فهرست

عنوان                                                     صفحه
فصل اول : مقدمه. 1
1-1-کامپوزیت‌ها 1
1-2-نانو فناوری.. 2
1-3-نانو کامپوزیت‌ها 3
1-3-1-تاریخچه تهیه و استفاده از نانو کامپوزیت‌ها 3
1-3-2-معرفی نانو کامپوزیت‌ها 3
1-4-هدف… 4
فصل دوم : مروری بر مطالعات انجام شده. 5
2-1-فاز پیوسته (زمینه/ماتریس). 5
2-1-1-رزین یورتان-اکریلات… 5
2-1-2-رزینهای پلی استر غیر اشباع.. 6
2-1-3-رزینهای وینیل استر. 7
2-2-الیاف… 8
2-2-1-ویژگی‌های الیاف طبیعی.. 9
2-2-2-روش‌های اصلاح الیاف طبیعی.. 10
2-3-نانو ذرات… 15
2-3-1-سیلیكات‌های لایه‌ای.. 15
2-3-2-ساختمان و خواص سیلیکات‌‌های لایه‌ای آلی دوست… 17
2-4-انواع نانو کامپوزیت‌‌های خاک رس… 18
2-4-1-میکرو کامپوزیت… 18
2-4-2-نانو کامپوزیت در هم رفته. 18
2-4-3-نانو کامپوزیت ورقه شده. 18
2-5-روش‏‌های تهیه نانوکامپوزیت‌‌های پلیمری.. 19
2-5-1-پلیمریزاسیون نفوذی درجا 19
2-5-2-درهم گرفتگی پلیمر یا پیش پلیمر از محلول ( محلولی). 20
2-5-3-اختلاط مذاب… 20
2-6-روش‏‌های شناسایی نانوکامپوزیت‌‌های لایه‌ای.. 20
2-6-1-پراش اشعه ایکس…. 20
2-6-2-میکروسکوپی الکترونی عبوری.. 21
2-6-3-سایر تكنیك‌های شناسایی.. 22
2-7-روش‌های شکل دهی کامپوزیت‌ها 22
2-7-1-قالب‌گیری رزین تحت خلاً.. 23
2-7-2-تجهیزات فرایند قالب‌گیری رزین تحت خلاً  و راه اندازی.. 24
2-8-تحقیقات گزارش شده. 27
2-8-1-نانو کامپوزیت‌های حاوی نانو ذرات رس… 27
2-8-2-کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف طبیعی.. 30
2-8-3-نوآوری در پژوهش…. 35
فصل سوم : بخش تجربی.. 36
3-1-مواد و تجهیزات… 36
3-1-1-مواد. 36
3-1-2-تجهیزات… 41
3-2-روش آزمون.. 42
3-2-1-پخش و باز نمودن  نانو ذرات در ماتریس رزینی.. 43
3-2-2-اصلاح سطح الیاف… 44
3-3-مشخصه یابی پخش نانو‌ذرات و آماده‌سازی سطح الیاف… 45
3-3-1-ویسکوزیته. 45
3-3-2-آزمون پراش اشعه ایکس…. 45
3-3-3-میکروسکوپ الکترونی روبشی / تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده. 45
3-3-4-میکروسکوپ الکترونی عبوری.. 45
3-3-5-آزمون‌های مشخصه یابی آماده سازی سطح الیاف… 45
3-4-تهیه و تولید کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌ها 46
3-4-1-تهیه قالب چوبی.. 46
3-4-2-تهیه قالب سیلیکونی.. 46
3-4-3-سیستم پخت رزین یورتان-اکریلات… 48
3-4-4-تهیه کامپوزیت‌های پر شده با نانو ذرات با بهره گرفتن از فرایند ریخته‌گری.. 48
3-4-5-تولید کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف طبیعی توسط فرایند قالب‌گیری رزین تحت خلاً.. 49

 

3-5-آزمون‌های تعیین خواص نمونه‌‌های کامپوزیتی.. 51
3-5-1-آزمون کشش…. 51
3-5-2-آزمون خمش…. 52
3-5-3-آزمون ضربه. 52
3-5-4-شکاف زن.. 52
3-5-5-سختی سنجی بارکول.. 52
3-5-6-سرعت سوختن.. 52
3-5-7-جذب آب… 52
فصل چهارم : نتایج و بحث… 54
4-1-نانوکامپوزیت‌‌های بر پایه رزین یورتان-اکریلات و نانو ذرات خاک رس… 54
4-1-1-مشخصه یابی نانو کامپوزیت… 54
4-1-2-خواص مکانیکی و فیزیکی.. 60
4-2-کامپوزیت‌ها و نانوکامپوزیت‌‌های یورتان‌اکریلات تقویت شده با الیاف فلاکس قبل و بعد از اصلاح سیلانی الیاف… 74
4-2-1-مشخصه یابی کامپوزیت‌ها و نانو کامپوزیت‌ها 74
4-2-2-خواص فیزیکی و مکانیکی.. 78
فصل پنجم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات… 88
5-1-نتیجه‌گیری.. 88
5-2-پیشنهادات جهت ادامه تحقیق.. 90
فصل ششم : مراجع و منابع.. 92
6-1-منابع و مراجع. 92
 
فهرست شکل‌ها

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل	صفحه
شکل 1-1 : رابطه تقریبی شعاع ذره با سطح آن	3
شکل 2-1 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین یورتان-اکریلات	6
شکل 2-2 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین پلی استر	7
شکل 2-3 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین وینیل استر	8
شکل 2-4 : شماتیک الیاف طبیعی	8
شکل ‏12-5 : ساختار کریستالی سیلیکات‏‌های لایه‌ای	16
شکل ‏12‑6 : شماتیک اصلاح خاك رس	18
شکل2‑7 : ساختار نمادین سه نوع نانو کامپوزیت حاصل از اختلاط رس	19
شکل 2-8 : نمودار‌های XRD یک نمونه فلوئوروهکتوریت در ماتریس HDPE	21
شکل 2-9 : نحوه قرار گیری و ترتیب تجهیزات فرایند قالب‌گیری رزین تحت خلاً	24
شکل 2-10 : نحوه‌ی چیدمان اجزای فرایند جهت پرهیز از ورود رزین به خلأ	26
شکل 3-1: نحوه تهیه و ساختار شیمیایی رزین یورتان-آکریلات	37
شکل 3-2: تصویر پراش اشعه ایکس نانو ذرات خاک رس	39
شکل 3-3: الیاف کتان (فلاکس) با آرایش تک جهته	39
شکل 3-4: ساختار شیمیایی تری اتو کسی وینیل سیلان	40
شکل 3-5: شماتیک کلی کار انجام شده در پروژه	42
شکل 3-6: شماتیک روند تهیه رزین حاوی نانو ذرات	44
شکل 3-7: شماتیک اصلاح الیاف	44
شکل 3-8: تصویر نهایی قالب سیلیکونی ساخته شده جهت تهیه نمونه‌های آزمون به روش ریخته‌گری	47
شکل 3-9: تعدادی از نمونه‌های آزمون تهیه شده توسط فرایند ریخته گری	47
شکل3-10: نمودار دما-زمان مدت زمان ژل برای رزین یورتان-اکریلات	48
شکل 3-11: شماتیک تهیه صفحات کامپوزیتی تقویت شده با الیاف توسط فرایند قالب گیری رزین تحت خلاً	49
شکل 3-12: صفحه‌ی تولید شده توسط فرایند قالب‌گیری رزین تحت خلاً، قبل از برش	51
شکل 3-13: قطعه برش خورده از صفحه تولید شده توسط فرایند قالب‌گیری رزین تحت خلاً	51
شکل 4-1 : منحنی تغییرات ویسکوزیته رزین با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس	55
شکل 4-2 : تصاویر پراش اشعه ایکس نانو کامپوزیت‌های حاوی 0، 5/0، 5/1، 3، 5، 7 و 10 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس	56
شکل 4-3 : ریز نگار میکروسکوپ الکترونی عبوری نمونه حاوی 3 درصد نانو خاک رس	58
شکل4-4: ریز نگار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش آلومینیوم) نمونه RP+3N	59
شکل 4-5: نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (مبنی بر وجود نانو ذرات) نمونه RP+3N	59
شکل 4-6: ریز نگار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش آلومینیوم) نمونه RP+7N	60
شکل 4-7: نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (مبنی بر وجود نانو ذرات) نمونه RP+7N	60
شکل 4-8 : تغییرات استحکام و مدول کششی نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات از 0 تا 10 درصد وزنی	61
شکل 4-9: دو نمونه با مدولی یکسان (الف) استحکام بیشتر (ب) استحکام کمتر	63
شکل 4-10 : تغییرات ازدیاد طول رزین عاری از نانو ذرات قبل (الف) و بعد (ب)  از آزمون کشش. تغییرات ازدیاد طول ماتریس حاوی نانو ذرات قبل (ج) و بعد (د) از آزمون کشش	64
شکل 4-11 : تغییرات ازدیاد طول نانو کامپوزیت‌های با درصد وزنی بالای نانو ذره و حاوی حباب‌های هوا  قبل (الف) و بعد (ب)  از آزمون کشش	65
شکل 4-12 : تغییرات استحکام و مدول خمشی نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات از 0 تا 10درصد وزنی	66
شکل 4-13 : تغییرات مقاومت در برابر ضربه نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس از 0 تا 10 درصد وزنی	68
شكل 4-14: تصویر شماتیک مكانیزم افزایش استحكام ضربه در نانو کامپوزیت‌های حاوی نانو ذرات	68
شکل 4-15: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه RP	69
شکل 4-16: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه RP+3N	70
شکل 4-17: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه RP+7N	70
نمودار 4-18 : تغییرات جذب آب نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس از 0 تا 10 درصد وزنی	71
نمودار 4-19 : تغییرات سختی بارکول نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس از 0 تا 10 درصد وزنی	72
شکل 4-20: شماتیک طول پیموده شده جهت سوختن نمونه‌‌های حاوی 0 تا 10 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس	73
شکل 4-21: (الف) تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه FRP (ب) تصویر تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش کربن) نمونه FRP (با بزرگنمایی 20 میکرومتر)	75
شکل 4-22: نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده نمونه FRP مبنی بر عدم وجود عوامل سیلانی و نانو ذرات	75
شکل 4-23 : (الف) تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه FRST (ب) تصویر تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش سیلان) نمونه FRST)(با بزرگنمایی 20 میکرومتر)	76
شکل 4-24 : نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده نمونه FRST مبنی بر وجود عامل سیلان در الیاف	76
شکل 4-25 : (الف) تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه FRSTN (ب) تصویر تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش سیلان) نمونه FRSTN (پ) تصویر تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش آلومینیوم) نمونه FRSTN (با بزرگنمایی 20‌میکرومتر)	77
شکل 4-26 : نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده نمونه FRSTN مبنی بر وجود عامل سیلانی در الیاف و نانو ذرات در ماتریس رزینی	77
شکل 4-27 : تغییرات استحکام و مدول کششی نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس	78
شکل 4-28 : شماتیک فصل مشترک به وجود آمده پس از اعمال عامل اصلاح کننده سیلانی بین اجزاء کامپوزیت	79
شکل 4-29 : تغییرات مقاومت در برابر ضربه کامپوزیت و نانوکامپوزیت‌‌های هیبریدی	82
شکل 4-30: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRP در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)	83
شکل 4-31: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRST در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)	83
شکل 4-32: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRSTN در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)	84
شکل 4-33  : تغییرات استحکام و مدول خمشی نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس	85
شکل 4-34 : تغییرات جذب آب کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس	86

