1-5-2 غلظت7
1-5-3 دما7
1-5-4 نوع ماده جذب شده و جاذب7
1-5-5 حالت ماده جذب شده و جاذب7
1-6ذغال‌هاي رنگ بر7
1-7کربن فعال8
1-8روش‌هاي فعالسازي9
1-8-1روش فعالسازي فيزيکي9
1-8-2روش فعالسازي شيميايي:10
1-9تئوري رنگ‌ها و جذب رنگ12
1-10اساس کار دستگاه اسپکتروسکوپ‏13
1-10-1اسپكتروفتومتر نور مرئي13
1-10-2اجزاء دستگاه ‏13
1-10-3طرز تعيين غلظت يك ماده توسط اسپكتروفتومتر15
1-11رنگ‌ها و خواص آن‌ها16
1-11-1 رنگ‌هاي اسيدي يا آنيوني16
1-11-2رنگ‌هاي بازي يا کاتيوني16
1-11-3 رنگ‌هاي خنثي17
1-12ايزوترم‌هاي جذب18
1-12-1ايزوترم فرندليچ18
1-12-2مدل‌ايزوترم لانگمير19
1-12-3مدل‌ايزوترم BET20
1-12-4 مدل‌ايزوترم دوبين-رادوشکويچ21
1-12-5 ايزوترم تمکين22
1-12-6مدل‌ايزوترم توس22
1-12-7مدل‌ايزوترم سيپز22
1-12-7رادکه-پراودنيتز23
1-13تخمين پارامترهاي‌ايزوترم جذب با استفاده از خطي‌سازي:23
1-14تصـفيـه آب24
1-15جذب سطحي24
1-16کاربرد‌هاي فرآيند جذب سطحي در صنعت تصفيه آب26
1-17اهداف تحقيق27
فصل دوم: مروري بر سوابق مطالعاتي و پژوهشي29
2-1مروري بر تحقيقات انجام شده در حذف آلاينده، بخصوص رنگ‌ها از محيط‌هاي آبي29
2-2 انواع جاذب‌ها30
2-2-1 استفاده از جاذب‌هاي سنتزي30
2-2-2 استفاده از جاذب‌هاي طبيعي31
2-3حذف رنگ‌هاي کاتيوني و آنيوني32
2-4روش‌هاي تبديل مواد به جاذب کربني34
2-5 نانوبيوکامپوزيت سلولز باکتريايي/سيليکا جايگزين سلولزهاي گياهي38
2-6 استفاده از جاذب‌هاي گياهي و ارزان قيمت به جاي جاذب‌هاي گران39
فصل سوم: مواد و روش‌ها41
3-1 جاذب به کار رفته براي جذب در‌اين تحقيق41
3-2 ترکيبات شيميايي42
3-3 فرمول شيميايي آلاينده‌ي رنگي به کار رفته42
3-4 شکل مولکولي43
3-5نانو فيبر سلولز43
3-6شرايط آزمايشگاه :45
3-7 تجهيزات و دستگاه‌ها46
3-8 مواد لازم46
3-9 روش آماده‌سازي جاذب48
3-9-1 تهيه‌ي جاذب و مش بندي آن48

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

3-9-2تهيه جاذب خاکشير در ابعاد نانو با استفاده از آسياب فوق ريز کننده‌ي ديسکي48
3-10تهيه‌ي محلول رنگ به عنوان پساب رنگي49
3-11مراحل بهينه‌کردن جذب50
3-12بررسي‌هاي جاذب به کار رفته50
3-13-1 شکل شناسي ذرات(ريخت شناسي)50
3-13-2بررسي گونه‌هاي موجود در ساختار با استفاده از آزمون FTIR51
3-13-3روش جداسازي رنگ بريليانت‌گرين51
3-13-4روش تعيين غلظت رنگ در محيط آبي52
3-13روش محاسبه‌ي ميزان حذف53
3-14بررسي و تعيين‌ايزوترم يا‌ايزوترم‌هاي جذبي حاکم بر فرآيند جذب54
3-15بررسي سنتيک جذب54
3-16-1مدل سنتيک شبه درجه اول54
3-16-2مدل سنتيک شبه درجه دوم55
3-16-3مدل سنتيک نفوذ درون ذره‌اي56
3-16-4مدل سنتيک بنگهام56
فصل چهارم: نتايج آزمايشگاهي57
4-1 بهينه‌کردن جاذب57
4-1-1 انتخاب pH بهينه57
4-1-2زمان تماس59
4-1-3 مقدار گرم جاذب(دُز جاذب)60
4-1-4غلظت اوليه‌ي محلول62
4-1-5بررسي دما63
4-1-6دور همزن64
4-1-7اسيدي‌کردن جاذب65
4-1-8 تأثير اندازه جاذب بر ميزان حذف66
4-2 ايزوترم‌هاي حاکم بر فرآيند جذب67
4-2-1مدل فرندليچ67
4-2-2مدل‌ايزوترم لانگمير68
4-2-3 ايزوترم تمکين70
4-2-4نانوژل و جداسازي آن از محيط آبي پس از فرآيند حذف71
4-3شکل‌‌شناسي (شکل‌شناسي يا ريخت‌شناسي جاذب)72
4-4آزمايش FTIR براي بررسي گونه‌هاي موجود در ساختمان شيميايي جاذب78
4-5 تخمين پارامتر‌هاي ترموديناميکي82
4-5-1مدل سنتيک شبه درجه اول82
4-5-2 مدل سنتيک شبه درجه دوم82
4-5-3 مدل نفوذ درون ذره‌اي83
4-5-4 مدل بنگهام84
4-6مقايسه جداسازي رنگ بريليانت‌گرين از محلول آبي با استفاده از جاذب‌هاي مشابه با شرايط يکسان86
4-7 بررسي مقاومت‌هاي انتقال جرم87
فصل پنجم: نتيجه‌‌گيري و پيشنهادات90
5-1 نتيجه‌گيري90
5-2 پيشنهادت92
مراجع:93
پيوست 1. فهرست اسامي‌لاتين100
پيوست 2. کاليبراسيون دستگاه اسپکتروفوتومتر103
پيوست 3. شبيه سازي جذب104
پيوست 4. گرماي جذب و تغييرات انرژي آزاد گيبس و تغييرات آنتروپي105

فهرست جداول
جدول 1- 1. رنگ‌هاي به کار رفته در آزمايشگاه محيط‌هاي متخلخل براي آزمايش‌هاي اوليه جذب18
جدول 1- 2. پارامترهاي‌ايزوترم فرندليچ19
جدول 1- 3. پارامترهاي‌ايزوترم لانگمير20
