و بهبود شرايط زندگي و حذف آلاينده ها طلب
مي کند.
دامنه نگرانيهاي اساسي در مورد آب بستگي به محل مصرف آب دارد، آب به صورتهاي مختلف در صنايع کاربرد دارد:
به عنوان حلال مواد در واکنشهاي شيميايي
به عنوان ماده انتقال دهنده حرارت از دماي زير صفر(آب نمک) تا دماي بخار آب
به عنوان ذخيره کننده انرژي
به عنوان ماده واسطه جهت خارج کردن مواد زائد
آب سنگين (D2O) مورد استفاده در نيروگاه ها به عنوان سپر محافظتي در برابر گرما و تشعشع
به عنوان ماده اي راحت وارزان جهت استاندارد ساختن دستگاههاي اندازه گيري دما، دانسيته و ويسکوزيته
به عنوان ماده اصلي براي مهار آتش به جز در موارد استثنايي مثل احتراق مواد نفتي
درعلم شيمي بسياري از فرآيندها مانند نمک زدايي، خشک کردن، تبخيرکردن، کريستاليزاسيون، اختلال رزين هاي تعويض يوني، جذب سطحي و غيره در تماس مستقيم با آب هستند.
وجود آلاينده هاي سمي در آبهاي سطحي و زيرزميني که منشأ آنها پساب صنايع مختلف و فاضلاب هاي خانگي مي باشند، نياز ضروري به تحقيقات گسترده براي تجزيه کامل آنها ويا دست کم کاهش مقدارشان و تبديل به مواد با سميت کمتررا آشکار مي سازد.
آلودگي آب در اثر مواد مختلف شيميايي، پساب واحدهاي صنعتي مختلف، يکي از تهديدهاي عمده‌ي محيط زيست بشمار مي‌رود و رفع آن يکي از چـالش‌هاي مهمي است کـه در زندگي امـروز انسان مطـرح است. فرآيندهاي فوتوکاتاليزوري به‌دليل توانايي حذف گونه‌هاي آلاينده‌ي موجود در سيال‌هاي گازي و آبي توجه بسياري را به خودجلبکرده‌اند.ترکيب نور فرابنفش يا مرئي با فرآيندهاي اکسيداسيون مي‌تواند باکتري‌ها و ترکيبات آلي حل شده را از محلولحذفکند.از سال 1970 گزارشهاي متعددي درباره فوتوکاتاليست ها براي حذف آلودگي ها ارائه شده است.
امروزه موفقيت هايي در ساخت سيستم هاي پاک سازي کاربردي براي فاضلاب کشاورزي و خاک هاي آلوده به وسيله ترکيبات آلي فرار، بدست آمده است. اين سيستم ها بر پايه فوتوکاتاليست و فقط استفاده از نور خورشيد بنا شده است. حذف آلودگي هاي صنايع پتروشيمي و پساب هاي صنعتي يکي ديگر از معضلات جامعه امروزي است. اين معضل را مي توان با ساخت پلات هاي بزرگ و داراي روکش و تنها با استفاده از نور خورشيد به آساني به آب و دي اکسيد کربن تبديل کرد.
2-5-1 آلودگيناشيازرنگها
توليدواعمالرنگهاانتشاربسياريازموادآلايندهمحيطزيستراموجبميشود. اينآلايندههابطوركلي
شاملمواردزيرميباشند:
حلالها- پايهرنگها- رنگدانههااكثرموادتشكيلدهندهرنگهاتاحديسميوآلودگيزاهستند. همهرنگهابجزرنگهايپايهآبيقابلاشتعالميباشند.برخيكاملاسميبودهوبعضيفقطبهموجوداتزندهآسيب
ميرسانند.