فهرست جداول

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                           صفحه
چکیده………………………………………………………………………………………………1
فصل اول: کلیات تحقیق

• مقدمه……………………………………………………………………………………3
• بیان مسئله……………………………………………………………………………….4
• سوابق مربوطه……………………………………………………………………………….4
• فرضیه‌ها…………………………………………………………………………………5
• اهداف تحقیق………………………………………………………………………………………5
• جنبه نوآوری تحقیق……………………………………………………………5

فصل دوم: ادبیات و پیشینه تحقیق

• تعریف اصطلاحات متغیرها…………………………………………………..7

2-1-1- مقدمه ای بر آلاینده های آب……………………………………………………..7
2-1-2-  رنگ…………………………………………………………………………………..7
2-1-2-1- رنگزا، رنگینه و رنگدانه……………………………………………………………9
2-1-2-2- طبقه‌بندی مواد رنگزا……………………………………………………………..10
2-1-2-2-1- طبقه‌بندی مواد رنگزا طبق ساختار شیمیایی………………………………..10
2-1-2-2-1-1- مواد رنگزای آزو…………………………………………………..10
2-1-2-2-1-2- مواد رنگزای آنتراکینون…………………………………………11
2-1-2-2-1-3- مواد رنگزای ایندیگوئید……………………………………….11
2-1-2-2-2- طبقه‌بندی مواد رنگزا برحسب کاربرد………………………………12
2-1-2-2-2-1- مواد رنگزای گروه اول…………………………………………..12
2-1-2-2-2-1-1- مواد رنگزای اسیدی……………………………………………..12
2-1-2-2-2-1-2- مواد رنگزای مستقیم……………………………………………………13
2-1-2-2-2-1-2-1- رنگزای آبی مستقیم 199…………………………………………….14
2-1-2-2-2-1-3- مواد رنگزای بازیک……………………………………………….14
2-1-2-2-2-1-4- مواد رنگرزی دیسپرس…………………………………………..15
2-1-2-2-2-2- مواد رنگزای گروه دوم………………………………………………….16
2-1-2-2-2-2-1- مواد رنگزای گوگردی……………………………………………16
2-1-2-2-2-2-2- مواد رنگزای خمی…………………………………………16
2-1-2-2-2-2-3- مواد رنگزای آزوئیک………………………………………..17
2-1-2-2-2-2-4- مواد رنگزای اینگرین…………………………………………..17
2-1-2-2-2-2-5- مواد رنگزای اکسیداسیون………………………………………..17
2-1-2-2-2-2-6- مواد رنگزای راکتیو……………………………………………….18
2-1-2-2-2-2-7- مواد رنگزای کرومی (مواد رنگزای دندانه‌ای)……………………..18
2-1-2-2-2-2-8- پیگمنت ها……………………………………………………….19
2-1-3- انواع روش‌های حذف مواد از آب………………………………….20
2-1-3-1- روش شیمیایی…………………………………………………………..20
2-1-3-2- روش فیزیکی……………………………………………………………………..21
2-1-3-3- روش بیولوژیکی…………………………………………………………21
2-1-3-4- انواع روش‌های حذف رنگ از پساب………………………………………..21
2-1-3-4-1- روش بیولوژیکی…………………………………………………………………21
2-1-3-4-2- روش‌های شیمیایی…………………………………………………….22
2-1-3-4-2-1-  روش الکتروشیمیایی…………………………………………………22
2-1-3-4-2-2-  روش انعقاد و لخته سازی……………………………………………..22
2-1-3-4-2-3-  روش اکسیداسیون…………………………………………………..22
2-1-3-4-2-3-1-  اکسیداسیون با ازن……………………………………………………22
2-1-3-4-2-3-2-  استفاده از فرایندهای فوتولیز و التراسونولیز…………………22
2-1-3-4-2-3-3-  اکسیداسیون با فرایندهای فوتوفنتون………………………………..23
2-1-3-4-2-4- روش تصفیه الکتروکواگولاسیون…………………………………23
2-1-3-4-3-  روش‌های فیزیکی………………………………………………………..23
2-1-3-4-3-1-  جذب سطحی…………………………………………………………..23
2-1-3-4-3-2-  تئوری جذب سطحی………………………………………………….24
2-1-3-4-3-3-  عوامل مؤثر برجذب سطحی………………………………………………..24
2-1-3-4-3-3-1- اختلاط………………………………………………………………..24
2-1-3-4-3-3-2-  خواص و نوع جاذب……………………………………………….24
2-1-3-4-3-3-3- اندازه ذرات جذب‌شونده…………………………………………..25
2-1-3-4-3-3-4- PH ………………………………………………………………………25
2-1-3-4-3-3-5- وزن مولکولی…………………………………………………………25
2-1-3-4-3-3-6- دما…………………………………………………………….25
2-1-3-4-3-3-7- نیروهای کنترل‌کننده جذب سطحی………………………………26
2-1-3-4-3-4- حذف رنگ با بهره گرفتن از کربن فعال………………………………….27
2-1-3-4-3-5- حذف رنگ توسط جاذب کیتوسان…………………………….27
2-1-4-نانو جاذب……………………………………………………………….27
2-1-4-1- ویژگی یک جاذب مطلوب………………………………………………….28
2-1-5-کامپوزیت……………………………………………………………………..28
2-1-6-نانوکامپوزیت…………………………………………………………..28
2-1-6-1- طبقه‌بندی نانو کامپوزیت‌ها………………………………………..28
2-1-6-1-1- نانو کامپوزیت‌های پایه پلیمری…………………………………..29
2-1-6-1-2- نانو کامپوزیت‌های پایه سرامیکی………………………………………………29
2-1-6-1-3- نانو کامپوزیت‌های پایه فلزی…………………………………………..30

• نانولوله‌های کربنی………………………………………………………………….30

2-1-7-1- انواع نانولوله های کربنی…………………………………………………..33
2-1-7-1-1- نانولوله کربنی تک جداره………………………………………………….33
2-1-7-1-2- نانولوله کربنی چند جداره………………………………………………35
2-1-7-1-3- فولرایت……………………………………………………..36
2-1-7-1-4- متخلخل یا حلقه‌ای (Nano Torus)……………………………36
2-1-7-1-5- ساختارهای غیر ایده آل…………………………………………36
2-1-7-2- خواص نانولوله‌ها…………………………………….37
2-1-7-2-1- واکنش‌پذیری شیمیایی……………………………………………………………37
2-1-7-2-2- استحکام ومقاومت…………………………………………………………….37
2-1-7-2-3- خواص حرکتی……………………………………………………….39

 