جدول 1- 4. مشخصات فيزيکي و شيميايي آب آشاميدني که سازمان استاندارد تعيين کرده است27
جدول 2- 1. حداکثر جذب رنگ متيلن بلو توسط جاذب‌هاي ارزان قيمت و پسماند کشاورزي33
جدول 2- 2. حداکثر جذب رنگ بريليانت‌گرين توسط جاذب‌هاي ارزان قيمت در طبيعت و مواد پسماند کشاورزي34
جدول 2- 3. خلاصه اي از روش‌هاي ساخت جاذب کربني با فعال ساز‌هاي متفاوت36
جدول 3- 1. مشخصات رنگ بريليانت‌گرين43
جدول 3- 2. مشخصات دستگاههاي مورد استفاده46
جدول 3- 3. اسامي‌و مشخصات مواد مورد استفاده47
جدول 3- 4. جدول رنگ‌ها و طول موج‌هاي حداکثر مربوط به هر رنگ47
جدول 3- 5. مقدار جذب به ازاي غلظت‌هاي مختلف رنگ براي بدست آوردن نمودار کاليبراسيون52
جدول 4- 1. پارامتر‌ايزوترم‌هاي بررسي شده براي جاذب مورد استفاده در دوشکل71
جدول 4- 2. مدل‌هاي سنتيکي فرآيند جذب86
فهرست اشکال
شکل 1- 1. نمودار خوشه اي براي دسته بندي کليه‌ي پساب‌هاي آبي2
شکل 1- 2. دياگرام تبديل خوراک خام و خط توليد جاذب‌هاي گرانولي10
شکل 1- 3. دستگاه اسپکتروسکوپ ساخته شده براي گازها15
شکل 1- 4. دستگاه اسپکتروفوتومتر UNICO مدل 210015
شکل 1- 5.‌ايزوترم BET.20
شکل 2- 1. نمودار مربوط به جاذب‌هاي به کار رفته براي حذف رنگ متيلن بلو33
شکل 2- 2. نمودار مقايسه‌ي قدرت جذب و حذف رنگ بريليانت‌گرين توسط جاذب‌هاي مختلف ارزان قيم35
شکل 2- 3. مراحل فعالسازي مواد براي توليد جاذب با تخلخل بالا37
شکل 2- 4. مقايسه هزينه‌ي تمام شده‌ي انواع جاذب‌ها40
شکل 3- 1. ساقه‌هاي خشک شده‌ي گياه در طبيعت41
شکل 3- 2. گياه خاکشير به صورت سبز،‌تر و قبل از خشک شدن در طبيعت42
شکل 3- 3. لوزي مشخصات‌ايمني براي رنگ بريليانت‌گرين (استاندار NFPA)43
شکل 3- 4. ساختار شيميايي رنگ بريليانت‌گرين43
شکل 3- 5. تبديل فيبر سلولز آلفا به نانوژل سلولز44
شکل 3- 6. توزيع ذرات در نانو فيبر سلولز تبديل شده توسط شرکت دانش بنيان نانو نوين پليمر45
شکل 3- 7 . نمودار کاليبراسيون دستگاه اسپکتروسکوپ ‌(کاليبراسيون بعد از 3ساعت استفاده از همزن براي براي53
شکل 4- 1. اثر تغيير PH بر روي حذف رنگ بريليانت‌گرين با استفاده از جاذب ( 0.3گرم جاذب و 3گرم 58
شکل 4- 2. مقايسه بهينه‌سازي زمان تماس60
شکل 4- 3. مقايسه بهينه‌سازي گرم جاذب(داده‌هاي مقادير جرمي‌جاذب خاکشير به شکل دوم 10 برابر شده است)61

شکل 4- 4. اثر تغيير ميزان غلظت رنگ بريليانت‌گرين بر روي درصد جداسازي رنگ63
شکل 4- 5. بررسي تأثير دما بر روي ميزان حذف64
شکل 4- 6. تأثير دور همزن بر حذف رنگ65
شکل 4- 7. مقايسه قابليت جذب شکل دوم جاذب با ارتقاء توسط اسيدي‌کردن با اسيد کلريدريک 1مولار66
شکل 4- 8. اثر اندازه ذرات جاذب بر حذف67
شکل 4- 10. مدل لانگمير براي دو شکل جاذب مورد بررسي69
شکل 4- 11. مدل تمکين71
شکل 4- 12. تصوير ميکروسکوپ الکتروني نمونه‌ي جاذب به کار رفته با بزرگنمايي 1000برابر72
شکل 4- 13. تصوير ميکروسکوپ الکتروني نمونه‌ي جاذب به کار رفته با بزرگنمايي 10هزار برابر73
شکل 4- 14. تصوير ميکروسکوپ الکتروني مربوط به جاذب، با بزرگ نمايي1.5K73
شکل 4- 15 . تصوير ميکروسکوپ الکتروني عبوري(TEM) مربوط به نانو ساختار جاذب نانوژل با بزرگ نماييK3074
شکل 4- 16. مدل ليگنين و سلول گياهي که دسترسي به سلولز سخت مي‌باشد74
شکل 4- 17. الياف سلولزي که به صورت منظم در کنار هم قرار گرفته‌اند با بزرگ نمايي2.5K75
شکل 4- 18. الياف سلولزي که به صورت منظم و همچون پارچه بافته شده در کنار هم قرار گرفته‌اند با بزرگ نمايي6K76
شکل 4- 19. تصوير ميکروسکوپ الکتروني جاذب نوع اول، بعد از ازاينکه توسط ماده افزودني اسيد کلريدريک 1مولار و زمان ماند 1 ساعت به همراه همزن مغناطيسي با دور RPM 360 خوابانده شد، با بزرگ نمايي 350 برابر76
شکل 4- 20. تصوير ميکروسکوپ الکتروني جاذب نوع اول، بعد از ازاينکه توسط ماده افزودني اسيد کلريدريک77
شکل 4- 26. برازش داده‌ها براي مدل سنتيک مدل شبه درجه دوم.83
شکل 4- 27. برازش مدل درون ذره اي به عنوان سنتيک جذب دو شکل از جاذب84
شکل 4- 28. برازش داده‌هاي آزمايش براي مدل سنتيک بنگهام85
شکل 4- 29. نمودار مقايسه‌ي قدرت جذب و حذف رنگ بريليانت‌گرين توسط جاذب‌هاي مختلف ارزان قيمت 87
