توصيفگر ها :
زئوليت , نانوذرات مغناطيسي , g-C3N4 , متيل بنفش 6بي , متيل نارنجي , مالاشيت سبز , حسگر كاغذي , هيدرازين , مدل تجزيه و تحليل مؤلفه اصلي , مدل تحليل تشخيص خطي , ميگو
چكيده فارسي :
هدف از اين رساله بررسي جاذب¬هاي جديد، كم هزينه و غيرسمي با سنتزي آسان بر پايه كامپوزيت¬هاي ساخته شده از زئوليت LTA براي حذف آلودگي¬هاي آلي ناشي از رنگ¬هاي سنتزي از جمله: متيل بنفش 6 بي، متيل نارنجي و مالاشيت سبز از محيط¬هاي آبي و حسگر كاغذي ارزان قيمت براي اندازه¬گيري آلاينده¬هاي آلي مي¬باشد.
در سه پروژه اول اين رساله، براي بهبود عملكرد و افزايش كارايي زئوليت LTA جهت حذف رنگ¬هاي سنتزي سطح آن با مواد مختلف اصلاح شد. در پروژه اول، براي افزايش راندمان حذف زئوليت LTA براي حذف رنگ متيل بنفش 6 بي، سطح آن توسط گرافيتيك كربن نيتريد (g-C3N4) و نانوذرات مغناطيسي اكسيد آهن (Fe3O4) اصلاح شد. ويژگي¬هاي ساختاري و شناسايي جاذب به دست آمده توسط روش¬هاي مختلف تحليلي از جمله آناليز پراش پرتو X (XRD)، مادون قرمز تبديل فوريه (FT-IR)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (FE-SEM)، پراش انرژي (EDS) مورد مطالعه قرار گرفت. در انتها پارامترهاي مؤثر در حذف رنگ توسط روش رويه پاسخ (RSM) مورد بررسي و بهينهسازي قرار گرفت. از دستگاه طيف¬سنج فرابنفش-مرئي براي اندازه¬گيري جذب استفاده شد. بيشترين ظرفيت جذب جاذب 384 ميلي¬گرم بر گرم در مدت زمان 2 دقيقه و با مقدار جاذب 10 ميلي¬گرم به دست آمد. هم¬دماهاي مختلف جذب مورد بررسي قرار گرفت و بر اساس اين مطالعات، جذب متيل بنفش 6 بي بر روي جاذب از هم¬دماي فرندليچ تبعيت مي¬كند.
در پروژه دوم رساله، سطح جاذب زئوليتي به دست آمده در پروژه اول رساله، توسط سورفكتانت كاتيوني CTAB اصلاح و جهت حذف رنگ متيل نارنجي مورد توجه قرار گرفت. سپس، پارامترهاي كليدي در حذف رنگ با روش يك متغيير در زمان مورد بررسي قرار گرفت وحداكثر ظرفيت جذب 98 ميلي¬گرم بر گرم و با درصد حذف 92% در زمان تعادل 20 دقيقه به دست آمد. بررسي هم¬دماهاي مختلف جذب نشان داد كه جذب متيل نارنجي بر روي جاذب از هم¬دماي فرندليچ تبعيت مي¬كند.
در پروژه سوم رساله، سطح جاذب هيبريدي زئوليت/g-C3N4 تهيه شده در پروژه اول رساله، با پليمر دندانه¬دار پلي¬آميدوآمين با هدف حذف مرحله آمينه كردن در تهيه پليمر موردنظر، كاهش مصرف حلال و مواد مضر در سنتز پليمر اصلاح شد.. در ادامه، جاذب تهيه شده به منظور حذف مالاشيت سبز مورد بررسي و پارامترهاي مؤثر در حذف رنگ، مورد مطالعه و بهينهسازي قرار گرفت. بيشترين ظرفيت جذب 1111 ميلي¬گرم برگرم در زمان تعادل 30 دقيقه و مقدار جاذب 6 ميلي¬گرم به دست آمد. هم¬دماهاي مختلف جذب مورد بررسي قرار گرفت و بر اساس مطالعات، جذب مالاشيت سبز بر روي جاذب از هم¬دماي لانگموير تبعيت كرد. نتايج به دست آمده در سه پروژه اول رساله نشان دادند كه جاذب¬هاي كامپوزيتي جديد و ارزان قيمت تهيه شده از زئوليت با داشتن خواص غير سمي بسيار مؤثر در حذف رنگ¬هاي مورد نظر عمل مي¬كنند.