2-1-7-2-4- خواص الکتریکی…………………………………………………………39
2-1-7-2-5- خواص حرارتی………………………………………………………………….40
2-1-7-2-6- تأثیر نقایص بر خواص……………………………………………………………..40
2-1-7-2-7- رفتار الاستیکی نانولوله………………………………………………………………41
2-1-7-3- روش‌های ساخت…………………………………………………………………………..42
2-1-7-3-1- مکانیزم رشد………………………………………………………………43
2-1-7-3-2- روش قوس الکتریکی………………………………………………….44
2-1-7-3-3- تبخیر لیزری…………………………………………………………………45
2-1-7-3-4- رسوب بخار شیمیایی(CVD)………………………………………….46
2-1-7-3-5- سایش از طریق آسیاب گلوله‌ای…………………………………..48
2-1-7-4- خالص‌سازی نانولوله های کربنی…………………………………………..49
2-1-8- پلی آنیلین…………………………………………………………………………….51
2-1-8-1- معایب پلی آنیلین………………………………………………………..52
2-1-8-2- تحقیقات انجام‌شده با کامپوزیت‌های بر پایه پلی آنیلین………………………52
2-1-8-3- مقایسه پذیری روش‌ها……………………………………………….52
فصل سوم: روش تحقیق
3-1- خلاصه……………………………………………………………………………..54
3-2- مواد موردنیاز و تهیه محلول‌ها…………………………………………………. 54
3-2-1- مواد موردنیاز……………………………………………………………………54
3-2-2- تهیه محلول‌ها…………………………………………………………………..55
3-2-2-1- سدیم هیدروکسید 1 مولار (جهت تنظیم PH)…………………………………55
3-2-2-2- هیدروکلریک اسید 1 مولار (جهت تنظیم PH)……………………………………….55
3-2-2-3- تهیه 100 میلی‌لیتر محلول سولفوریک اسید 1 مولار……………………………….56
3-3- ابزارها ودستگاه ها………………………………………………………56
-4- روش کار……………………………………………………………………………………….56
3-4-1- تهیه نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT ……………………………………………57
3-4-2- تهیه محلول استاندارد رنگزای آبی مستقیم 199………………………………….57
3-4-3- تعیین طول‌موج ماکزیمم…………………………………………………………………….57
3-4-4- مرحله جذب سطحی………………………………………………………….57
3-4-5- شناسایی و تأیید نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT …………………………58
3-4-5-1- میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)………………………………………58
3-4-5-2- طیف‌سنجی مادون‌قرمز تبدیل فوریه (FT-IR)……………………………..58
3-5- بهینه‌سازی پارامترهای مختلف مؤثر بر حذف رنگ…………………………..59
3-5-1- بررسی اثر PH…………………………………………………………….59
3-5-2- بررسی مقدار بهینه نانو جاذب……………………………………………………..59
3-5-3- بررسی اثر زمان تماس در دماهای مختلف…………………………………………….60
3-5-4- بررسی اثر غلظت در دماهای مختلف…………………………………………..60
3-6- تعیین منحنی کالیبراسیون……………………………………………………61
3-7- ایزوترم جذب………………………………………………………………………….61
3-8- سینتیک جذب……………………………………………………………….62
3-9- ترمودینامیک………………………………………………………….62
فصل چهارم: تجزیه‌وتحلیل داده‌ها
4-1- نتایج حاصل از بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر بر حذف رنگزای آبی مستقیم 199 توسط نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT..64
4-1-1- بررسی اثر PH…………………………………………………………………64
4-1-2- بررسی مقدار نانو جاذب……………………………………………………….64
4-1-3- بررسی اثر زمان تماس در دماهای مختلف…………………………………….65
4-1-4- بررسی اثر غلظت در زمان‌های مختلف…………………………………..66
4-2- منحنی کالیبراسیون………………………………………………………………..68
4-3- داده‌های مربوط به‌رسم منحنی ایزوترم جذب رنگزای آبی مستقیم 199……………….69
4-4- داده‌های مربوط به‌رسم منحنی سینتیک جذب………………………………….69
4-5- داده‌های مربوط به‌رسم منحنی ترمودینامیکی………………………………70
فصل پنجم: بحث، نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌هات
5-1- بررسی مورفولوژی سطح MWCNT………………………………..72
5-2- طیف‌سنجی مادون‌قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) …………………………72
5-3- بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر بر حذف رنگزای آبی مستقیم 199………………………..73
5-3-1- تعیین PH بهینه………………………………………………………………………..73
5-3-2- تأثیر مقدار نانو جاذب……………………………………………….74
5-3-3- تأثیر زمان تماس بر حذف رنگزا………………………………………………..75
5-4- رسم منحنی کالیبراسیون و تعیین محدوده خطی……………………………….76
5-5- ایزوترم های جذب………………………………………………………………76
5-5-1- ایزوترم جذب لانگمویر………………………………………………………..76
5-5-1-1- روش اول: بررسی ایزوترم جذب لانگمویر جهت حذف رنگزای آبی مستقیم 199 …………78
5-5-1-2- روش دوم: بررسی ایزوترم جذب لانگمویر جهت حذف رنگزای آبی مستقیم 199………….79
5-5-1-3- روش سوم: بررسی ایزوترم جذب لانگمویر جهت حذف رنگزای آبی مستقیم 199…………80
5-5-1-4- روش چهارم: بررسی ایزوترم جذب لانگمویر جهت حذف رنگزای آبی مستقیم 199………81
5-5-2- ایزوترم جذب فرندلیش………………………………………………………..82
5-6- سینتیک جذب
5-7- بررسی ترمودینامیکی…………………………………………………………….86
5-8- بحث و نتیجه‌گیری………………………………………………………………….88
5-9- پیشنهادات…………………………………………………………………….88
منابع و مأخذ…………………………………………………………………90
فهرست جداول
عنوان                                                                                                                                               صفحه
جدول 2-1- رابطه بین رنگ جذب‌شده و رنگی که دیده می‌شود…………………………..8
جدول 3-1 مشخصات MWCNT ……………………………………………….54
جدول 3-2 مشخصات رنگزای آبی مستقیم 199 ……………………………………….55
جدول 4-1 نتـایج حاصـل از بررسـی اثـر PH بر حذف رنگــزا برای نانو کامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT……………………………………………….64
جدول 4-2 نتایج حاصل از بررسی اثر مقدار نانو جاذب پلی آنیلین/ MWCNT در حذف رنگزا………65
جدول4-3 نتایج حاصل از بررسی اثر زمان تماس نانوجاذب پلی آنیلین/MWCNT در دمای cº25………………………………………………….65
جدول 4-4 نتایج حاصل از بررسی اثر زمان تماس نانوجاذب پلی آنیلین/MWCNT در دمای cº35………………………………………………………………………………………66
جدول 4-5 نتایج حاصل از بررسی اثر زمان تماس نانوجاذب پلی آنیلین/MWCNT در دمای cº45…………………………………………………………………………………………..66
جدول 4-6 نتایج حاصل از بررسی اثر غلظت در زمان 90 دقیقه، PH=5 و مقدار جاذب 1/0 گرم برای نانوجاذب پلی آنیلین/MWCNT در دمای cº25 …………………………….67
جدول 4-7 نتایج حاصل از بررسی اثر غلظت در زمان 90 دقیقه، PH=5 و مقدار جاذب 1/0 گرم برای نانوجاذب پلی آنیلین/MWCNT در دمای cº35 ………………………………….67
جدول 4-8 نتایج حاصل از بررسی اثر غلظت در زمان 90 دقیقه، PH=5 و مقدار جاذب 1/0 گرم برای نانوجاذب پلی آنیلین/MWCNT در دمای cº45 ……………………………..68
جدول 4-9 نتایج حاصل از بررسی گستره خطی مربوط به رنگزای آبی مستقیم 199 ………………………..68
جدول 4-10 نتایج به‌دست‌آمده جهت رسم منحنی ایزوترم رنگزای آبی مستقیم 199 ……………………….69
جدول 4-11 نتایج به‌دست‌آمده برای رسم منحنی سینتیک جذب رنگزای آبی مستقیم 199 ……………….69
جدول 4-12 نتایج به‌دست‌آمده برای رسم منحنی ترمودینامیکی رنگزای آبی مستقیم 199 …………………70
جدول 5-1 پارامترهای مختلف ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT با بهره گرفتن از رابطه 5-2 ……………………….78
جدول 5-2 پارامترهای مختلف ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT با بهره گرفتن از رابطه 5-3 ……………79
جدول 5-3 پارامترهای مختلف ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT با بهره گرفتن از رابطه 5-4 …………….80
جدول 5-4 پارامترهای مختلف ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT با بهره گرفتن از رابطه 5-5 ………………………….81
جدول 5-5 پارامترهای مختلف ایزوترم جذب فرندلیش برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT ……………………………………………………83
جدول 5-6 مقادیر پارامترهای سینیتیکی جذب رنگزای آبی مستقیم 199 با بهره گرفتن از نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT بر اساس مدل شبه درجه اول و شبه درجه دوم………………………………………………….84
جدول 5-7 مقادیر پارامترهای مختلف ترمودینامیکی جهت جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT …………………………………..87
فهرست نمودارها
عنوان                                                                                                                                               صفحه
نمودار 5-1 تأثیر PH برجذب رنگزای آبی مستقیم 199 با بهره گرفتن از نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT…………………………………………………………………….73
نمودار 5-2 تأثیر مقدار جاذب بر روی حذف ماده رنگزای آبی مستقیم 199 با بهره گرفتن از نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT……………………………………………………………..74
نمودار 5-3 نمودار تأثیر زمان تماس بر میزان حذف ماده رنگزای آبی مستقیم 199 با بهره گرفتن از نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT………………………………………………75
نمودار 5-4 نمودار منحنی کالیبراسیون رنگزای آبی مستقیم 199……………………………………………………..76
نمودار 5-5 ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT……………………………………………………………………………….78
نمودار 5-6 ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT…………………………………………………………………….79
نمودار 5-7 ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT………………………………………………………………………80
نمودار 5-8 ایزوترم جذب لانگمویر برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT…………………………………………………………………………….81
نمودار 5-9 ایزوترم جذب فرندلیش برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT ………………………………………………………………….83
نمودار 5-10 منحنی سینتیکی جذب بر اساس مدل شبه درجه اول برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT…………………………………85
نمودار 5-11 منحنی سینتیکی جذب بر اساس مدل شبه درجه دوم برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT……………………………………………85
نمودار 5-12 منحنی ترمودینامیکی برای جذب رنگزای آبی مستقیم 199 بر روی نانوکامپوزیت پلی آنیلین/MWCNT…………………………………………..87
فهرست شکل‌ها
عنوان                                                                                       صفحه
شکل 2-1 ساختار کلی یک ماده رنگزای آزو ………………………………10
شکل 2-2 ساختار آنتراکینون ……………………………………………………………..11
شکل 2-3 ساختار کلی یک ماده رنگزای ایندیگو …………………………………12
شکل 2-4 ساختار شیمیایی دو رنگ‌دانه اسیدی ……………………………………………13
شکل 2-5 ساختار شیمیایی رنگینه C.I. Direct red 80 ………………………..14
شکل 2-6 ساختار شیمیایی رنگینه C.I. Basic blue 3 ……………………………..15
شکل 2-7 ساختار شیمیایی رنگینه C.I. Disperse blue 56 ……………………………….15
شکل 2-8 ساختار شیمیایی رنگینه C.I. Disperse red 1 ………………………………16
شکل 2-9 واکنش احیا و اکسیداسیون در رنگینه های خمی ………………………..17
شکل 2-10 ساختار شیمیایی رنگینه C.I. Reactive orange 16 …………………..18
شکل 2-11ساختار شیمیایی یک رنگینه کرومی ……………………………………..19
شکل 2-12 گرافیت ………………………………………………………………….31
شکل 2-13 الماس……………………………………………………………………31
شکل 2-14 لانسدیلایت…………………………………………………….31
شکل 2-15پدیده کنگره‌ای شدن (تبدیل ساختارهای پنج‌ضلعی و هفت‌ضلعی) تحت بارهای محوری…..35
شکل 2-16 سطح مقطع دسته نانولوله‌ها……………………………………………35
شکل 2-17 تولید ناخواسته اتصالات T شکل، Y شکل و یک چهارراهی………………37
شکل 2-18 درپوش نانولوله در زوایای مختلف…………………………………….38
شکل 2-19 واکنش نانولوله تک جداره تحت انواع بارمحوری فشاری………………….39
شکل 2-20 یک ترانزیستور نانولوله‌ای……………………………………………40
شکل 2-21 نمای شماتیک از روش تخلیه قوس الکتریکی…………………….45
شکل 2-22 مکانیسم تشکیل نانولوله کربنی……………………………………………….46
شکل 2-23 تبخیر لیزری یک هدف گرافیتی……………………………………………48
شکل 2-24 ساختار پلی آنیلین ………………………………………………………………51
شکل 3-1 ساختار شیمیایی رنگزای مستقیم آبی 199 ……………………………………..55