شکل 4- 30) نمودار مقاومت هاي انتقال جرم در يک سيستم شامل جامد و انتقال جرم از مايع به داخل جامد88
شکل 4- 31) نفوذ غير مداوم در سيستم هاي جامد در سيتم مختصاتي مختلف89
فهرست علائم و اختصارات
The quantity of dye adsorbed at equilibrium(mg /gميزان ميلي‌گرم جذب شده از ماده‌ي آلاينده به ازاي واحد جرم جاذب در شرايط تعادل مي‌باشد(mg/g)The dye concentration at equilibriumغلظت تعادلي آلاينده (mg/l)Amount of dye adsorbed at time t_infinity (mg/g)مقدار ميلي‌گرم جذب شده مورد نياز براي ظرفيت تک لايه اي به ازاي واحد جرم جاذب (mg/g) Temkin constant related to adsorption heatbمربوط به انرژي اتصال است(mg/1)time (min)tزمان برحسب دقيقهAmount of dye adsorbed at time t(mg/g)ميزان ميلي‌گرم جذب شده از ماده‌ي آلاينده به ازاي واحد جرم جاذب در زمان تماسt مي‌باشد(mg/g) is the adsorption rate constantkfثابت سرعت مرتبه‌ي اول1/min rate constant of second-order equationksثابت سرعت مرتبه‌ي دوم gr /( mg. min)The initial sorption rate, h (mg/g.min)h نرخ سرعت جذب اوليه mg/(g.min)Part per millionppm يک قسمت در يک ميليون قسمتK, TemperatureTدما بر حسب کلوين(K)
فصل اول: مقدمه و تئوري تحقيق

1-1 مقدمه
در چند سال اخير، توسعه‌ي پايدار و توجه به نسل‌اينده، باعث شده‌است تا محققان بر روي روش‌هايي کار کنند که به کمک آن‌ها تخريب‌هاي زيست محيطي را کاهش داده و گسترش آلودگي‌ها کمتر شود، اما هرچه صنايع گسترده‌تر و بزرگتر مي‌شوند، آلودگي‌هاي ناشي از فعاليت آن‌ها محيط‌‌زيست را بيشتر تهديد مي‌کند.
رنگ‌ها يک دسته مهم از آلاينده‌ها مي‌باشند که مي‌تو‌اند توسط چشم انسان تشخيص داده‌شوند. هرچند که ادر منابع آب با ارزش بايد اجتناب شود، با‌اين حال، براي حل‌اين مشکل فن آوري‌هاي مختلف و فرآيندهاي مختلفي به کار برده مي‌شوند. با‌اين حال در ميان روش‌هاي مختلفي که براي حذف رنگ وجود دارد، جذب سطحي جايگاه برجسته اي به خود گرفته‌است. تقاضا براي روش‌هاي کارآمد و کم هزينه براي جذب در حال رشد است و اهميت جاذب‌هاي ارزان قيمت2 براي جايگزيني با جاذب‌هاي گران را افزايش داده‌است[1].
بررسي‌هاي جامع بر ادبيات کارهاي گذشته نشان مي‌دهد که جاذب‌هاي ارزان قيمت علاوه بر‌اينکه در دسترس بايد باشند، بايستي ظرفيت جذب بالايي را نيز از خود نشان‌دهند. در کارهاي گذشته بر شرايط بهينه‌ي جذب و نوع ماده‌ي جذب شده و شرايط محيط‌هاي مناسب براي جذب و قابليت تبديل شدن جاذب مورد نظر به کربن فعال، مورد بحث و بررسي قرار گرفته‌است[1].
انتشار آلودگي‌هاي رنگي به داخل آب‌هاي سطحي و زير زميني نيز مشکلات عمده اي بوجود آورده‌است. صنايع نساجي، مسئول رهاسازي رنگ‌هاي گوناگون به داخل منابع طبيعي آب‌ها هستند، دليل آن را مي‌توان در نبود بازدهي
کافي در تکنيک‌هاي رنگ رزي دانست. بيش از 15% رنگ‌ها ممکن است موقع استفاده از رنگ‌هاي واکنشي مستقيما وارد آب شوند[2].
در عمليات جذب سطحي انتقال يک جزء از فاز گاز يا مايع به سطح جامد صورت مي‌گيرد. از کاربرد‌هاي‌اين فرايند مي‌توان به رنگبري شربت قند و تصفيه روغن‌هاي صنعتي يا خوراکي و حذف مواد آلاينده از هوا يا مخلوط گازهاي ديگر اشاره کرد. شکل 1-1. نمودار خوشه اي تقسيم بندي کلي مواد آلاينده را نشان مي‌دهد.
روغن پساب‌هاي خاممواد نفتي 99.9%0.1%حلال‌هارنگ‌هاي آليآليمايعجامدمحلول‌هاي نمک دارغيرآلي70%30%انواع اسيد وانواع بازهاآليغيرآليمايعات شامل يون رنگ65%25%10%پروتئين‌هاکربوهيدرات‌هاچربي‌هاشننمک‌هافلزاتشکل 1- 1. نمودار خوشه اي براي دسته بندي کليه‌ي پساب‌هاي آبي

واژه جذب سطحي براي تشريح‌اين حقيقت بکار مي‌رود که غلظت مولکول‌هاي جذب شده در سطح تماس جامد بيشتر از فاز گاز يا محلول است. جذب روي يک سطح جامد به علت نيروي جاذبه اتم‌ها يا مولکول‌ها در سطح آن جامد است. در عمل جذب سطحي نيروهاي مختلفي اعم از فيزيکي و شيميايي مؤثرند و مقدار آن بستگي به طبيعت ماده جذب شده و جسم جاذب دارد و به‌اين دليل مي‌توان مثلا ماده اي را که در يک مخلوط وجود دارد جدا نمود[3, 4].
