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

فهرست مطالب

فصل اول

1-1-کاتالیزگرها 2

1-1-1-انواع کاتالیزگرها 2

1-1-1-1-کاتالیزگر همگن.. 2

1-1-1-2-کاتالیزگر ناهمگن.. 3

1-1-2-روش­های افزایش سطح کاتالیزگر. 3

1-1-3-بسترکاتالیزگر. 4

1-1-3-1-کربن فعال. 5

1-1-3-1-1-انواع کربن فعال. 6

1-1-3-1-2-ساختار کربن فعال. 7

1-1-3-1-3-اندازه و ساختار منافذ کربن فعال. 8

1-1-3-1-4-ویژگی­های کربن فعال. 9

1-1-4-واکنش اپوکسایش کاتالیزوری آلکن­ها 10

1-1-4-2-اپوکسایش آلکن­ها با کاتالیزگرهای حاوی مولیبدن. 11

1-1-4-3-مروری بر کارهای گذشته. 12

فصل دوم

2-1-بررسی اپوسایش آلکن­ها توسط سیستم­های کاتالیزوری ناهمگن مولیبدن و بازشیف مولیبدن تثبیت شده بر روی کربن فعال عامل­دار شده 21

2-1-1-مواد بکار گرفته شده 21

2-1-2-دستگاه­های بکار گرفته شده 22

2-1-2-1-دستگاه کروماتوگرافی گازی (GC) 22

2-1-2-2-دستگاه آنالیز عنصری (CHN) 23

2-1-2-3-دستگاه طیف سنج فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR) 23

2-1-2-4-دستگاه ICP. 23

2-1-2-5-دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) 23

2-1-2-6-دستگاه آنالیز حرارتی (TG/DTA) 23

2-1-3-بررسی اپوکسایش آلکن­ها بوسیله ی سیستم­های کاتالیزوری ناهمگن مولیبدن تثبیت شده بر روی کربن فعال عامل­دار شده 24

2-1-3-1-عامل­دار کردن کربن فعال با گروه کربوکسیلیک اسید. 24

2-1-3-2-عامل­دار کردن کربن فعال با تیونیل کلراید. 24

2-1-3-3-تثبیت لیگاند دی­اتیلن­تری­آمین (dien) بر روی کربن فعال(AC) 25

2-1-3-4-واکنش سالیسیل آلدهید با کربن فعال عامل­دار شده 25

26

(acac) 26

(acac) 27

2-1-4-تهیه اکسنده اوره هیدروژن­پراکسید. 27

2-1-5-اپوکسایش آلکن­ها با ترشیوبوتیل هیدروژن پراکسید با کاتالیزگرAC-dien-MoO2(acac) ……………. 29

2-1-5-1-اثر نوع حلال. 28

2-1-5-2-اثر نوع اکسنده 28

2-1-5-3-اثر زمان. 29

2-1-5-4-اثر مقدار کاتالیزگر. 29

2-1-5-5-اثر مقدار اکسنده 30

2-1-5-6-اثر مقدار حلال. 30

2-1-5-7-اثر دما 30

2-1-5-8-بازیابی کاتالیزگر ناهمگن مولیبدن در اپوکسایش سیکلواکتن.. 31

(acac) 31

(acac) 31

فصل سوم

3-1-اهمیت و هدف از انجام پژوهش… 33

(acac. 36

3-2-2-آسیله کردن کربن فعال. 36

3-2-3-آمین­دار کردن کربن فعال. 37

(acac) 38

 

3-2-5-لیگاند باز شیف بر روی بستر کربن فعال. 39

(acac) 40

3-2-7-بررسی مورفولوژی با میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM.. 41

3-2-8-آنالیز عنصری CHN و ICP. 43

3-2-9-آنالیز حرارتی (TG/DTA) 43

3-3-بررسی ویژگی­های کاتالیزوری کاتالیزگرهای ناهمگن تهیه شده و بهینه سازی عوامل موثر در اپوکسایش سیکلواکتن   46

3-3-1-بررسی اثر نوع حلال. 46

3-3-2-بررسی اثر نوع اکسنده 50

3-3-3-بررسی اثر زمان. 52

3-3-4-بررسی اثر مقدار کاتالیزگر. 55

3-3-5-بررسی اثر مقدار اکسنده 57

3-3-6-بررسی اثر مقدار حلال. 60

3-3-7-بررسی اثر دما 62

(acac) در  اپوکسایش سیکلواکتن   65

(acac) در اپوکسایش آلکن­های دیگر  67

(acac) 70

3-4-نتیجه گیری.. 72

3-5-آینده نگری.. 74

پیوست.. 75

منابع: 76

فهرست شکل­ها

شکل 1-1: تصویری از کربن فعال پودری،گرانوله و فیبری و کربن نانوتیوب (به ترتیب از چپ به راست). 6