1-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………….. 2
1-2- هدف……………………………………………………………………………………………………………….. 3
1-3- پیشینه تحقیق…………………………………………………………………………………………………………. 3
1-3-1- رزین های فنولیک……………………………………………………………………………………………. 3
1-3-2- نانوکامپوزیت های گرافن…………………………………………………………………………………….. 4
1-4- روش کار و تحقیق………………………………………………………………………………………………….. 5
2- فصل دوم: مروری بر مطالعات انجام شده…………………………………………………………………………….. 6
2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………….. 6
2-2- کامپوزیت…………………………………………………………………………………………………………… 7
2-2-1- کاربردهای کامپوزیت ها……………………………………………………………………………………… 8
2-2-2- ضرورت سبک سازی کامپوزیت ها………………………………………………………………………….. 9
2-2-3- روش های سبک سازی کامپوزیت ها………………………………………………………………………… 9
2-2-4- رزین های مورد استفاده در کامپوزیت ها…………………………………………………………………….. 9
2-3- رزین های فنولیک………………………………………………………………………………………………… 10
2-3-1- پخت رزین های فنولیک……………………………………………………………………………………. 10
2-3-2- پخت حرارتی رزول ها……………………………………………………………………………………… 11
2-3-3- خواص رزین های فنولیک…………………………………………………………………………………. 14
2-3-4- مزایای رزین های فنولیک………………………………………………………………………………….. 15
2-3-5- معایب رزین های فنولیک………………………………………………………………………………….. 15
2-3-6- کاربردهای رزین فنولیک…………………………………………………………………………………… 16
2-4- الیاف………………………………………………………………………………………………………………. 16
2-4-1- الیاف کربن…………………………………………………………………………………………………. 17
2-5- نانوکامپوزیت ها…………………………………………………………………………………………………… 18
2-5-1- تعریف نانوکامپوزیت ها…………………………………………………………………………………….. 19
2-5-2- کاربرد نانوکامپوزیت ها…………………………………………………………………………………….. 19
2-6- گرافن……………………………………………………………………………………………………………… 20
2-6-1- روش های تولید نانوکامپوزیت های گرافن…………………………………………………………………. 22
2-6-1-أ‌- اختلاط محلولی………………………………………………………………………………………. 22
2-6-1-ب‌- اختلاط مذاب………………………………………………………………………………………. 23
2-6-1-ت‌- پلیمریزاسیون درجا………………………………………………………………………………….. 24
2-7- خواص مختلف نانوکامپوزیت های گرافن………………………………………………………………………… 25
2-7-1- خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های گرافن…………………………………………………………………. 25
2-7-1-أ‌- خواص مکانیکی کامپوزیت های کربن/کربن…………………………………………………………. 34
2-7-2- هدایت الکتریکی نانوکامپوزیت های گرافن………………………………………………………………… 36
2-7-3- خواص حرارتی نانوکامپوزیت های گرافن………………………………………………………………….. 37
2-7-3-أ‌- هدایت حرارتی نانوکامپوزیت های گرافن…………………………………………………………….. 37
2-7-3-ب‌- پایداری حرارتی نانوکامپوزیت های گرافن…………………………………………………………. 39
2-7-3-ت‌- اثر گرافن بر روی آنتالپی و دمای شروع پخت و دمای انتقال شیشه ای نانوکامپوزیت ها…………….. 45
2-7-4- مدل سازی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های گرافن…………………………………………………….. 50
2-8- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………… 50
3- فصل سوم: مواد و روش های آزمون……………………………………………………………………………….. 51
3-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………… 51
3-2- مواد مصرفی………………………………………………………………………………………………………. 51
3-2-1- رزین فنولیک………………………………………………………………………………………………. 52
3-2-2- الیاف کربن…………………………………………………………………………………………………. 52
3-2-3- گرافن………………………………………………………………………………………………………. 53
3-3- تجهیزات و دستگاه های مورد استفاده……………………………………………………………………………… 54
3-4- روش تهیه نمونه ها………………………………………………………………………………………………… 54
3-4-1- تعیین درصد جامد رزول……………………………………………………………………………………. 55
3-4-2- تعیین زمان رسیدن به B-stage…………………………………………………………………………….. 55
3-4-3- پخش نانو ذرات گرافن در حلال و رزین…………………………………………………………………… 56
3-4-4- نحوه تهیه نمونه نهایی و ساخت نانوکامپوزیت هیبریدی رزول بر پایه الیاف کربن و گرافن………………….. 56
3-4-5- نحوه تهیه نمونه های کربنیزه شده نانوکامپوزیت رزول بر پایه الیاف کربن و گرافن………………………….. 56
3-5- آزمون های انجام شده…………………………………………………………………………………………….. 58
3-5-1- بررسی مورفولوژی نانوکامپوزیت به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)………………………… 58
3-5-2- بررسی ساختار شیمیایی رزین و نانوکامپوزیت با بهره گرفتن ازطیف سنجی زیر قرمز به روش FTIR……………. 58
3-5-3- بررسی پایداری حرارتی نانوکامپوزیت رزین فنولیک/گرافن با بهره گرفتن از آزمون گرما وزن سنجی (TGA )… 59
3-5-4- بررسی پخت نانوکامپوزیت رزین فنولیک/گرافن با بهره گرفتن از آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC)….. 60
3-5-5- بررسی نحوه پخش نانو ذرات با بهره گرفتن از آزمون طیف سنجی تفرق پرتو ایكس (XRD)…………………… 60
3-5-6- بررسی مورفولوژی نانوکامپوزیت با بهره گرفتن از آزمون میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)……………… 61
3-5-7- بررسی خواص خمشی نانوکامپوزیت رزین فنولیک/گرافن/ الیاف کربن……………………………………. 62
3-5-8- بررسی خواص استحکام برشی نانوکامپوزیت رزین فنولیک/گرافن/ الیاف کربن……………………………. 62
4- فصل چهارم: نتایج……………………………………………………………………………………………………….. 65
4-3- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………… 65
4-4- تعیین مشخصات مواد مصرفی……………………………………………………………………………………… 65
4-4-1- تعیین درصد مواد جامد و فرار رزول……………………………………………………………………….. 65
4-4-2- تعیین گرانروی رزین………………………………………………………………………………………… 66
4-4-3- بررسی ساختار شیمیایی رزین رزول IL800 با بهره گرفتن از FTIR…………………………………………….. 66
4-4-4- بررسی ساختار شیمیایی صفحات گرافن…………………………………………………………………….. 67
4-4-5- بررسی شکل و اندازه صفحات گرافن با بهره گرفتن از SEM…………………………………………………… 68
4-4-6- بررسی ریز ساختار صفحات گرافن و نانوکامپوزیت های آن………………………………………………… 70
4-4-6-أ‌- بررسی ریز ساختار صفحات گرافن و نانوکامپوزیت های آن با بهره گرفتن از WAXS…………………….. 70
4-4-6-ب‌- بررسی ساختار گرافن با بهره گرفتن از  TEM…………………………………………………………… 78
4-4-6-ت‌- بررسی ریز ساختار نانوکامپوزیت با استفاده TEM…………………………………………………… 72
4-5- نتایج مربوط به آزمون های بررسی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های هیبریدی رزول/ گرافن/ الیاف کربن……… 73
4-5-1- بررسی خواص خمشی نانوکامپوزیت های تهیه شده………………………………………………………… 73

 