چند مثال که در ادامه بيان شده‌، نمايانگر طبيعت عمومي‌جداسازي‌ها خواهد بود و کاربرد‌هاي اصلي آن را نشان مي‌دهد. در حالت جداسازي‌هاي گازي از فرايند جذب، در رطوبت زدائي‌ها هواي خشک و ديگر گازها، بوزدائي و جداسازي ناخالصي‌ها از گازهاي صنعتي مثل دي اکسيد کربن، بازيابي حلال‌هاي پر ارزش از محلول رقيق آن‌ها با هوا يا گاز‌هاي ديگر، و جداسازي مخلوطي از هيدرو کربن‌هاي گازي مانند مخلوطي از متان، اتيلن، اتان، پروپيلن و پروپان استفاده مي‌شود[5].
از فرايند‌هاي جداسازي مايع مي‌توان رطوبت زدائي بنزين، رنگ زدائي محصولات نفتي و محلول‌هاي آبکي قندي، بوزدائي و طعم زدائي آب، و جداسازي هيدرو کربن‌هاي آروماتيکي و پارافيني، را نام برد که هر کدام از‌اين موارد در صنعت کاربرد وسيعي داشته و بنا به مورد و شرايط محدوده کاري از آن استفاده مي‌شود. علاوه بر موارد ذکر شده، جذب رنگ در صنايع مختلفي جزو فرآيند‌هاي مطلوب بوده‌که کارهايي نيز در جهت افزايش انتقال رنگ از فاز محلول به سلولز انجام شده، از جمله‌ي کاربرد‌هاي‌اين فرآيند در توليد کاغذهاي رنگي و صنايع نساجي مي‌توان اشاره کرد[6].
اين عمليات‌ها همه از‌اين جهت مشابه هستند که در آن‌ها مخلوطي که بايد تفکيک شود با يک فاز نامحلول ديگر تماس حاصل مي‌نمايد (مانند جذب جامد) و پخش نامساوي مواد اوليه بين فاز جذب شده روي سطح جامد و توده سيال موجب جداسازي مي‌شود[7].
1-2 انواع جذب
دو مکانيزم اصلي براي جذب سطحي وجود دارد[5]:
1) جذب فيزيکي يا واندوالس
2) جذب شيميايي
در جذب فيزيکي به دليل نيروهاي جاذبه‌ي بين مولکولي جامد و ماده‌ي جذب شده يک پديده‌ي برگشت پذير رخ مي‌دهد.‌اين حالت تراکم با توليد حرارت همراه است که کمي‌بيش از حرارت نهان تبخير و در حدود حرارت تصعيد گاز مي‌باشد. ماده‌ي جذب شده در کريستال و شبکه‌ي کريستالي جامد نفوذ نمي‌کند. و در آن حل نمي‌شود، بلکه در سطح باقي مي‌ماند. در حالت کلي، در تعادل، فشار جزئي ماده جذب شده برابر با فشار فاز گاز تماس يافته با آن است و باکاهش فشار فاز گازي يا با افزايش دما، گاز جذب شده به راحتي دفع و از سطح بدون تغيير شکل جدا مي‌شود. برگشت پذيري در‌اين نوع عمليات جذب در صنعت بسيار مهم است، زيرا بازيابي جاذب‌هاي ساخته شده به دليل صرفه جويي اقتصادي بسيار حائز اهميت است، نمونه اي از‌اين فرآيند‌ها را مي‌توان فرآيند PSA دانست که در آن بايستي جاذب را براي مصرف مجدد بازيابي کرد.
جذب شيميايي؛‌اين نوع جذب، نتيجه‌ي فعل و انفعالات شيميايي جامد و ماده جذب شده‌است. نيروهاي چسبندگي معمولاً بيشتر از آن چيزي است که در جذب فيزيکي وجود دارد. حرارت آزاد شده در عمل جذب شيميايي معمولاً زياد و در حدود يک واکنش شيميايي است، براي يک ماده ممکن است که جذب فيزيکي و در دماي زياد‌، جذب شيميايي مشاهده شود. جذب شيميايي در کاتاليزورها مهم است.
1-3 طبيعت جاذب‌ها
جاذب‌ها بايستي خواص مهندسي شده‌ي خود را داشته باشند که از جمله‌ي‌اين خواص، مي‌توان به موارد زير اشاره کرد:
* نبايد اختلاف فشار زيادي‌ايجاد کنند
* نبايد به همراه مواد از بستر خارج شوند
* مقاومت سختي خوبي داشته باشند
* بخواهيم در ظروف نگهداري و خارج کنيم، براحتي جريان پيدا کنند.
1-4 جاذب‌ها
جامدي که بر روي سطح آن جذب اتفاق مي‌افتد جاذب3 مي‌نامند. ماده‌ي جذب شده را مجذوب4 مي‌نامند. جذب سطحي بر روي سطح مشترک جامد مايع به وقوع مي‌پيوندد[8].
جامد‌هاي جاذب معمولا به شکل گرانول (ذرات کروي شکل با قطر چند ميليمتر) مصرف مي‌شوند و اندازه آن‌ها از 12 ميليمتر قطر تا 50 ميکرومتر متغير است[5, 9]. به تازگي استفاده از نانو تکنولوژي سبب گرديده که حتي ابعاد نانو نيز به تسخير روش‌ها و فناوري‌هاي کاربردي براي جذب در آمده و استفاده از آن رونق يابد. از جمله‌ي‌اين دسته از جاذب‌ها مي‌توان به نانو پليمرهاي زيستي و سطوح با ابعاد نانوساختار اشاره کرد.
همان طور که اشاره شد، جامد‌ها بايد بر اساس کاربرد و موقعيت مصرف داراي بعضي خواص مهندسي باشند. براي مثال اگر از آن‌ها در يک بستر ثابت با جريان گاز يا مايع استفاده مي‌شود، نبايد اختلاف فشار زيادي‌ايجاد کنند و همچنين نبايد توسط جريان سيال به خارج حمل شوند. آن‌ها بايد از مقاومت و سختي خوبي برخوردار باشند تا در اثر حمل و نقل و همچنين در اثر وزن خود در بستر خرد نشوند. در صورتي که بخواهيم آن‌ها را از ظروف نگهداري به داخل و خارج انتقال دهيم، بايد به راحتي جريان پيدا کنند.‌اين‌ها خواصي هستند که به راحتي شناخته مي‌شوند[5, 10].