شکل 1-2: تصویر قطعات کربنی منحنی شکل، شامل حلقه­های پنج ضلعی، شش ضلعی، هفت ضلعی.. 7

شکل 1-3: انواع منافذ در کربن فعال. 8

شکل 1-4: مکانیسم شلدون در اپوکسایش آلکن­ها 10

شکل 1-5: مکانیسم شارپلس در اپوکسایش آلکن­ها 11

شکل 1-6: چرخه کاتالیزوری جابه جا شدن اکسیژن به اولفین­ها با اکسنده ترشیوبوتیل هیدروژن پراکسید و کاتالیزگر مولیبدن  12

 شکل 1-7: مراحل آماده سازی کاتالیزگر Mo-APTS-A. 14

شکل 1-8: شمای سنتزی کاتالیزگر L1@ACox-  MnII 15

@ACox-  MnII 16

(acac)@DAB-MWCNT]. 17

شکل 1-12: تثبیت کمپلکسی از مس روی سطح کربن فعال اصلاح شده 19

شکل 1-13: تثبیت کمپلکسی از نیکل روی سطح کربن فعال اصلاح شده. 19

26

(acac) 34

(acac) 35

شکل 3-3 : طیف FT-IR کربن فعال آسیل کلرایددار شده. 37

شکل 3-4 : طیف FT-IR کربن فعال عامل­دار شده با دی­اتیلن تری­آمین. 38

(acac). 39

شکل 3-6 : طیف FT-IR مربوط به AC-Schiff-base. 40

(acac. 41

شکل 3-8: SEM کربن فعال با بزرگنمایی­های 50 و100. 42

(acac) با بزرگنمایی­های 50 و 100. 42

شکل 3-10: نمودار تجزیه حرارتی کربن فعال. 44

(acac) 45

(acac) 45

(acac) 46

(acac. 48

(acac. 49

(acac) 51

(acac. 52

(acac. 53

(acac. 54

(acac) در اپوکسایش 5/0 میلی­مول سیکلواکتن در 1 میلی­لیتر حلال با 4/1 میلی­مول اکسنده TBHP در دمای جوش حلال طی 30 دقیقه. 56

(acac) در اپوکسایش 5/0 میلی­مول سیکلواکتن در 1 میلی­لیتر حلال با 4/1 میلی­مول اکسنده TBHP در دمای جوش حلال طی 30 دقیقه. 57

(acac) طی30 دقیقه. 58

(acacطی                 30 دقیقه. 59

(acac) طی30 دقیقه. 61

(acac) طی30 دقیقه. 62

(acac) طی30 دقیقه. 63

شکل 3-27: بررسی اثر دما در اپوکسایش کاتالیزوری 5/0 میلی­مول سیکلواکتن با 12/1 میل­مول TBHP به­عنوان اکسنده در 1میلی­لیتر حلال تتراکلریدکربن با 20 میلی­گرم کاتالیزور AC-Schiff-base-MoO2(acac)                     طی30 دقیقه. 64

(acac) بازیابی شده در اپوکسایش کاتالیزوری 5/0    میلی­مول سیکلواکتن با 12/1 میلی­مول TBHP به عنوان اکسنده در 1 میلی­لیتر حلال تتراکلریدکربن در دمای جوش حلال در 30 دقیقه. 66

(acac) بازیابی شده در اپوکسایش کاتالیزوری 5/0 میلی مول سیکلواکتن با 12/1 میلی­مول TBHP به عنوان اکسنده در 1 میلی­لیتر حلال تتراکلریدکربن در دمای جوش حلال در 30 دقیقه. 67

(acac) 71

فهرست جدول­ها

جدول2-1: مشخصات دستگاه کروماتوگرافی گازی ………………………………………………………………………………………………………23

جدول3-1: بررسی اثر نوع حلال در اپوکسایش 5/0 میلی­مول سیکلو­اکتن در 1 میلی­لیتر حلال با 4/1 میلی­مول اکسنده TBHP در دمای جوش حلال طی 45 دقیقه با 25 میلی­گرم کاتالیزگر AC-dien-MoO2(acac)………………….49