4-5-2- بررسی خواص برشی نانوکامپوزیت های تهیه شده………………………………………………………….. 80
4-5-3- استحکام برشی نانوکامپوزیت های کربن/کربن……………………………………………………………… 86
4-6- بررسی ریزساختار نمونه ها به كمك SEM………………………………………………………………………… 88
4-6-1- بررسی ریزساختار رزین فنولیک و نمونه های حاوی گرافن…………………………………………………. 88
4-6-2- بررسی ریزساختار نانوکامپوزیت هیبریدی رزین فنولیک/الیاف کربن/ نانوگرافن توسط (SEM)…………….. 93
4-6-3- بررسی ریزساختار نانوکامپوزیت های کربن/کربن رزین فنولیک/الیاف کربن/ نانوگرافن توسط (SEM)…….. 98
4-6-4- بررسی پخت رزول و نانوکامپوزیت های حاصل از آن……………………………………………………. 102
4-6-4-أ‌- بررسی پخت به کمک FTIR……………………………………………………………………….. 102
4-6-4-ب‌- بررسی پخت رزین فنولیک و نانوکامپوزیت حاوی گرافن به کمک DSC………………………… 105
4-6-5- بررسی پایداری حرارتی رزین فنولیک و اثر کسر وزنی گرافن بر روی آن با بهره گرفتن از TGA…………….. 107
5- فصل پنجم: خلاصه و پیشنهادات…………………………………………………………………………………….. 110
5-1- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………. 110
5-2- پیشنهادات جهت ادامه کار………………………………………………………………………………………. 112
     مراجع……………………………………………………………………………………………………………………………113
فهرست شکل‌ها
شکل ‏2‑1 ترکیبات واسط در پخت رزین فنولیک… 13
شکل ‏2‑2 ساختار رزول پخت شده 14
شکل ‏2‑3 ساختار شماتیک گرافن. 21
شکل ‏2‑4 انواع ساختارهای گرافیتی گرافن، پیچیده شدن ساختار بدون بعد توپ مانند، لوله شدن ساختار یک بعدی نانولوله ها و چسبیدن صفحات گرافن ساختار سه بعدی. 22
شکل ‏2‑5 تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) از نانوکامپوزیت 1% وزنی پلی اتیلن/ گرافن تهیه شده به روش محلولی ( aو b) و مذاب (c و d) 24
شکل‏2‑6 استحکام کششی نانوکامپوزیت های اپوکسی با درصد وزنی پرکننده 1/0%. 25
شکل ‏2‑7 مدول یانگ نانوکامپوزیت های اپوکسی با درصد وزنی پرکننده 1/0% مقایسه شده با حالت تئوری مدل هالپین تسای. 26
شکل ‏2‑8 نمودار چقرمگی شکست و انرژی شکست نانوکامپوزیت های اپوکسی با درصد وزنی پرکننده 1/0%. 26
شکل ‏2‑9 نمودار نرخ رشد ترک برحسب دامنه تنش… 27
شکل ‏2‑10 مدول کششی و استحکام کششی نهایی نانوکامپوزیت اپوکسی و صفحات گرافن اکساید. 28
شکل ‏2‑11 مدول خمشی و استحکام خمشی نهایی نانوکامپوزیت اپوکسی/ گرافن اکساید. 28
شکل ‏2‑12 چقرمگی شکست و انرژی شکست نانوکامپوزیت اپوکسی/گرافن اکساید. 29
شکل ‏2‑13 آزمون خستگی رزین اپوکسی خالص و رزین حاوی5/0% وزنی گرافن اکساید. 29
شکل ‏2‑14- الف- استحکام خمشی و ب- مدول خمشی برای نانوکامپوزیت فنولیک حاوی درصدهای مختلف از گرافن (NGP) و نانو الیاف کربن (VGCNF) 30
شکل ‏2‑15 آزمون کششی کامپوزیت رزین فنولیک با ذرات گرافیت اکساید در اندازه های مختلف… 31
شکل ‏2‑16 چقرمگی شکست رزین اپوکسی اصلاح شده با گرافن اکساید و گرافیت.. 34
شکل ‏2‑17مقاومت الکتریکی نانوکامپوزیت اپوکسی با درصدهای مختلف گرافن. 37
شکل ‏2‑18 فاکتور افزایش هدایت حرارتی بر حسب مقادیر مختلف پرکننده برای کامپوزیت های اپوکسی.. 38
شکل ‏2‑19 هدایت حرارتی نانوکامپوزیت های اپوکسی/ گرافن، اپوکسی/نانولوله های کربنی چند دیواره و اپوکسی با گرافن اصلاح شده (Py-PGMA) 39
شکل ‏2‑20 آزمون گرما وزن سنجی برای گرافن اکساید احیا شده در دماهای مختلف… 40
شکل ‏2‑21 آزمون گرما وزن سنجی رزین فنولیک پر شده با 5/0% وزنی از صفحات گرافن اکساید احیا شده در دماهای مختلف… 41
شکل ‏2‑22 آزمون گرما وزن سنجی نانوکامپوزیت با درصدهای مختلف از صفحات گرافن اکساید. 41
شکل ‏2‑23 طیف پراش اشعه ایکس الف) رزین خالص ب) نانوکامپوزیت رزین فنولیک حاوی 5/0% وزنی گرافن اکساید. 42
شکل ‏2‑24 نمودار گرما وزن سنجی مربوط به نانوکامپوزیت رزین فنولیک حاوی درصدهای مختلف از صفحات گرافن و نانو الیاف کربن  43
شکل ‏2‑25 نمودار گرما وزن سنجی کامپوزیت رزین فنولیک با ذرات گرافیت اکساید در اندازه های مختلف… 44
شکل ‏2‑26 نمودار گرما وزن سنجی مربوط به رزین فنولیک خالص و رزین فنولیک حاوی 5/0% وزنی گرافن اکساید. 45
شکل ‏2‑27 آزمون  گرماسنجی پویشی تفاضلی از رزین فنولیک خالص و نانوکامپوزیت حاوی 5/0% وزنی گرافن اکساید. 46
شکل ‏2‑28 الف – نمودار DSC رزین فنولیک و نانوکامپوزیت های آن با 5/0% وزنی گرافن و نانو الیاف کربن و ب – تغییرات آنتالپی پخت با تغییر درصد گرافن و نانو الیاف کربن. 47
شکل ‏2‑29  نمودار گرماسنجی پویشی تفاضلی کامپوزیت رزین فنولیک با ذرات گرافیت اکساید در اندازه های مختلف… 48
شکل ‏2‑30  تغییرات مدول ذخیره و tan δ بر حسب دما برای رزین فنولیک و کامپوزیت رزین فنولیک/ 5/0% گرافن اکساید. 49
شکل ‏2‑31  نمودار گرماسنجی پویشی تفاضلی رزین فنولیک خالص و رزین فنولیک حاوی 5/0% وزنی گرافن اکساید. 49
شکل ‏3‑1  تصویری از دستگاه میكروسكوپ الكترونی روبشی.. 58
شکل ‏3‑2  تصویری ازدستگاه FTIR مدل Equinox 55. 59
شکل ‏3‑3  تصویری از دستگاه DSC مدل Star SW 10.00. 60
شکل ‏3‑4  تصویری از دستگاه طیف سنج تفرق پرتو ایكس… 61
شکل ‏3‑5 تصویری از میكروسكوپ الكترونی عبوری (TEM) 61
شکل ‏3‑6 انواع شکست ها در آزمون خمش با تکیه گاه کوتاه 63
شکل ‏4‑1 طیف FTIR رزول خالص پخت نشده 67
شکل ‏4‑2 طیف FTIR صفحات گرافن. 68
شکل ‏4‑3 تصویر SEM از صفحات گرافن با زیر لایه شیشه ای با بزرگ نمایی x10000. 69
شکل‏4‑4 تصویر SEM از صفحات گرافن با زیر لایه مشبک در بزرگ نمایی الف (x20000) و ب (x70000) 69
شکل ‏4‑5 سه حالت نمادین برای پرکننده های سیلیکاتی امکان پذیر برای نانوکامپوزیت های بر پایه گرافن: الف) انباشته شده،    ب) بین لایه ای شده، ج) ورقه ورقه شده 70
شکل ‏4‑6 طیف WAXS صفحات گرافن و نانوکامپوزیت با درصدهای وزنی مختلف از آن. 71
شکل ‏4‑7 تصویر TEM از صفحات گرافن. 72
شکل ‏4‑8 تصویر TEM نانوکامپوزیت رزین فنولیک حاوی 1% وزنی گرافن. 73
شکل ‏4‑9  نمودار تنش-کرنش نانوکامپوزیت رزول/الیاف کربن با درصدهای وزنی مختلف از گرافن. 74
شکل ‏4‑10 مدول خمشی نمونه mm5 نانوکامپوزیت رزول/ الیاف کربن با درصدهای مختلف از گرافن. 75
شکل ‏4‑11 استحکام خمشی نمونه های mm5 نانوکامپوزیت رزول/ الیاف کربن با درصدهای مختلف از گرافن. 76
شکل ‏4‑12 کرنش در شکست نمونه های mm5 نانوکامپوزیت رزول/ الیاف کربن با درصدهای مختلف از گرافن. 77
شکل ‏4‑13 چقرمگی نمونه های mm5 نانوکامپوزیت رزول/ الیاف کربن با درصدهای مختلف از گرافن. 78
شکل ‏4‑14 مدول خمشی نمونه های mm3 نانوکامپوزیت رزول/ الیاف کربن با درصدهای مختلف از گرافن. 79
شکل ‏4‑15 استحکام خمشی نمونه های mm3 نانوکامپوزیت رزول/ الیاف کربن با درصدهای مختلف از گرافن. 80
شکل ‏4‑16  شکست برگشت ناپذیر. 81
شکل ‏4‑17 شکست برشی بین لایه ای در کامپوزیت­های رزول/گرافن/ الیاف کربن. 81
شکل ‏4‑18 جدا شدن لایه های به هم چسبیده الیاف کربن در کامپوزیت­های رزول/گرافن/ الیاف کربن. 81
شکل ‏4‑19 نمودارهای تست خمش با فاصله تکیه گاه کوتاه A (R/50CF/0G)، B (R/50CF/0.5G)، C (R/50CF/1G)، D (R/50CF/2G) و E (R/50CF/3G). 82
شکل ‏4‑20 نمودار ستونی نیروی پیش برنده شکست نمونه های با درصدهای مختلف از گرافن. 83
شکل‏4‑21 استحکام برشی نانوکامپوزیت های با ضخامت mm5 حاوی درصدهای مختلف گرافن. 85
شکل ‏4‑22 استحکام برشی نانوکامپوزیت های با ضخامت mm3 حاوی درصدهای مختلف گرافن. 86
شکل ‏4‑23 استحکام برشی نانوکامپوزیت های کربن/کربن با ضخامت mm5 حاوی درصدهای مختلف گرافن. 87
شکل ‏4‑24 استحکام برشی نانوکامپوزیت های کربن/کربن با ضخامت mm3 حاوی درصدهای مختلف گرافن. 88
شکل‏4‑25-  تصویر SEM از سطح شكست رزین فنولیک خالص بدون گرافن با بزرگ نمایی x500. 89
شکل‏4‑26 تصویر SEM از سطح شکست رزین فنولیک حاوی 5/0% وزنی گرافن با بزرگ نمایی الف ( x1000) و ب (x500) 90
شکل‏4‑27 تصویر SEM از سطح شكست رزین فنولیک حاوی 1% وزنی گرافن با بزرگ نمایی الف (x500) و ب (x5000) 91
شکل ‏4‑28 تصویر SEM از سطح شكست رزین فنولیک حاوی 2% وزنی گرافن با بزرگ نمایی الف (x500)، ب (x5000) و ج (x10000) 92
شکل‏4‑29 تصویر SEM از سطح شكست رزین فنولیک حاوی 3% وزنی گرافن با بزرگ نمایی الف (x5000) و ب (x493) 93
شکل‏4‑30 تصویر SEM از سطح شكست کامپوزیت رزین فنولیك/ الیاف کربن با بزرگ نمایی های الف (x2000)،              ب (x3000)، ج (x5000)، د (x14700) و ﻫ (x5000) 94
شکل ‏4‑31 تصویر SEM از سطح شكست کامپوزیت رزین فنولیك/ الیاف کربن با 5/0% وزنی گرافن با بزرگ نمایی           الف  x)14700) و ب (x 5000) 95
شکل ‏4‑32 تصویر SEM از سطح شكست کامپوزیت رزین فنولیك/ الیاف کربن با 1% وزنی گرافن با بزرگ نمایی های       الف x)3000)، ب (x14700)، ج (x5000) و د (x5000) 96
شکل ‏4‑33 تصویر SEM از سطح شكست کامپوزیت رزین فنولیك/ الیاف کربن با 2% وزنی گرافن با بزرگ نمایی الف و ب (x5000) 97
شکل ‏4‑34 تصویر SEM از سطح شكست کامپوزیت رزین فنولیك/ الیاف کربن همراه با 3% وزنی گرافن با بزرگ نمایی     الف x)3000) و ب (x5000) 98
شکل ‏4‑35 تصویر SEM از کامپوزیت کربن/کربن بدون نانو با بزرگ نمایی x1000. 99
شکل ‏4‑36 تصویر SEM از كامپوزیت كربن/كربن با 5/0% وزنی گرافن با بزرگ نمایی x1000. 99
شكل ‏4‑37 تصویر SEM از كامپوزیت كربن/كربن با 1% وزنی گرافن با بزرگنمایی x2000. 100
شكل ‏4‑38 تصویر SEM از كامپوزیت كربن/كربن با 2% وزنی گرافن با بزرگنمایی x1000. 100
شكل ‏4‑39 تصویر SEM ازكامپوزیت كربن/كربن با 3% وزنی گرافن با بزرگنمایی x1000. 101
شكل ‏4‑40 تصویر رزین فنولیک خالص كربنیزه شده 101
شكل ‏4‑41 تصویر رزین فنولیک كربنیزه شده حاوی 1% وزنی گرافن. 102
شكل ‏4‑42 طیف FTIR رزین فنولیک خالص پخت شده و پخت نشده 103
شکل ‏4‑43 شماتیک واکنش بین صفحات گرافن اکساید و رزین فنولیک… 104
شكل ‏4‑44 طیف FTIR رزین فنولیک پخت شده خالص و دارای 1% وزنی گرافن. 104
شکل ‏4‑45 مقایسه پیک FTIR  ناحیه استری رزین فنولیک پخت شده خالص و دارای 1% وزنی گرافن. 105
7. 106
شکل ‏4‑47 نمودار TGA رزین فنولیک خالص و رزین فنولیک حاوی درصدهای مختلف گرافن. 108
شکل ‏4‑48 نمودار DTG رزین فنولیک خالص و رزین فنولیک حاوی درصدهای مختلف گرافن. 108
فهرست جداول
جدول ‏2‑1 مشخصات رزین فنولیک تقویت نشده 15
جدول ‏2‑2 فرمولاسیون نمونه های تهیه شده 31
جدول ‏2‑3 مدول یانگ و استحکام کششی نانوکامپوزیت فنولیک با درصدهای مختلف از گرافن اکساید. 32
جدول ‏2‑4 خواص رزین اپوکسی و نانوکامپوزیت حاصل از آن. 33
جدول ‏2‑5 خواص کششی نانوکامپوزیت  های اپوکسی.. 34
جدول ‏2‑6 میزان ذغال گذاری رزین خالص و نانوکامپوزیت رزین فنولیک با درصدهای مختلف از گرافن و نانو الیاف کربن. 44
جدول ‏3‑1 مواد اولیه مورد استفاده در پروژه 51
جدول ‏3‑2 مشخصات رزین فنولیک رزول. 52
جدول ‏3‑3 مشخصات عمومی الیاف کربن. 53
جدول ‏3‑4 مشخصات نانو ذره گرافن. 53
جدول ‏3‑5 تجهیزات و دستگاه ها 54
جدول ‏3‑6 كد گذاری و تركیب درصد نمونه های گرافن/رزول/الیاف کربن. 57
جدول ‏3‑7 كد گذاری و تركیب درصد نمونه های كربنیزه شده گرافن/رزول/الیاف کربن. 57