در پروژه چهارم رساله، يك حسگر كاغذي با روشي ساده، ارزان، حساس و تكرارپذير بر پايه چارچوب فلز- آلي تهيه شد. بر اين اساس، مس (Ⅱ) بنزن 1، 3 و 5 تري كربوكسيلات با داشتن دانسيته بالايي از يون¬هاي مس (Ⅱ) و قابليت كوردينه شدن با مولكول¬هاي كوچك به طور مستقيم و بدون هيچ حدواسطه¬اي بر روي سطح كاغذ A4 نشانده شد. حسگر كاغذي تهيه شده براي كلاس¬بندي و شناسايي آمين¬هاي مختلف از ديگر تركيبات آلي فرار و همچنين اندازه¬گيري هيدرازين در محلول مورد استفاده قرار گرفت. پارامترهاي كليدي در اندازه¬گيري هيدرازين با روش يك متغير در زمان مورد بررسي قرار داده شد. آمين¬هاي مختلف با درصد خطاي ناچيز با استفاده از حسگر تهيه شده از هم و از ساير تركيبات آلي كلاس¬بندي و شناسايي شدند. محدوده خطي 0/20-0/1000 ميلي¬گرم بر ليتر و حد تشخيص 2/0± 2/7 ميلي¬گرم بر ليتر براي هيدرازين به دست آمد. اين روش براي اندازه¬گيري آناليت مورد نظر در پساب شهري استفاده شد و درصد بازيابي 98-103 درصد براي آن به دست آمد.
در پروژه پنجم رساله، با استفاده از حسگر كاغذي تهيه شده روند فساد و تشخيص دو دسته ميگو سالم و بيمار از هم به صورت كيفي با استفاده از تجزيه و تحليل مؤلفه اصلي (PCA)و مدل تحليل تشخيص خطي (LDA) مورد ارزيابي قرار گرفت. در نهايت با استفاده از مدل LDA، دو دسته ميگو ذكر شده در دماهاي مختلف 4، 25 و 40 درجه سانتي¬گراد به ترتيب با نرخ خطاي 1/0، 14/0 و 33/0 در مدت زمان 20 ساعت از هم تفكيك و كلاس¬بندي شدند. در نهايت مطالعات انجام شده در دو بخش انتهايي رساله نشان داد كه حسگر تهيه شده كارايي و دقت بسيار بالا در تشخيص آمين¬ها و جداسازي ميگوهاي سالم از بيمار برخوردار مي-باشد.
چكيده انگليسي :
The main perpouse of this thesis is synthesis of the new, low-cost, and non-toxic absorbents with facile approaches were made by hybrid of LTA zeolite to remove synthetic dyes such as methyl violet 6B, methyl orange and malachite green from aqueus solutions, and fabrication of a low-cost paper sensor to determination of organic pollutants.
In the first three projects of this thesis, the goal was to enhance the performance and efficiency of LTA zeolite in removing synthetic dyes. This was achieved by modifying its surface with different materials. In the first project, to improve the performance of zeolite and increase its efficiency in removing methyl violet 6B as a synthetic dye, the surface was modified with graphitic carbon nitride (g-C3N4), and Fe3O4 magnetic nanoparticles.The effective parameters on removal efficiency were investigated and optimized using the response surface method, and the absorption was observed using a UV-Vis spectrometer. The maximum adsorption capacity was obtained to be 384 mg/g at an equilibrium time of 2 min and 10 mg of adsorbent.
In the second project, the surface of the zeolitic adsorbent (zeolite/g-C3N4/Fe3O4) was modified using CTAB as a cationic surfactant and used for the removal of methyl orange dye from an aqueous solution. The key parameters of dye removal were investigated using the prepared adsorbent. The maximum adsorption capacity was obtained to be 98 mg/g with the removal efficiency of 92% at an equilibrium time of 20 min. Different adsorption isotherms were studied and the results showed that the absorption of methyl orange on the adsorbent followed the Freundlich isotherm.
In the third project, the zeolite/g-C3N4 composite was modified by a polyamidoamine dendrimer without the use of any solvents or toxic materials due to the elimination of the insertion of an amino group step.The prepared adsorbent was used for the removal of malachite green, and then the effective parameters on the removal efficiency were investigated and optimized. The maximum adsorption capacity was obtained to be 1111 mg/g at an equilibrium time of 30 min and 6 mg of adsorbent. The results from the first three projects of the thesis demonstrate that inexpensive composite adsorbents made from zeolite, which possess non-toxic properties, are highly effective in removing targeted dyes.
In the fourth project, a simple, sensitive, low-cost and repeatable paper sensor was prepared based on metal organic framework (MOF). According to this, copper (II) benzene-1,3,5- tricarboxylate (Cu-BTC) due to having high density of copper (II) ions and have the ability to coordinate with small molecules, is immobilized directly on conventional A4 paper without used any intermediate. The paper sensor was used to identify different amines from other volatile organic compounds (VOCs), and then used as a simple test strip to measure hydrazine in an aqueous phase. The effctive parameters on performance of sensor was investigated and optimized. The proposed method could significantly classify different amine species with high accuracy and negligible error rate than the other VOCs in a simple and fast method. The calibration curve showed good linearity range from 20-1000 mg L-1 with limit of detection 7.2±0.2 mg L-1 for hydrazine. This method was successfully applied to the determination of hydrazine in municipal wastewater, and recovery percentages of 98-103% were achieved from it.
In the fifth project, the prepared paper sensor was used to qualitatively evaluate the process of spoilage and distinguish between two types of healthy and diseased shrimps using Principal Component Analysis (PCA) and Linear Discriminant Analysis (LDA) methods. Finally, by using the LDA method, the two mentioned types of shrimp were separated and diagnosed at different temperatures of 4, 25 and 40 ºC with an error rate of 0.1, 0.14 and 0.33, respectively, in a period of 20 h.