(acac) 49

(acac). 50

(acac). 51

(acac). 53

(acac). 54

(acac) در اپوکسایش 5/0 میلی­مول سیکلواکتن در 1 میلی­لیتر حلال با 4/1 میلی­مول اکسنده TBHP در دمای جوش حلال طی 30 دقیقه. 55

(acac) در اپوکسایش 5/0 میلی­مول سیکلواکتن در 1 میلی­لیتر حلال با 4/1 میلی مول اکسنده TBHP در دمای جوش حلال طی 30 دقیقه. 56

(acac) طی30 دقیقه. 58

(acac) طی30 دقیقه. 59

(acac) طی30 دقیقه. 61

(acac) طی30 دقیقه. 61

(acac) طی30 دقیقه. 63

(acac) طی30           دقیقه. 64

(acac) بازیابی شده در اپوکسایش کاتالیزوری 5/0  میلی­مول سیکلواکتن با 12/1 میلیمول TBHP به عنوان اکسنده در 1 میلی­لیتر حلال تتراکلریدکربن در دمای جوش حلال در 30 دقیقه. 65

(acac) بازیابی شده در اپوکسایش کاتالیزوری 5/0 میلی­مول سیکلواکتن با 12/1 میلی مول  TBHPبه عنوان اکسنده در 1 میلی­لیتر حلال تتراکلریدکربن در دمای جوش حلال در 30 دقیقه. 66

جدول3-17: بررسی ویژگی کاتالیزوری کاتالیزگر AC-dien-MoO2(acac) در اپوکسایش 5/0میلی­مول از سایر آلکن­ها با 12/1 میلی­مول TBHP به­عنوان اکسنده، در 1 میلی لیتر حلال تتراکلریدکربن در دمای جوش حلال در 30 دقیقه. 68

جدول 3-18: بررسی ویژگی کاتالیزوری کاتالیزگر AC-Schiff-base-MoO2(acac) در اپوکسایش 5/0میلی مول از سایر آلکن ها با 12/1 میلی­مول TBHP به­عنوان اکسنده، در 1 میلی­لیتر حلال تتراکلریدکربن در دمای جوش حلال در 30 دقیقه. 69

(acac) با سیستم­های کاتالیزوری مشابه  73

 

چکیده

افزایش نگرانی­های زیست محیطی و پیشرفت فرایندهای شیمی سبز، جایگزینی کاتالیزگرهای همگن را با انواع ناهمگن آن ضروری کرده است. در این پژوهش کربن فعال به­سبب خواص ویژه­ای که دارد به­عنوان یک بستر مناسب بکار گرفته شد. مهمترین این خواص مقاومت در محیط­های اسیدی و بازی، ارزان قیمت بودن، تخلخل و مساحت سطح بالا و امکان بازیافت فلزات با سوزاندن بستر می­باشد. در این تحقیق، ابتدا کربن فعال عامل­دار شده با گروه کربوکسیلیک اسید با تیونیل­کلراید،کلردار و سپس لیگاند دی­اتیلن تری­آمین جایگزین کلر گردید و در ادامه کمپلکس مولیبدن به کربن فعال عامل­دار شده افزوده و کاتالیزگر ناهمگنAC-dien-MoO2(acac)  تهیه شد. برای کاتالیزگر ناهمگن          AC-Schiff-base-MoO2(acac) پس از اتصال لیگاند دی­اتیلن­تری­آمین به کربن فعال آسیل­کلرایددار شده، در مرحله بعد با رفلاکس بوسیله سالسیل­آلدهید در اتانول گروه آمین به باز­شیف تبدیل و سپس کمپلکس مولیبدن افزوده و کاتالیزگر ناهمگن تهیه شد. این کاتالیزگرها با تکنیک­های CHN،TG/DTA ، FT-IR، SEM وICP  مورد بررسی قرار گرفتند سپس در اپوکسایش آلکن­های مختلف بکار گرفته شدند. همچنین فرایند کاتالیزوری برای پارامترهای مختلفی مانند مقدار کاتالیزگر،

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                       صفحه

چکیده   …………………………………………………………………………………………………………….………………………………………   

فصل اول:فوران و چگونگی تولیدآن در غذا و سرطان زایی اش…………………………………………………………………………1