فصل اول

1-1-تصمیم گیری چند معیاره…………………….. 4

1-1-1-مولفه های تصمیم گیری چندمعیاره………………..     5

1-1-2-تجزیه و تحلیل چند هدفی در مقابل تصمیم گیری چند شاخصه   5

1-1-3- چارچوبی برای تجزیه و تحلیل تصمیم گیری چندمعیاره مکانی      7

1-1-3-1- تعریف مسئله…………………………….. 9

1-1-3-2- معیارهای ارزیابی……………………….. 10

1-1-3-3-گزینه ها……………………………….. 10

1-1-3-4- وزن های معیار………………………….. 11

1-1-3-5- قواعد تصمیم گیری………………………….     11

1-1-3-6-تجزیه و تحلیل حساسیت…………………….. 11

1-1-3-7-……………………………………. پیشنهادها    12

1-2-فرایند تحلیل سلسله مراتبی………………… 14

1-2-1- اصول فرایند تحلیل سلسله مراتبی…………….. 15

1-2-2- مزایای فرایند تحلیل سلسله مراتبی…………… 16

1-3- وضع مدیریت مواد زائد جامد در شهرکرج………. 16

1-3-1-مولفه های مدیریت مواد زائد جامد شهری             16

1-3-2-مدیریت مواد زائد جامد شهری در شهر کرج            18

1-4-انتخاب روش دفع مواد زائد جامد…………….. 18

1-5- دفن بهداشتی……………………………. 20

1-5-1-روش های مهندسی دفن بهداشتی…………………. 22

1-6-مرور چند روش مکان یابی محل دفن مواد زائد جامد. 25

1-6-1- روش دراستیک……………………………… 25

1-6-2- روش MPCA ………………………………. 26

1-6-3- روش الک کردن منطقه ای و محلی………………. 27

1-6-4- نتیجه گیری از بررسی روش ها………………… 27

1-7-دستورالعمل ها و ضوابط در مورد مکان یابی محل دفن مواد زائد جامد………………………………………….. 28

      1-7-1- سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده آمریکا   28

1-7-2- معیارها و ضوابط ایالت بریتیش کلمبیا در کشور کانادا    29

1-7-3- معیارها و ضوابط ارائه شده توسط سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور 29

1-7-4- دستورالعمل ارائه شده توسط سازمان حفاظت محیط زیست ایران     30

8-1-تعاریف قانونی و قوانین مربوط به مکان یابی محل دفن پسماند 31

فصل دوم

–پیشینه تحقیق……………………………………. 34

2-1- سوابق داخلی……………………………….. 34

2-2- منابع خارجی:………………………………. 40

 فصل سوم

3-1-معرفی منطقه مورد مطالعه 46

3-1-1- موقعیت شهرستان کرج 46

3-1-2- وضعیت آب و هوایی شهرستان کرج 46

‌3-1-3- ویژگی های جمعیتی شهرستان کرج 46

3-1-4- تعیین منطقه مورد مطالعه 47

3-2-مواد تحقیق 47

3-2-1- سخت افزار 49

3-2-2- نرم افزار 49

3-2-3- داده 50

3-2-3-1- کاربری اراضی و پوشش زمین 50

3-2-3-2- نقشه های رقومی توپوگرافی 1:50000 50

3-2-3-3- نقشه زمین شناسی 51

3-2-3-4- داده های هواشناسی 51

3-2-3-5- مراکز تاریخی و گردشگری 52

3-2-3-6- عمق آب زیرزمینی 52

3-2-3-7- نقشه خاکشناسی 52

3-2-3-8- مدل رقومی زمین( ده متری) 53

3-2-3-9- تصویر ماهواره ای IRS 53

3-2-3-10- زیستگاه های حساس 53

3-3- استانداردسازی فازی 53

3-3-1- استانداردسازی نقشه معیارها ( مشخصه ها) 53

3-3-2- استانداردسازی مشخصه ها با منطق فازی 54

3-4- مکان یابی محل دفن توسط فرایند تحلیل سلسله مراتبی 55

3-4-1- چارچوب مفهومی فرایند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) 55

3-4-2- ایجاد یک ساختار سلسله مراتب 55

3-4-3- مقایسه عناصر تصمیم گیری به صورت مقایسه زوجی 55

3-4-4- محاسبه وزن های اهمیت نسبی معیارها 56

3-4-5- بررسی سازگاری در قضاوت ها 57

3-4-7- روش مقایسه زوجی 58

3-5- وزندهی افزودنی ساده 62

 

 

3-6- تعیین حداقل مساحت مورد نیاز برای محل دفن مواد زائد جامد 64

3-6-1- میزان رشد جمعیت 64

3-6-2- تولید سالیانه مواد زائد جامد 64

3-6-3- ارتفاع و شکل محل دفن 65

فصل چهارم

1-4- تدوین معیارها 67

4-1-1- زیستگاه های حساس 67

4-1-2- کاربری و پوشش زمین 67

4-1-3- فاصله از فرودگاه 68

4-1-4- فاصله از قنات ها، چاه ها و چشمه ها 68

4-1-5- فاصله از منابع آب سطحی 68

4-1-6- فاصله از سطح آب زیرزمینی 69

4-1-7- فاصله از شبکه راه ها و راه آهن 69

4-1-8- فاصله از سکونتگاه ها 70

4-1-9- فاصله از خطوط انتقال نیرو 70

4-1-10- فاصله از صنایع و معادن 70

4-1-11- فاصله از مراکز تاریخی و گردشگری 71

4-1-12- فاصله گسل ها 71

4-1-13- آب و هوا 71

4-1-14- سیل خیزی با دوره بازگشت یکصد ساله 72

4-1-15- ویژگی های خاک 72

4-1-16- شیب زمین 73

4-1-17- قابلیت دید 74

4-1-18- جمع بندی معیارها در مکان یابی محل دفن بهداشتی برای شهر کرج 74

4-2- ساختار سلسله مراتبی 100

4-3- نتایج فرایند مکان یابی محل دفن مواد زائد جامد شهری کرج 101

4-3-1- استانداردسازی 101

4-3-2- وزن نسبی هر یک از مشخصه ها 102

4-3-4- تعیین حداقل مساحت مورد نیاز برای محل دفن مواد زائد جامد 105

4-3-5-نقشه مناسبیت و اولویت بندی محل های دفن 106

فصل پنجم

5-1- تدوین معیارهای در مکان یابی محل دفن بهداشتی برای شهر کرج 110

5-2- مکان یابی و تصمیم گیری چندمعیاره 110

5-2-1- استانداردسازی فازی و سامانه اطلاعات جغرافیایی 111

5-2-2- فرایند تحلیل سلسله مراتبی 112

5-3- مدیریت مواد زائد و دفن بهداشتی 112

5-4- خطاهای احتمالی و منابع آن 114

5-5- نتیجه گیری 115

5-6- پیشنهادها 116

منابع مورد استفاده 118

ضمیمه 123

فهرست جدول ها

جدول 1-1- تفاوت های بین تصمیم گیر ی چند هدفی با تصمیم گیری چندشاخصه 6

جدول 1-2-جدول مقایسه مراحل روش مبتنی بر مقدار و روش مبتنی بر گزینه 9

جدول1-3- مشخصات مرکز دفن باغستان 24

جدول 1-4- مشخصات مرکز دفن حلقه دره 24

جدول 1-5- وزن هر کدام از هفت معیار در روش دراستیک. 26

جدول 2-1 معیارهای به کار رفته در تحقیقات و بررسی های انجام شده 44

جدول 3-1-  حالات مختلف برای مقایسه زوجی و مقادیر عددی آن 57

جدول 3-2- ماتریس مقایسه زوجی 59

جدول 3-3- انجام مراحل سه گانه برای دست آوردن وزن نسبی برای مثال ذکر شده 60

جدول 3-4- محاسبات مربوط به مرحله اول و دوم برای محاسبه نرخ سازگاری 60

جدول 3-5- رابطه بین تعداد معیارها و شاخص تصادفی بودن 61

جدول 4-1- درصد فراوانی باد در ایستگاه های هواشناسی کرج و کشاورزی کرج 86

جدول 4-2- استاندارد سازی زیر معیارهای فاصله و حریم ها 101

جدول 4-3- استاندارد سازی معیارهای ویژگی های فیزیکی سرزمین، کاربری اراضی، قابلیت دید و زیستگاه های حساس 102

جدول 4-4- وزن نسبی معیارهای اصلی و نرخ سازگاری مقایسه زوجی برای مکان یابی محل دفن پسماند 103

جدول 4-5- وزن نسبی زیر معیارهای ویژگیهای فیزیکی سرزمین و نرخ سازگاری مقایسه زوجی 103

جدول 4-6- وزن نسبی زیر معیارهای قابلیت دید 103

جدول 4-7- وزن نسبی زیر معیارهای فاصله و حریم ها و نرخ سازگاری مقایسه دوطرفه 104

جدول 4-8- وزن نسبی کاربری ها و نرخ سازگاری مقایسه زوجی 104

جدول 4-9- مساحت و امتیاز کسب شده توسط هر یک از مکان های حاصل از فرایند تحلیل سلسله مراتب 106

فهرست شکل ها

شکل 1-1- ورودی و خروجی در تجزیه و تحلیل تصمیم گیری چند معیاره مکانی 8

شکل 1-2 – چارچوب تجزیه و تحلیل تصمیم گیری چندمعیاره مکانی. 9

شکل1-3- سلسله مراتب مربوط به نمونه ای از مکان یابی 13

شکل 1-4- سلسله مراتب مولفه های مدیریت مواد زائد جامد 17

شکل 1-5- روش دفن سطحی 22

شکل1-6- روش دفن سراشیبی 23

شکل1-7- روش دفن ترانشه ای 23

شکل 3-1- موقعیت منطقه مورد مطالعه 48

شکل4-1- نقشه کاربری های موجود و پوشش زمین در محدوده مورد مطالعه 75

شکل 4-2- نقشه دشت های سیلابی در محدوده مورد مطالعه 76

شکل 4-3- نقشه فرودگاه، راه ها و سکونتگاه ها در محدوده مورد مطالعه 77

شکل 4-4- نقشه پراکنش قنات ها، چاه ها و چشمه ها در محدوده مورد مطالعه 78

شکل 4-5- نقشه منابع آب های سطحی در محدوده مورد مطالعه 79

شکل 4-6- نقشه خطوط انتقال نیرو در محدوده مورد مطالعه 80

شکل 4-7- نقشه پراکنش صنایع و معادن در محدوده مورد مطالعه 81

شکل 4-8- نقشه موقعیت گسلهای اصلی و فرعی در محدوده مورد مطالعه 82

شکل 4-9- نقشه دمای حداقل در سردترین ماه های سال در محدوده مورد مطالعه 83

شکل 4-10- نقشه بارندگی در محدوده مورد مطالعه 84

شکل 4-11- گلباد سالانه ایستگاه هواشناسی کرج 85

شکل 4-12- گلباد سالانه ایستگاه هواشناسی کشاورزی کرج 85

شکل 4-13- نقشه جهت شیب زمین در محدوده مورد مطالعه 87

شکل 4-14- نقشه شایستگی برای شیب زمین جهت مکان یابی محل دفن مواد زائد جامد شهر کرج 88