خاصيت جذب جامد‌ها يک مسأله ديگر است. جذب يک پديده عمومي‌است و تمام جامد‌ها، مقداري از گاز‌ها و بخارات را جذب مي‌کنند. ولي در اهداف صنعتي تنها بعضي جامدات ظرفيت جذب لازم را دارند. پس جامداتي که داراي خاصيت جذب بسيار ويژه اي هستند و به مقدرا زياد جذب انجام مي‌دهند، طبيعت شيميايي آن‌ها با خواص جذب رابطه دارد. ولي صرف شناسايي شيميايي، براي مفيد بودن آن کافي نيست. براي مثال استخراج، تمام نمونه‌هاي خالص بوتيل استات که اسيد استيک را از آب استخراج مي‌نمايند داراي قدرت يکسان هستند.‌اين حالت براي خواص جذبي سيليکاژل نسبت به بخار آب صادق نيست.‌اين خواص جذبي بيشتر بستگي به روش ساخت ماده و دسترسي و سطح تماس جذب‌شونده و جاذب و سابقه جذب و دفع مواد روي آن دارد.
برخي از فرآيندهاي جذب همراه با واکنش شيميايي است، به طوري که به دليل واکنش، جذب سريع‌تر اتفاق مي‌افتد و خود به خودي مي‌باشد، از‌اين نوع جذب‌ها مي‌توان به جذب رنگ دي آزو بر روي بنتونيت اشاره کرد[11]. در‌اين گونه فرآيندها گرماي جذب به محيط داده‌شده و حتي خود جاذب دمايش افزايش پيدا کرده و فرآيند جذب را تحت تأثير قرار مي‌دهد. بسياري از جامدات‌اين خاصيت را دارند که بتوانند مقداري گاز يا ماده حل شده در حلالي را، جذب نمايند.
1-5 عوامل تأثيرگذار بر روي قدرت جذب يک جاذب
1-5-1 سطح تماس
يکي از مهم‌ترين پارامترهاي جذب، سطح تماس دو گونه‌ي جذب‌شونده و جاذب مي‌باشد. با افزايش سطح تماس مقدار جذب افزايش مي‌يابد، بهترين جذب کننده‌ها موادي هستند که ذرات ريزتري داشته باشند و به عبارت ديگر سطح تماس بيشتر داشته باشند. در دهه‌هاي اخير مبحث نانو و جاذب‌هاي نانو ساختار پا به عرصه‌ي تکنولوژي‌هاي کاربردي گذاشته که با وجود پيشرفت‌هاي حاصله، هنوز تأييدات‌ايمني و بهداشتي درباره‌ي‌اين مواد در‌‌هاله اي از ابهام قرار دارد. به همين خاطر در اکثر تحقيقات به‌اين اشاره شده که کاربرد نانو تکنولوژي در تجهيزاتي که در تماس مستقيم با پوست و بدن انسان ندارد بلامانع است(مانند تجهيزات سرچاهي و کاربردهاي حفاري چاه‌هاي نفتي در زمينه‌ي ازدياد برداشت).
متناسب بودن ابعاد سطحي جذب‌شونده و جاذب از الزامات جذب مي‌باشد، در غير‌اين صورت فرآيند‌ غير‌بهينه خواهد بود. به عنوان مثال: براي جذب ذرات در محدوده‌ي 100ميکرومتر، استفاده از سيال نانو ساختار نامعقول خواهد بود. از جمله‌ي مهمترين جاذب‌هاي رايج مي‌توان به :
1. خاک‌هاي رس5،
2. خاک‌هاي فعال شده6،
3. بوکسيت7،
4. آلومين8،
5. ذغال استخوان9،
6. ذغال‌هاي رنگ بر10،
7. ذغال جاذب گاز،
8. ذغال فعال شده غربال مولکولي11،
غربال‌هاي مولکولي بايستي سوراخ‌هاي 5 انگستروم تا 5.5 انگستروم داشته باشند، به طوري که هيدروکربن‌هاي پارافيني را عبور دهند و هيدروکربن‌هاي‌ايزوپارافيني را عبور ندهند.
9. جاذب‌هاي سنتزي پليمري مصنوعي12،
10. جاذب‌هاي سيليکاژل13،
11. غربال‌هاي مولکولي14،
12. سيليس،
را نام برد. که هر کدام با توجه به نوع ماده‌ي جذب‌شونده و تمهيدات اقتصادي مي‌توانند انتخاب شوند.
1-5-2 غلظت
مقدار ماده جذب شده براي واحد جرم جذب کننده تابعي از غلظت ماده حل شده مي‌باشد. معمولاً‌اين کميت را به صورت ميلي‌گرم ماده‌ي جذب شده به ازاي گرم جاذب گزارش مي‌کنند. بررسي‌اين دو کميت در دماي ثابت منجر به بدست‌آوردن کميت‌ايزوترم جذب سطحي مي‌شود.‌اين‌ايزوترم‌ها توسط افراد مختلفي بررسي‌شده‌است که از جمله مهمترين آن‌ها مي‌توان به‌ايزوترم‌هاي فرندليچ،‌ايزوترم تمکين،‌ايزوترم لانگمير،‌ايزوترم دوبين-رادوشکويچ،‌ايزوترم توس،‌ايزوترم سيپز،‌ايزوترم بي اي تي اشاره کرد. در ادامه‌ي فصل1 هر کدام از‌اين‌ايزوترم‌ها را بررسي و معادلات حاکم را بيان خواهد شد.
1-5-3 دما
در بسياري از موارد، افزايش دما باعث کاهش جذب سطحي مي‌شود مگر در مواردي که جذب سطحي همراه با واکنش شيميايي باشد. در‌اين صورت دماي واکنش طبق اصل لوشاتليه طوري تأثير بر کل واکنش مي‌گذارد که کل سيستم به طرف تعادل پيش رود. به عبارت ديگر، با افزايش دما براي جذب هايي که گرماده مي باشند، جذب کاهش پيدا مي کند و براي فرآيندهايي که گرماگير هستند، با افزايش دما جذب افزايش پيدا مي کند.
1-5-4 نوع ماده جذب شده و جاذب
نوع ماده جذب شده و جاذب در جذب سطحي تأثير گذار است به طوري که بعضي از مواد جاذب قدرت جذب زياد نسبت به ماده حل شده به خصوصي از خود نشان مي‌دهند، در حالي که نسبت به ماده ديگر قدرت جذب کمتري دارند.