1-1 فوران چیست؟…………………………………………………………………………………………………………………………………………..…..2

1-2 شکل گیری فوران در غذا………………………………………………………………………………………………………………………………..2

1-2-1 غذای کودک حاوی ویتامینC………………………………………………………………………………………………………………………4

1-2-2 معتبر سازی روش اندازه گیری……………………………………………………………………………………………………………………..4

1-3 ارزیابی سیستم مدل ………………………………………………………………………………………………………………………………………..5

1-4 اثر عوامل داخلی و خارجی ……………………………………………………………………………………………………………………………..5

1-4-1 اثر نوع بافر و PH ………………………………………………………………………………………………………………………………………6

1-4-2 اثر غلظت اسید آسکوربیک ………………………………………………………………………………………………………………………….6

1-4-3 اثر نسبت مولار اسید آسکوربیک به دهیدروآسکوربیک اسید……………………………………………………………………………..6

1-4-4 اثر حضور پروتئین …………………………………………………………………………………………………………………………………….7

1-4-5 اثر زمان و درجه حرارت گرما دادن تشکیل فوران …………………………………………………………………………………………..7

1-4-6 اثر سایر ترکیبات روی تشکیل فوران …………………………………………………………………………………………………………….7

1-5 فرایندUV …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….8

1-6 اثر بر سلامت …………………………………………………………………………………………………………………………………………………9

1-7 متابولیسم …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….10

1-8 استراتژی های تکنولوژیکی به منظور کاهش فوران ……………………………………………………………………………………………11

1-9 استراتژیکی پیشگیری …………………………………………………………………………………………………………………………………….12

1-9-1 تغییر در پارامتر های فرایند ………………………………………………………………………………………………………………………..12

1-9-2 تغییر در فرمولاسیون …………………………………………………………………………………………………………………………………13

1-9-3 حذف یا جایگزینی اجزا ……………………………………………………………………………………………………………………………13

1-9-4 افزودن ترکیبات ………………………………………………………………………………………………………………………………………..13

1-10 استراتژی های پس از فراوری……………………………………………………………………………………………………………………….13

1-10-1 استراتژی های حذف ………………………………………………………………………………………………………………………………14

1-10-2 پختن در ظروف در باز ……………………………………………………………………………………………………………………………14

1-10-3 حذف فیزیکی ………………………………………………………………………………………………………………………………………..14

1-10-4اشعه یونیزه کننده …………………………………………………………………………………………………………………………………….15

1-11 گزینه های کنترل…………………………………………………………………………………………………………………………………………15

1-12 قانون گذاری………………………………………………………………………………………………………………………………………………16

1-13 مروری بر تحقیقات گذشته …………………………………………………………………………………………………………………………16

فصل دوم :ریز استخراج فاز جامد با بهره گرفتن از جاذب پلیمری قالب مولکولی   ………………………………………………. .19

مقدمه   …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 20

2-1   استخراج    ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 20

2-1-1 خصوصیات حلال    ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 21

2-2 استخراج با حلال    …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 22

2-3 استخراج با فاز جامد(SPE)    …………………………………………………………………………………………………………………….. 22

2-4 ریز استخراج با فاز جامد(SPME)    …………………………………………………………………………………………………………… 23

2-4-1 مزایای میکرو استخراج با فاز جامد    ……………………………………………………………………………………………………….. 24

2-4-2 پارامترهای بهینه سازی کردن میکرو استخراج با فاز جامد    ………………………………………………………………………… 25

2-4-3 عوامل موثر بر مقدار ماده ی جذب شده    ………………………………………………………………………………………………… 26

2-4-4 انواع روش های نمونه برداری    ………………………………………………………………………………………………………………. 26

 

2-4-5 انتخاب روش استخراج    ………………………………………………………………………………………………………………………… 27

2-4-6 معایب میکرو استخراج با فاز جامد   …………………………………………………………………………………………………………. 27

2-4-7 انواع فایبرها    ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 27

2-4-8 انواع روش های هم زدن در میکرو استخراج با فاز جامد    ………………………………………………………………………….. 29

2-4-9 عوامل موثر بر میکرو استخراج با فاز جامد     ……………………………………………………………………………………………. 30

2-4-10 کاربردهای میکرو استخراج با فاز جامد     ………………………………………………………………………………………………. 30

2-5 سرنگ SPME      ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 31

2-6 مروری بر تحقیقات گذشته SPME     ………………………………………………………………………………………………………… 32

2-7 انواع فازهای جامد    ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 34