شکل 4-15- نقشه پراکنش مکان های تاریخی و گردشگری در محدوده مورد مطالعه 89

شکل 4-16- نقشه عمق آب زیرزمینی در محدوده مورد مطالعه 90

شکل 4-17- نقشه خاکشناسی در محدوده مورد مطالعه 91

شکل 4-18- نقشه شایستگی نفوذپذیری خاک برای مکان یابی محل دفن مواد زائد جامد شهر کرج 92

شکل 4-19- نقشه شایستگی عمق خاک برای مکان یابی محل دفن مواد زائد جامد شهر کرج 93

شکل 4-20- نقشه شیب زمین در محدوده مورد مطالعه 94

شکل4-21- قابلیت دید از راه ها در محدوده مورد مطالعه 95

شکل 4-22- قابلیت دید از مناطق مسکونی در محدوده مورد مطالعه 96

شکل 4-23- موقعیت منطقه مورد مطالعه بروی تصویر ماهواره ای 97

شکل 4-24- موقعیت منطقه حفاظت شده البرز مرکزی در محدوده مورد مطالعه 98

شکل 4-25- ساختار سلسله مراتبی بکار رفته  در مکان یابی محل دفن مواد زائد جامد شهر کرج 100

شکل 4-26- نقشه شایستگی نهایی در محدوده مورد مطالعه 106

شکل 4-27- نقشه اولویت بندی مناطق مناسب دارای حداقل مساحت برای محل دفن بهداشتی مواد زائد جامد شهر کرج 108

چکیده:

یکی از اثرات افزایش جمعیت در مناطق شهری افزایش زباله و مشکل دفع آن است. مشکل دفع مواد زائد جامد اغلب از انتخاب مکان مناسب دفن در خارج سکونتگاه ها ناشی می شود. برای تعیین این محل معیارهای متعددی دخالت دارند که هر کدام به نوبه خود حائز اهمیت هستند و این معیارها محدودیت هایی نیز ایجاد می کنند.

شهر کرج برای انجام مکان یابی انتخاب گردید. برای مکان یابی محل دفن مواد زائد از ارزیابی چند معیاره و فرایند تحلیل سلسله مراتبی استفاده شد. ابتدا معیارهای موثر در مکان یابی شناسایی و در ساختار سلسله مراتبی قرار گرفتند. پنج دسته معیار اصلی که عبارتند از معیار فاصله و حریم ها [1]، معیار ویژگی های فیزیکی سرزمین[2]، معیار قابلیت دید[3]، معیار کاربری اراضی و زیستگاه های حساس مورد استفاده قرار گرفت.

این معیارها با توابع فازی استاندارد و با بهره گرفتن از مقایسه زوجی وزن گذاری شدند. در ادامه با بهره گرفتن از روش وزندهی افزودنی ساده، نقشه شایستگی تهیه شد. با در نظر گرفتن شایستگی و اعمال نمودن حداقل مساحت و میانگین گیری از مقدار شایستگی هر مکان، اولویت هر مکان مشخص شد.

از کل منطقه مورد مطالعه با مساحت 130662 هکتار میزان 513/6861 هکتار در پنج منطقه، معادل 3/5 درصد منطقه مورد مطالعه مناسب برای استقرار محل دفن تشخیص داده شد. با اجرای روش فرایند تحلیل سلسله مراتبی مشخص شد که این روش کارا و قابل کاربرد برای حل مسائل تصمیم گیری چندمعیاره مکانی است. همراه شدن این روش با منطق فازی، قابلیت استفاده ساده و کاربرد در محیط سامانه اطلاعات جغرافیایی، لحاظ نمودن وزن و اهمیت نسبی هر مشخصه و گزینه موجب بالا رفتن کارایی این روش شده است.

واژگان کلیدی: مکان یابی، محل دفن بهداشتی، مواد زائد جامد شهری، ارزیابی چند معیاره،  معیار ، فرایند تحلیل سلسله مراتبی، سامانه اطلاعات جغرافیایی، روش وزندهی افزودنی ساده، شایستگی 

[1]- فاصله از فرودگاه- فاصله از قنات، چاه ها و چشمه ها – فاصله از منابع آب های سطحی – فاصله از سطح آب زیرزمینی – فاصله از شبکه راه ها و راه آهن – فاصله از سکونتگاه ها – فاصله از مراکز تاریخی و گردشگری – فاصله از خطوط انتقال نیرو – فاصله از صنایع و فاصله از گسل ها است.

[2] دما – بارندگی – شدت و جهت باد – سیل خیزی با دوره بازگشت یکصد ساله – عمق خاک – نفوذپذیری خاک و شیب زمین

[3]- قابلیت دید ازمناطق مسکونی و قابلیت دید از راه ها و جاده ها

1-1-تصمیم گیری چند معیاره

مسائل متنوع محیط زیستی و پیچیدگی هایی که در روند شکل گیری و حل آن وجود دارد، تصمیم گیری و فرایند سیاست گذاری مبتنی بر اطلاعات جامع و مدل سازی آن ها را ضروری می نماید. ارتباط متقابل بین مسائل محیط زیستی، صنعتی، اجتماعی و سیاسی رو به رشد سریع بر پیچیدگی های سیستم های ناحیه ای می افزاید. پیگیری توسعه پایدار در برنامه ریزی های محیطی و حفظ منابع طبیعی و انسانی نوعی خاص از روش شناسی را طلب می کند تا بتوان با بهره گرفتن از یک دیدگاه نظام یافته و در نظر گرفتن مجموعه عوامل گوناگون به تصمیم گیری در سطوح خرد و کلان پرداخت. توسعه گردشگری، حفظ مناظر زیبای طبیعی، گسترش مناطق حفاظت شده طبیعی و مکان یابی مراکز خدمات،

فصل اول: مقدمه. 3
1-1- بیان مسئله. 3
1-2- اهمیت و اهداف پروژه. 5
فصل دوم: مروری بر مطالعات انجام شده. 7
2-1- پلیمریزاسیون تعلیقی.. 9
2-1-1- دور همزن.. 9
2-1-2- غلظت پایدار کننده. 10
2-2-  سیلیکات­های لایه ای.. 11
2-3- هدف از اصلاح سطحی نانوخاک رس و روش­های آن.. ….15
2-4-  هدف از اصلاح سطح و لبه صفحات خاک رس توسط اصلاح کننده های سیلانی و چگونگی پیوند خوردن آن بر سطح   18
2-5-  ساختار نانو کامپوزیت­های سیلیکاتی لایه ای.. 19
2-5-1- نانوکامپوزیت لخته ای.. 19
2-5-2- نانوکامپوزیت میان لایه ای.. 19
2-5- 3- نانوکامپوزیت ورقه ورقه شده. 20
2-6- روش­های تهیه نانو کامپوزیت­های حاوی خاک رس… 20
2-6-1-  روش فیزیکی.. 21
2-6-1-ا- روش محلولی.. 21
2-6-1-ب- روش اختلاط مذاب… 22
 
2-6-2- روش شیمیایی.. 24
2-6-2-ا- روش پلیمریزاسیون  درجا 24
2-7- روش­های شناسایی مورفولوژی نانوکامپوزیت­ها 25
2-7-1- پراش اشعه ایکس…. 27
2-7-2- میکروسکوپ الکترونی عبوری.. 28
2-8-  خواص نانوکامپوزیت­ها 28
2-9-  بررسی کار­های انجام شده. 30
فصل سوم : تجربی.. 45
3-1-مواد مصرفی.. 45
3-2-اصلاح مجدد نانو ذرات خاک رس… 48
3-3-تهیه مخلوط حاوی مونومر / خاک رس… 49
3-4- تهیه نانوکامپوزیت پلیمر/ خاک رس اصلاح شده. 49
3-4-1- تهیه پلی متیل متاکریلات به روش سوسپانسیونی.. 49
3-4-2- تهیه نانوکامپوزیت­های پلی متیل متاکریلات / خاک رس اصلاح شده به روش پلیمریزاسیون سوسپانسیونی­درجا 50
3-4-3- تهیه نانوکامپوزیت به روش اصلاح درجا و پلیمریزاسیون درجا 53
3-5- دستگاه­ها و آزمون­های مورد استفاده جهت بررسی نوع ساختار و خواص حرارتی و مکانیکی نانو کامپوزیت­ها 54
3-5-1- آزمون طیف سنجی زیر قرمز(FTIR). 54
3-5-2- آزمون پراش اشعه ایکس(XRD). 54
3-5-3- آزمون گرماوزن سنجی(TGA). 55
3-5-4- آزمون خواص گرمایی دینامیکی- مکانیکی(DMTA). 55
3-5-5-  آزمون میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM). 55
3-5-6- آزمون اندازه گیری زاویه تماس(Contact angle). 56
 
3-5-7- آزمون اندازه گیری درصد ژل(Gel content). 56
فصل چهارم : نتیجه گیری و پیشنهادات… 58
4-1- نتیجه گیری.. 58
4-2- پیشنهادات… 61
منابع 62
فهرست اشکال
شکل 2-1 ساختار خاک رس مونت موریلونیت… 13
شکل 2-2ریز ساختار مونت موریلونیت 14
شکل 2-3  تصویری از اصلاح لایه ­های خاک رس توسط کاتیون­های آلی.. 16
شکل 2-4  مدل­های رشد زنجیره­های آلکیلی، a: زنجیره­های کوتاه، b: زنجیره های متوسط، c : زنجیره­های بلند   17

 