2-5-2 آلودگيناشيازحلالها
حلالهامايعاتفراريهستندكهبرايحلكردنرزينبهرنگافزودهميشوندو يكآلايندهمحيطزيستبحسابميآيند.پراستفادهترينحلالهادرزمينهرنگهاهيدروكربنهايكلردارهستند. همينپخترنگها،آزادسازيوانتشارمواديهمچوناسيدهايچربوگليسيرينه،فنلها،آلدييدها،كيتونها،ترپينهارادرپيداردكههركدامبهنوبهخوداثراتقابلملاحظهايرويروالعاديچرخهطبيعتوموجوداتزندهدارند.
درحالحاضردرصدبسياربالاييازرنگهايمورداستفادهدرصنعتبرپايهحلالهايآليميباشند. اين
نوعرزينهابهميزانزياديدررنگهايصنعتيمورداستفادهقرارميگيرند.
2-6 نانوتكنولوژي در صنعت آب
مفهوم نانوفناوري به حدي گسترده است که بخش هاي مختلف علوم و فناوري را تحت تأثير خود قرار داده و در عرصه هاي مختلف از جمله محيط زيست کاربردهاي وسيعي يافته است. در آغاز قرن بيست و يکم دانشمندان تمرکز خود را ، بر روي فن آوري نوينيبنام(فناوري نانو ) معطوف کردند . اين فناوري براي اولين بار حدود چهل سال پيش مطرح شد. استفاده از اين فناوري نوين در راستاي کاهش اثرات سوءآلودگيهاي زيست محيطي، بعنوان يکي از راهکارهاي مديريتي مطرح مي‌باشد.
يکي از مواردي که اين فناوري کاربرد خود را متبلور مي‌نمايد در ارتباط با منابع آب مي‌باشد که در نظر گرفتنچالشهاي پيش رو ضرورت استفاده از آن را پر رنگ تر نموده است.
در اين مطلب برخي کاربرد‌هاي فناوري نانو در صنعت آب اشاره شده است. فناوري نانو طي مدت کوتاهي که از ظهور آن مي گذرد کاربردهاي مختلفي در صنايع گوناگون يافته است. در نتيجه صنعت آب، بعنوان يکي از پايه‌هاي حيات از اين مسئله مستثني نيست و در بخش هاي مختلف آن، شامل ساخت سدها، حفاظت خطوط لوله انتقال آب، تصفيه آب و پساب، شيرين سازي آب و غيره، فناوري نانو کاربرد يافته است.امروزه در جهان بسياري از مردم به دلايل بلاهاي طبيعي، جنگ و زير ساختهاي ضعيف خالص سازي آب، به آب بهداشتي دسترسي ندارند. حدود يک ميليارد نفر به منابع آبي دسترسي ندارند. روزانه‌5000 کودک به علت مبتلا شدن به امراض ناشي از مصرف آب غير بهداشتي مي‌ميرند. تمام تلاش محققين اين است که با کمک روشها و فناوري هاي جديد بتوانند اين مشکلات را کاهش دهند. يکي از اين فناوري ها، فناوري نانو است]7 .[
در مجموع کاربردهاي متعددي را مي‌توان در زمينه استفاده از فناوري نانو متصور بود که اهم آنها در ذيل آمدهاست: 1-استفاده از ذرات نانوساختار در تصفيه آلاينده ها
2- استفاده از نانوذرات در تصفيه پساب ها
3-نمکزدايي از آب
4-نانوپوشش ها
5-نانولوله‌هاي جاذب گازهاي سمي
6-نانوپليمرهاي متخلخل
7-رنگ زدايي از آب آشاميدني
8-نانوفيلترها
9-حذف آرسنيک موجود در آب با استفاده از فناوري نانو
فناوري نانو با روشهاي زير مي‌تواند در تهيه آب تميز کمک کند :
1. نانومواد براي بهبود کارايي فرآيندهاي فوتوکاتاليستي و شيميايي
2. روشهاي سازگار با محيط زيست جهت تصفيه آب هاي زير زميني به وسيله اجزاي معدني و آلي
3. غشاهاي فيلتراسيون نانومتري به منظور افزايش بازيابي آب
4. نانوحسگرهاي زيستي جهت تشخيص سريع آلودگي آب


دیدگاهتان را بنویسید