1-5-5 حالت ماده جذب شده و جاذب
حالت ماده جذب شده و جاذب، همراه بودن آن با واکنش شيميايي، برگشت‌پذير بودن و يا برگشت‌پذير نبودن واکنش آن‌ها نيز در جذب سطحي تأثير گذار است.
1-6 ذغال‌هاي رنگ بر
‌اين گونه از مواد، جاذب‌هايي با ظرفيت بالا و قيمت پايين بوده‌ و از جمله کاربرد‌هاي‌اين ماده در رنگبري است. امروزه ذغال‌هاي رنگ بر به شکل‌هاي مختلف ساخته مي‌شوند :
* مخلوط‌کردن مواد گياهي با مواد معدني مانند کلريد کلسيم، کربنيزه کردن، و شستشوي مواد معدني[12].
* مخلوط‌کردن مواد آلي مانند خاک اره با مواد متخلخل مثل سنگ آتشفشاني و حرارت دادن و کربنيزه‌کردن تا زماني که مواد کربني در سطح مواد متخلخل رسوب نمايند[13].
* کربنيزه‌کردن چوب، خاک اره، و مشابه آن و فعال‌سازي با هواي داغ يا بخار، ازليگنيت و ذغال بيتومينوس به عنوان مواد اولي استفاده مي‌شود[13].
* استفاده از اسيد‌ها براي فعال‌کردن جاذب‌هاي ارزان [14].
* استفاده از التراسونيک براي نشاندن ذرات جاذب بر روي پايه [15].
از‌اين مواد براي اهداف زيادي مانند رنگ زدائي محلول‌هاي شکر، مواد شيميايي صنعتي، داروها و مايعات خشک شوئي، تصفيه آب، تصفيه روغن‌هاي گياهي و حيواني، و در بازيابي طلا و نقره از محلول‌هاي سيانور حاصل از شستشوي سنگ معدن، استفاده مي‌شود.‌اين ماده گرانولي و سخت است و داراي تخلخل زيادي است و از ژل رسوب شده توسط واکنش بين اسيد و محلول سيليکات سديم بدست مي‌آيد. مقدار رطوبت آن قبل از استفاده از 4 تا 7 درصد متغير است و معمولا براي خشک‌کردن هوا و گازهاي ديگر، در ماسک‌هاي ضد گاز، و براي تفکيک هيدرو کربن‌ها بکار مي‌رود.‌اين ماده با تبخير‌ترکيب جذب شده براي مصرف مجدد آماده مي‌شود. وقتي که‌يک جاذب جامد در داخل يک مايع خالص غوطه‌ور مي‌شود،‌ايجاد حرارت مي‌کند که به نام حرارت خيس شدن معروف است و نشان‌دهنده جذب مايع است. اما غوطه‌ور‌سازي راه مؤثري براي اندازه‌گيري مقدار جذب نيست. تغيير حجم قابل ملاحظه اي براي اندازه‌گيري جذب شده رخ نمي‌دهد و بيرون آوردن و وزن‌کردن آن نيز تفاوت بين مايع جذب شده و مايع که به صورت همراه آمده را به دست نمي‌دهد.‌اين مسئله در جذب سطحي گازها وجود ندارد، و تغيير وزن جامد بر اثر جذب قابل اندازه‌گيري است.
1-7 کربن فعال
کربن فعال جاذبي است با ظرفيت بالا و قيمت پايين، از جمله کاربرد‌هاي‌اين ماده به رنگبري از فاز مايع است و رنگبري محلول شکر، تصفيه‌ي آب آشاميدني، تصفيه‌ي پساب و تصفيه‌ي فاز گازي و بازيافت حلال مي‌توان اشاره کرد. کربن‌هاي فعال به سه نوع کربن فعال پودري15، کربن فعال گرانولي16، کربن فعال فيبري17 تقسيم بندي مي‌شوند.
کربن فعال از پيروليز مواد گياهي حاوي کربن توليد مي‌شود و تحت عمليات فعالسازي قرار مي‌گيرد، پارامترهاي مهم براي کربن فعال:
* اندازه‌ي منافذ
* شکل ذرات
از جمله مزيت‌هاي کربن فعال، مي‌توان به موارد زير اشاره کرد:
* سطح تماس بالا
* ساختار منفذي شکل
* ظرفيت جذب بالا
* قابليت فعالسازي مجدد سطح
* قابليت استفاده شدن با مواد غير آلي به عنوان کاتاليست
علاوه بر چوب، موادي از قبيل هسته‌ي ميوه‌ها يا پليمرهاي مصنوعي از قبيل پلي اکرينونيتريل يافنوليک در مراحل بعدي تحت عمليات فعالسازي قرار مي‌گيرد.
پيروليز مواد کربني، بدون حضور هوا، باعث تخريب مولکول‌هاي غيرآلي مي‌شود که از حرارت دهي محصولي بدست مي‌آيد که در نهايت تبديل به ماده‌ي قيري شکل حاوي مواد گازدار مي‌شود و به جسم جامد کربني تبديل خواهد شد. جسم جامد توليد شده داراي حفره‌هاي فراوان و داراي سطح ويژه‌ي چندين مترمربع بر گرم خواهد بود.‌اين مقدار مي‌تو‌اند از m2/gr1500 تا m2/gr 2500 متغير باشد[5].
1-8 روش‌هاي فعالسازي
1-8-1 روش فعالسازي فيزيکي
در روش فعال‌سازي فيزيکي، ابتدا ماده‌ي خام در محيطي بدون حضور هوا، کربونيزه مي‌شود تا پايه‌ي اوليه‌ي کربن تشکيل شود. با‌اين شرايط‌ترکيبات سلولزي و پليمري موجود در ماده‌ي خام به ذغال تبديل شده و ماده‌ي خامي‌نظير ذغال سنگ، کليه‌ي‌ترکيبات فرار خود را از دست مي‌دهند، سپس پايه‌ي کربني بدست آمده در معرض يک عامل فعالساز گازي به همراه دماي همچون بخار آب داغ، دي اکسيدکربن، اکسيژن يا مخلوط‌اين‌ها قرار مي‌گيرد.‌اين مواد قادرند در دماي بالا با کربن(البته با بخشي از کربن) واکنش‌دهند و آن را به صورت گازي درآورند، بخشي از کربن از‌اين طريق مصرف مي‌شود و ساختاري تخلخل گونه‌اي‌ايجاد مي‌شود. به طور شماتيک دياگرام فعالسازي و توليد جاذب‌هاي گرانولي در شکل (1-2) نمايش داده‌ شده‌است.