2-7-1 کربن(گرافیت)    ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 35

2-7-2 سیلیکاژل    …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 35

2-7-3 جاذب پلیمری    ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 36

2-8 آشنایی با پلیمر و پایمریزاسیون      ………………………………………………………………………………………………………………. 36

2-8-1 پلیمر چیست؟     …………………………………………………………………………………………………………………………………… 36

2-8-2 انواع پلیمر ساختاری    ……………………………………………………………………………………………………………………………. 36

2-8-3 بسپارها از نظر اثر پذیری در برابر حرارت به دو دسته تقسیم می شوند   ……………………………………………………….. 36

2-8-4 انواع پلیمرها بر اساس منبع تهیه    ……………………………………………………………………………………………………………. 37

2-8-5 انواع روش های پلیمریزاسیون    ………………………………………………………………………………………………………………. 37

2-8-5-1 پلیمریزاسیون افزایشی   ……………………………………………………………………………………………………………………….. 37

2-8-5-2 پلیمریزاسیون تراکمی    ………………………………………………………………………………………………………………………. 37

2-9 پلیمرهای قالب مولکولی    ………………………………………………………………………………………………………………………….. 37

2-9-1 مزایای پلیمرهای قالب مولکولی  ………………………………………………………………………………………………………………. 39

2-9-2 عوامل سازنده یک پلیمر قالب مولکولی    …………………………………………………………………………………………………. 39

2-9-2-1 مونومر عاملی    …………………………………………………………………………………………………………………………………. 41

2-9-2-2 مولکول هدف(قالب)    ……………………………………………………………………………………………………………………….. 43

2-9-2-3 عامل اتصال عرضی     ………………………………………………………………………………………………………………………… 43

2-9-2-4 حلال     ……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 44

2-9-2-5 آغازگر     ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 45

2-9-3 انواع پلیمرهای قالب مولکولی     ……………………………………………………………………………………………………………… 46

2-10 پلیمر قالب مولکولی کووالانسی    ………………………………………………………………………………………………………………. 46

2-10-1 مزایای پلیمرهای قالب مولکولی کووالانسی    ………………………………………………………………………………………….. 47

2-10-2 معایب  پلیمرهای قالب مولکولی کووالانسی    …………………………………………………………………………………………. 47

2-11 پلیمرهای قالب مولکولی نیمه کووالانسی     ………………………………………………………………………………………………… 47

2-12 پلیمرهای قالب مولکولی غیر کووالانسی      ………………………………………………………………………………………………… 48

2-12-1 مراحل سنتز پلیمر قالب مولکولی      ……………………………………………………………………………………………………… 48

2-12-2 دلایلی که از روش غیر کووالانسی بیشتر استفاده می شود     ……………………………………………………………………… 48

2-13 روش های تهیه پلیمر قالب مولکولی    ……………………………………………………………………………………………………….. 48

2-13-1 پلیمریزاسیون توده ای    ………………………………………………………………………………………………………………………… 49

2-13-2  روش پلیمریزاسیون رسوبی    ……………………………………………………………………………………………………………….. 49

2-13-3 پلیمریزاسیون با تورم چند مرحله ای    ……………………………………………………………………………………………………. 49

2-13-4 پلیمریزاسیون سوسپانسیون    …………………………………………………………………………………………………………………. 50

2-13-5 روش پیوند زنی    ………………………………………………………………………………………………………………………………… 50

2-14 کاربرد پلیمرهای قالب مولکولی    ………………………………………………………………………………………………………………. 50

2-14-1  کاربرد پلیمرهای قالب مولکولی برای ریز استخراج با فاز جامد (SPME)    ……………………………………………… 50

2-15-1 کاربرد پلیمرهای قالب مولکولی در حسگرها    ………………………………………………………………………………………… 51

2-15-2 کاربرد پلیمرهای قالب مولکولی در غشاء    ……………………………………………………………………………………………… 51

2-15-3 کاربرد پلیمرهای قالب مولکولی در کاتالیزگرها    ……………………………………………………………………………………… 52

2-15-4 کاربرد پلیمرهای قالب مولکولی در کروماتوگرافی    …………………………………………………………………………………. 52