شکل2-5   a : واکنش هیدرولیز.b :واکنش تراکمی.. 18
شکل 2-6  انواع ساختار­های نانوکامپوزیت­ پلیمر / خاک رس، a : ساختار لخته ای، b: ساختار میان لایه ای، c: ساختار ورقه ورقه ای بانظم ، d: ساختار ورقه ورقه ای بی نظم.. 20
شکل 2-7  نفوذ زنجیره­های پلیمر درون صفحات خاک رس به روش محلولی.. 22
شكل2-8  شمایی ازتهیه نانوکامپوزیت به روش لاتکس…. 22
شكل 2-9  شمایی از تهیه نانوکامپوزیت­ به روش مذاب زنجیره­های پلیمری.. 23
شكل 2-10  شمایی از تهیه نانوکامپوزیت به روش پلیمریزاسیون درجا 25
شكل 2-11 حالت­های مختلف پراکنش ذرات خاک رس اصلاح شده در ماتریس پلیمری با بهره گرفتن از آزمون­های پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی عبوری.. 26
شكل 2-12 طرحی از پراش اشعه ایکس…. 27
شكل2-13 بهبود خواص سدی نانوکامپوزیت با حضور نانو ذرات خاک رس… 30
شكل 2-14 ساختار مولکولی اصلاح کننده­ها، a : چهاروجهی کوکو آمین ، b : تری متوکسی وینیل سیلان.. 35
شكل 2-15 مراحل اصلاح خاک رس کلوزیت 20A و تهیه نانوکامپوزیت پلیمر / خاک رس… 39
شكل 3-1 ساختار یون­های آمونیومی اصلاح کننده­ های خاک رس معدنی.. 47
شكل 3-2 ساختار اصلاح کننده­ های سیلانی.. 47
شکل3-3 شمایی از یک قطره نانو کامپوزیت… 50
فهرست جداول
جدول 2-1 ساختار شیمیایی خاک های رس­ اسمکتیت رایج، M :کاتیون تک ظرفیتی ، X :درجه جانشینی کاتیون­های هم ریخت درصفحات هشت وجهی.. 13
جدول 2-2 نتایج آزمون پراش اشعه ایکس]50[. 31
جدول 2-3 نتایج آزمون پراش اشعه ایکس برای خاک رس اولیه و اصلاح شده ونانو کامپوزیت های تهیه شده با آنها]53[. 36
جدول 2-4 نتایج آزمون پراش اشعه ایکس]54[. 37
جدول 2-5  نتایج آزمون پراش اشعه ایکس برای خاک رس اولیه و اصلاح شده و نانو کامپوزیت های تهیه شده]55[. 40
جدول 2-6 نتایج آزمون پراش اشعه ایکس برای خاک رس اولیه و اصلاح شده]56[. 42
جدول 3-1 مشخصات مواد شیمیایی استفاده شده. 45
جدول 3-2 مقادیر مونومر و خاک­های رس یک و دوبار اصلاح شده. 49
جدول 3-3 دستور العمل تهیه  نانوکامپوزیت های NKT و NKD دردرصد های وزنی 1و3.. 51
جدول 3-4 دستورالعمل تهیه نانوکامپوزیت­های تهیه شده با خاک رس دوبار اصلاح شده. 52
جدول 3-5 دستورالعمل تهیه نانوکامپوزیت هایNKTMPS دردرصدهای وزنی مختلف…. 52
جدول 3-6 دستورالعمل تهیه نانوکامپوزیت های تهیه شده به روش اصلاح درجا 53
جدول 3-7 دستورالعمل تهیه نمونه ها جهت بررسی مقدار ژل.. 57
 

چکیده

دراین تحقیق،  نانو کامپوزیت­های پلی متیل متاکریلات / خاک رس، حاوی درصد­های وزنی مختلفی از خاک­رس (براساس ماده معدنی موجود در ساختار آنها)  به روش پلیمریزاسیون سوسپانسیونی درجا تهیه شدند. خاک­های رس­ یکبار اصلاح شده مصرفی مشتمل بر خاک­های رس کانیپیا تی(KT) و کانیپیا دی(­KD­) بودند که به ترتیب توسط نمک­­های تری متیل اکتا دسیل آمونیوم برماید(TMO) و دی متیل دی اکتا دسیل آمونیوم برماید(DMO) که از نظر تعداد زنجیره آلکیلی موجود در ساختارشان با یکدیگر متفاوت هستند آلی شده ­اند. آزمون­های پراش اشعه ایکس، گرماوزن سنجی و گرمایی دینامیکی – مکانیکی بر روی نانو کامپوزیت­های تهیه شده انجام شد. نتایج آزمون پراش اشعه ایکس برای نمونه هایی با 3 % وزنی از خاک رس یکبار اصلاح شده نشان دادند که ساختار  نانوکامپوزیت­های تهیه شده از نوع میان لایه ای است . همچنین با افزایش درصد وزنی خاک رس یکبار اصلاح شده درون ماتریس پلیمری، پایداری حرارتی و خواص گرمایی دینامیکی – مکانیکی شامل مدول و دمای انتقال شیشه ای نمونه­های نانوکامپوزیتی افزایش یافت.
درمرحله دیگر از این تحقیق، خاک رس یکبار اصلاح شده KT توسط اصلاح کننده های سیلانی  3- متاکریلوکسی پروپیل تری متوکسی سیلان (MPS) و N- (n-بوتیل)-3-آمینوپروپیل تری متوکسی سیلان (1189) مجددا اصلاح شد. اصلاح مجدد خاک­رس KT با هدف اصلاح لبه­ها به منظور افزایش سازگاری بین خاک رس و پلیمر صورت گرفت تا با توزیع مناسب خاک رس دوبار اصلاح شده درون بستر پلیمری و بر هم کنش قوی در فصل مشترک خاک رس و ماتریس پلیمری، خواص نانو کامپوزیت نهایی بهبود یابد. اصلاح کننده­ های سیلانی یاد شده دارای گروه­های متوکسی هستند که پس از هیدرولیز، قابلیت اتصال به لبه­ها را ازطریق انجام واکنش تراکمی با گروه­های هیدروکسیل موجود در لبه­ها پیدا می­ کنند. اصلاح کننده سیلانی MPS ازجمله اصلاح کننده های فعال است که دارای گروه وینیلی در انتهای ساختار خود می باشد، درحالیکه اصلاح کننده سیلانی 1189 یک اصلاح کننده غیر فعال به شمار می آید که توانایی شرکت در واکنش­های پلیمریزاسیون را ندارد. آزمون­های  پراش اشعه ایکس، گرماوزن سنجی، طیف سنجی زیر قرمز و اندازه گیری زاویه تماس برروی خاک ­های رس دوبار اصلاح شده انجام شد . نتایج مربوط به آزمون پراش اشعه ایکس حاکی از افزایش فاصله بین صفحات خاک­های رس دوبار اصلاح شده بود که پس از شستشوی خاک­های رس دوبار اصلاح شده با تولوئن، فاصله بین صفحات کاهش یافت. نتایج آزمون گرماوزن سنجی نشان می دهد که مقدار ماده معدنی باقی مانده در خاک­های رس دوبار اصلاح شده کمتر شده است. همچنین طیف­های مربوط به اعدادموجی ساختار­ اصلاح کننده­ های سیلانی در آزمون طیف سنجی زیر قرمز مشاهده شد که حضور اصلاح کننده­ های سیلانی در ساختار خاک رس را تائید می کنند . نتایج آزمون اندازه ­گیری زاویه تماس نشان داد که با اصلاح مجدد خاک رس یکبار اصلاح شده ماهیت آب گریزی ماده بیشتر شده است. نانوکامپوزیت­های متشکل از پلیمر / خاک­ رس دوبار اصلاح شده در 3% وزنی تهیه شدند و تحت آزمون پراش اشعه ایکس قرار گرفتند. نتایج نشان داد که فاصله بین صفحات در نانوکامپوزیت­های حاوی خاک رس دوبار اصلاح شده با مقدار  nm77/3 نسبت به فاصله بین صفحات درنانوکامپوزیت حاوی خاک رس یکبار اصلاح شده بامقدارnm 6/3 افزایش داشته است که این امر به سازگاری هرچه بیشتر خاک رس دوبار اصلاح شده و پلیمر نسبت داده شد. همچنین پایداری حرارتی نانوکامپوزیت­های حاوی 3% وزنی از خاک رس دوبار اصلاح شده در مقایسه با پلیمر خالص بیشتر شده است.
از سوی دیگر،  نانو کامپوزیت­های پلی متیل متاکریلات حاوی خاک رس دوبار اصلاح شده با MPS، در درصد ­های وزنی 25/0، 5/0، 75/0 و 1 تهیه شدند و آزمون­های مختلفی همچون اندازه گیری درصد ژل ، گرمایی دینامیکی – مکانیکی بر روی آنها انجام شد. بر اساس ننایج حاصله، با افزایش درصد وزنی خاک رس دوبار اصلاح شده، درصد ژل افزایش یافت. همچنین مدول و دمای انتقال شیشه ای برای نانوکامپوزیت­های حاوی 25/0% تا 5/0% وزنی ازخاک رس روندی صعودی را نشان داد که با افزایش درصد وزنی خاک رس دوبار اصلاح شده به میزان 75/0% و 1% وزنی روند نزولی مشاهده شد. تصاویر گرفته شده توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری از نانوکامپوزیت حاوی 5/0% وزنی از خاک رس دوبار اصلاح شده نشان­دهنده توزیع مناسب صفحات خاک رس درون بستر پلیمری با ساختار ورقه ورقه شده هستند، اگرچه اندکی ساختار میان لایه­ای نیز قابل مشاهده است. همچنین مدول  نانوکامپوزیت­ تهیه شده با 5/0% وزنی از خاک رس دوبار اصلاح شده با مقدار 07/1 GPa درمقایسه با مدول نانوکامپوزیت حاوی 5/0% از خاک رس یکبار اصلاح شده KT با مقدارGPa 86/0افزایش چشم­گیری را نشان داد. علاوه بر این،  نتایج آزمون حرارتی دینامیکی – مکانیکی  مربوط به نانوکامپوزیت حاوی 5/0%وزنی از خاک رس دوبار اصلاح شده تقریبا معادل نتایج مربوط به نانوکامپوزیت تهیه شده با 3% وزنی از خاک رسKT است. درنتیجه با درصدکمتری­ازخاک­رس­دوباراصلاح­شده­می­توان­به­خواص­مکانیکی­بالاتری­دست­یافت.
کلیدواژه : پلی متیل متاکریلات، نانو ذرات خاک رس ،  نانوکامپوزیت، پلیمریزاسیون سوسپانسیونی، درجا

فصل اول

 

مقدمه

در این فصل به کلیاتی در مورد بیان مسئله، اهمیت و اهداف این پژوهش پرداخته خواهد شد.

1-1   بیان مسئله

نانو کامپوزیت ها از توزیع یا پراکنش ذرات نانو در یک ماتریس تشکیل می شوند. ماتریس می تواند یک جزئی یا چند جزئی باشد و ممکن است حاوی موادی باشد که خاصیت هایی همچون تقویت کنندگی، چقرمگی و هدایت کنندگی را به سیستم وارد کند.
واژه نانوکامپوزیت، به کامپوزیت هایی که حداقل یکی از ابعاد فاز پراکنده در آن در مقیاس نانوباشد، اطلاق می شود. نانو کامپوزیت ها براساس ابعاد ذرات فاز پراکنده به سه دسته تقسیم می شوند :

• هر سه بعد فاز پراکنده در مقیاس نانومتری هستند. به عنوان مثال ذرات سیلیکای کروی به دست آمده با روش سل– ژل یا پلیمریزاسیون درجا از این دسته اند.
• دو بعد از فاز پراکنده در مقیاس نانومتری هستند و بعد سوم بزرگ تر از 100 نانومتر است. در این حالت یک ساختار کشیده شده ، ایجاد می شود که نانو لوله ها از این دسته هستند. تقویت انواع زمینه های فلزی، سرامیکی و پلیمری توسط نانو لوله ها امکان پذیر است.

 

• فاز پراکنده فقط دارای یک بعد در مقیاس نانو متری است. در این مورد پرکننده به صورت ورقه هایی با ضخامت یک یا چند نانو متر و با طول صد ها یا هزاران نانو متر می باشد. خاک رس در بین سیلیکات های لایه ای بیشتر