شکل 1- 2. دياگرام تبديل خوراک خام و خط توليد جاذب‌هاي گرانولي
1-8-2 روش فعالسازي شيميايي:
يک روش تک مرحله اي است که براي توليد کربن فعال به کار مي‌رود.‌اين ماده‌ي فعال ساز مي‌تو‌اند مواد زير باشد.
* فلزات قليايي: (NaOH و KOH و‌ترکيبات فلزات گروه دوم مثل کربنات سديم و کربنات پتاسيم)
* اسيدها: مانند (اسيد فسفريک، اسيد سولفوريک، کلريد آلومينيم، کلريد روي)
تفاوت تخلخل‌هاي توليد‌ي در روش‌هاي فعالسازي فيزيکي و شيميايي در شکل حفرات مي‌باشد، به نحوي که در فعالسازي به روش فيزيکي شکل حفرات به صورت مخروطي است که قاعده‌ي آن در بالا قرار دارد[16]. شکل حفرات براي روش فعالسازي شيميايي به صورت بطري مي‌باشد.
از کلريد روي براي فعالسازي کربن استفاده مي‌شود،‌اين ماده به دليل داشتن خواصي همچون کاهش دماي لازم براي فعالسازي و افزايش سرعت آن ماده‌ي مناسبي براي فعالسازي به شمار مي‌رود. با توجه به توضيحات فوق، تا‌اينجا مي‌توان گفت که چگونگي تخلخل و ميزان آن به عوامل متعددي نظير موارد زير بستگي دارد[16, 17].
* نوع ماده‌ي خام اوليه که به کار مي‌رود،
* شرايط کربونيزاسيون،
* نوع عمل فعالساز،
* دما،
* زمان فعالسازي.
بعد از‌اينکه ماده‌ي فعالساز با ماده‌ي خام مخلوط شد، مخلوط حاصل در اتمسفر بي اثر در يک کوره حرارت مي‌بيند. نقش عامل فعال ساز مي‌تو‌اند به صورت زير بيان شود.
* حذف آب از ساختار ماده‌ي اوليه‌ي موجود،
* پائين آوردن دماي لازم براي کربونيزاسيون،
* ممانعت از تشکيل قطران در حين انجام فرآيند.
به عنوان مثال براي فعالسازي پوست گردو مي‌توان فرآيند زير را انجام داد، ابتدا پوست گردو را آماده کرده و بعد از دانه بندي و تبديل به ابعاد مناسب، با استفاده از‌ترکيب‌کردن و حرارت دادن طبق رويه‌ي خاص با مواد مناسب، به کربن فعال تبديل کرد. اسيد فسفريک و کلريد روي باعث افزايش تخلخل محصول نهايي مي‌شوند.
(پوست پسته‌، گردو، يا تفاله‌ي گياه شيرين بيان)
در حالت کلي موادي که مي‌توان به عنوان خوراک براي توليد کربن فعال استفاده کرد مي‌تون به سه دسته‌ي زير تقسيم کرد.
1. مواد خام رزيني: مانند چوب، خاک اره، هسته‌ي و پوست برخي ميوه‌ها مثل نارگيل، بادام، گردو، فندق، هسته‌ي زردآلو و موادي از‌اين نوع.
2. مواد خام کربني: نظير ذغال سنگ، کک و ذغال چوب.
3. مواد پليمري: شامل انواع پلاستيک و ضايعات پلاستيکي.
در انتخاب ماده‌ي خام مناسب براي تهيه‌ي کربن متخلل، چندين فاکتور را بايستي مد نظر قرار داد که از آن جمله مي‌توان به :
1. قابليت توليد کربن فعال با کيفيت بالا را داشته باشد.
2. مواد غيرآلي آن حداقل باشد،
3. هزينه‌ي پائين و موجود بودن به وفور و حجم زياد،
4. زياد بودن طول عمر ذخيره‌سازي،
5. استفاده از آن مواد اوليه عملي باشد.
1-9 تئوري رنگ‌ها و جذب رنگ
وقتي يك دسته امواج نوراني تكرنگ ازمحيطي وارد محيط يكنواخت ديگر مي‌شود، قسمتي ازآن منعكس و قسمتي جذب محيط دوم و قسمتي هم ازمحيط دوم خارج مي‌شود. رابطه بين شدت نور تابش و نور خارج شده از محيط، توسط لامبرت(Lambert) در سال 1760 به دست آمد.18 قانون بير يکي از قوانين اصلي در اپتيک است.‌اين قانون تجربي ارتباط شدت نور جذب شده در اثر عبور از ماده همگن بدون پراکندگي را با خصوصيات مواد بيان مي‌کند.‌اين قانون بطور کلي بصورت معادله‌ي 1-1 بيان مي‌شود:
(1- 1 که در آن شدت نور اوليه، I شدت نور عبوري و A مقدار جذب19 ماده‌است که بصورت معادله‌ي 1-2. تعريف مي‌شود:
(1- 2
که در آن a ضريب جذب ماده20، b ضخامت و c غلظت آن است.
بر طبق قانون لامبرتت، افت نسبي شدت نور، نسبت به ضخامت محيط جاذب نور با شدت نور تابش (I) متناسب مي‌باشد. چنانچه در رابطه متغيرها از يكديگر جدا و از آن در فاصله L=0(كه به‌شدت I0 و L=L سانتيمتر كه با شدت I) مطابقت دارد، انتگرال بگيريم، نتايج نشان مي‌دهد چه جزئي از نور تابيده‌شده ازمحيط جاذب، خارج شده كه آن را مقدار شدت عبور خوانده و به صورت T 21نمايش مي‌دهد. اغلب اوقات ميزان عبور را برحسب % عبور (T%) معرفي مي‌نمايند. (%T=100´T) لگاريتم اعشاري معكوس T و يا لگاريتم اعشاري آن را جذب مي‌خوانند.
تمام مطالب گفته شده منجر به ساخت دستگاهي به نام اسپکتروسکوپ شده‌است که وظيفه‌ي تاباندن پرتو نوري به نمونه‌ها و اندازه‌گيري ميزان جذب به شکل لگاريتمي‌را دارد. به عبارت ديگر خروجي دستگاه به شکل لگاريم مقدار عبور به شدت نور تابانده شده مي‌باشد.
1-10 اساس کار دستگاه اسپکتروسکوپ‏
اسپكتروفتومترها، تجهيزاتي است كه جذب يا عبور طول موج‌هاي مشخصي از انرژي تابشي (نور) از يك آناليت را در يك محلول تعيين مي‌كنند. به دليل تفاوت در تعداد و آرايش گروه‌ها، پيوندهاي دوگانه اتم‌هاي كربن در هر مولكول نور را در طول موج‌هاي خاص با الگوي طيف مشخص، جذب مي‌كند. بر اساس قانون بير – لامبرت22، مقدار نوري كه در اين طول موج مشخص جذب مي‌شود مستقيماً با غلظت آن نمونه شيميايي متناسب است. اسپكتروفتومترهاي مرئي و فرابنفش، رايج‌ترين دستگاه‌هاي جذب سنجي در مراكز تشخيصي و آزمايشگاهي است.‏
1-10-1 اسپكتروفتومتر نور مرئي
در آزمايشگاه‌ها، بخش گسترده اي از اندازه گيري‌ها بر اساس واكنش‌هاي جذب سنجي صورت مي‌پذيرد. فعاليت اكثر آنزيم‌ها، تري گليسيريد، كلسترول، ليپو پروتئين‌ها، قند، كراتينين، اوره و… طيف وسيعي از آناليت‌ها با كاربردهاي باليني و تحقيقاتي، طيف وسيعي از داروها و بخش گسترده‌اي از متابوليت‌ها با اسپكتروفتومتري قابل سنجش است. بررسي ساختمان مولكولي، شناسائي تركيبات، مقايسه ساختمان‌ها، يافتن طول موج ماكزيمم جذب و . . . از ديگر كاربردهاي اسپكتروفتومتري در مسائل تحقيقاتي است.‏
1-10-2 اجزاء دستگاه ‏
‏6 قسمت اصلي در ساختمان اسپكتروفتومترها وجود دارد كه عبارت است از:
1 منبع نور23‎
2 تكفام ساز ‏24
3 ‎متمركز كننده پرتو25
4 ‎محل نمونه26
5 ‎آشكارساز27
6 ‎دستگاه نمايش خروجي28
7 منبع نور29
دستگاه اسپکتروسکوپ داراي يک منبع نوري است که با استفاده از يک مسير باريکه ساز، و يک منشور مثلثي، طول موج خاصي از نور که در طول آزمايش مورد نياز مي‌باشد را فراهم مي‌کند، و در طرف ديگر، داراي يک فتوسل حساس، براي حس‌کردن مقدار کاهش نور تابيده شده بر روي آن مي‌باشد. به همراه مدار تحليل کننده که‌اين تغييرات را تقويت کرده و به همراه روابط منطقي که به صورت برنامه وقبلاً به دستگاه داده شده، خروجي مطلوب را توليد مي‌کند.
شکل 1-3 مربوط به دستگاهي است که نويسنده در سال 1382، زماني که دانش آموز سوم دبيرستان بود، به کمک دوستان خود ساخته است. در مقايسه با دستگاه موجود در آزمايشگاه،‌اين دستگاه قادر است اسپکتروفوتومتري را براي سيستم‌هاي گازي انجام دهد، همان طور که در شکل 1-3 مشخص است، دستگاه داراي موتور مکنده مي‌باشد که گاز محيط مورد آزمايش را به درون محفظه ي دستگاه که به صورت داکت با طول 10 سانتي متر است، وارد کرده و با استفاده از تغييرات قرار گرفتن مولکول‌هاي گازي در مسير نوري مقدار جذب نور توسط مولکول‌هاي گازي را اندازه گيري مي‌کند. شکل 1-4. نمونه‌ي مشابه به کار رفته در آزمايش‌هاي تحقيقاتي محيط‌هاي متخلخل نشان مي‌دهد.
شکل 1- 3. دستگاه اسپکتروسکوپ ساخته شده براي گازها

شکل 1- 4. دستگاه اسپکتروفوتومتر UNICO مدل 2100
1-10-3 طرز تعيين غلظت يك ماده توسط اسپكتروفتومتر
تهيه محلول بلانك (يا محلولي كه داراي تمامي گونه‌ها بغير از گونه مورد نظراست.)، تهيه نمونه‌هاي استاندارد از گونه‌ موردنظر با غلظتهاي مشخص، قرائت جذب محلولهاي استاندارد، رسم جذب برحسب غلظتهاي استاندارد و بدست آوردن نمودار كاليبراسيون، اندازه‌گيري جذب محلول مجهول و بدست آوردن غلظت مجهول از روي نمودار، درعمل ابتدا محلول بلانك در سل قرار داده شده شكاف منبع تابش بسته شده 100% جذب يا صفر درصد عبور تنظيم مي‌شود، سپس شكاف منبع تابش باز شده 100% عبور يا صفر درصد جذب تنظيم مي‌شود‌، بعد از تنظيم صفر و 100جذب محلولهاي استاندارد و مجهول اندازه‌گيري مي‌شود. اين عمل در دستگاهها توسط صفر اتوماتيک30 يا عبور صفر درصد31، تنظيم مي‌گردد.
1-11 رنگ‌ها و خواص آن‌ها
رنگ‌ها از نظر دسته بندي يه سه دسته‌ي :
* رنگ‌هاي اسيدي،
* رنگ‌هاي بازي،
* رنگ‌هاي خنثي،
تقسيم مي‌شوند.
که به بررسي ويژگي هر کدام پرداخته مي‌شود:
1-11-1 رنگ‌هاي اسيدي يا آنيوني
رنگ‌هاي آنيوني، رنگ‌هايي هستند که قسمت فعال آن‌ها از نظر رنگ آميزي بنيان اسيد‌هاي آلي هستند که با يک فلز‌ترکيب شده و سيتوپلاسم و کولاژن را به خوبي‌رنگ مي‌کنند.‌اين رنگ‌ها، نمک‌هاي سديم، اسيد‌هاي سولفوريک هستند که در رنگرزي ابريشم و الياف مصنوعي بهتر از رنگ‌هاي خنثي عمل مي‌کنند.


پاسخی بگذارید