فصل سوم : مطالعات تجربی      ……………………………………………………………………………………………………………… 53

3-1 مواد مصرفی    …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 54

3-2 دستگاه وری    …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 54

3-2-1 التراسونیک     ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 54

3-2-2 pH متر     ……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 54

3-2-3 بن ماری     …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 54

3-2-4 کروماتوگرافی گازی    GC …………………………………………………………………………………………………………………….. 54

3-2-5 آون     ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 55

3-2-6 همزن مغناطیسی(هیتر)     ……………………………………………………………………………………………………………………….. 55

3-2-7 سرنگ SPME     …………………………………………………………………………………………………………………………………. 55

3-2-8 دستگاه (IR)      ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 56

3-3 تهیه پلیمر قالب مولکولی    …………………………………………………………………………………………………………………………. 56

3-3-1 انتخاب عوامل    …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 56

3-3-1-1 آنالیت یا نمونه     ………………………………………………………………………………………………………………………………. 56

3-3-1-2 مونومر عاملی مناسب     ……………………………………………………………………………………………………………………… 56

3-3-1-3 عامل اتصال دهنده عرضی     ………………………………………………………………………………………………………………. 57

3-3-1-4 حلال مناسب    ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 58

3-3-1-5 آغازگر      ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 58

3-3-2 روش سنتز پلیمر قالب مولکولی    ……………………………………………………………………………………………………………. 59

3-4 بهینه سازی شرایط جذب فوران در روش ریز استخراج با پلیمر قالب مولکولی   ………………………………………………… 60

3-4-1 تعیین ماکزیمم طول موج جذب    ……………………………………………………………………………………………………………. 60

3-4-2 بررسی اثر نمک    ………………………………………………………………………………………………………………………………….  60

3-4-3 بررسی اثر زمان     …………………………………………………………………………………………………………………………………  61

3-4-4 تاثیر pH محلول بر جذب پلیمر      ………………………………………………………………………………………………………..  62

3-4-5 تاثیر دما بر جذب پلیمر     ………………………………………………………………………………………………………………………  63

3-4-6 شناسایی فوران توسط دستگاه GC   ………………………………………………………………………………………………………..  63

3-4-6-1 برنامه دمایی دستگاه GC برای فوران ها     …………………………………………………………………………………………… 63

فصل چهارم : بحث و نتیجه گیری     ………………………………………………………………………………………………………… 65

4-1 سنتز پلیمر قالب مولکولی و پلیمر شاهد     ……………………………………………………………………………………………………. 66

4-1-1 پلیمریزاسیون پلیمر قالب مولکولی     ……………………………………………………………………………………………………….. 66

4-1-2 مکانیسم سنتز پلیمر قالب مولکولی    ………………………………………………………………………………………………………….68

4-1-3 طیف های FT-IR از پلیمر MIP و NIP   ……………………………………………………………………………………………….68

4-2 بهینه سازی شرایط جذب فوران توسط پلیمر قالب مولکولی    …………………………………………………………………………. 70

4-2-1 اثر نمک بر جذب فوران    ………………………………………………………………………………………………………………………. 70

4-2-2 اثر زمان بر جذب فوران    ………………………………………………………………………………………………………………………. 71

4-2-3 اثر دما بر جذب فوران    …………………………………………………………………………………………………………………………. 72

4-2-4 اثر pH محلول بر جذب پلیمر   ………………………………………………………………………………………………………………. 73

4-2-5 شناسایی فوران توسط دستگاه GC   ………………………………………………………………………………………………………… 74

خلاصه   …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 75

پیوست………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 76

پیوست 1؛ طیف FT-IR از NIP، در محدوده 400-4000 cm-1 به روش قرص KBr   ……………………………………….. 76

پیوست 2؛ طیف FT-IR از MIP، در محدوده 400-4000 cm-1 به روش قرص KBr    ………………………………………..  77

پیوست 3؛ طیف GC برای محلول 10 PPM فوران    ………………………………………………………………………………………….. 78

پیوست 4؛ طیف GC برای محلول 40 PPM فوران    ………………………………………………………………………………………….. 79

پیوست 5؛ طیف GC برای محلول 100 PPM فوران   …………………………………………………………………………………………. 80

پیوست 6؛تصویر TEM از  NIP،…………………………………………………………………………………………………………………………81

پیوست7؛تصویر TEMاز  MIP،………………………………………………………………………………………………………………..82

منابع ……………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………… 83

چکیده انگلیسی………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 88

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                                                        صفحه

(1_1)مکانیسم تشکیل فوران………………………………………………………………………………………………………………………………   11

• مراحل استخراج فاز جامد …………………………………………………………………………………………………………………  23
• نمودار پیشرفت میکرو استخراج با فاز جامد از سال 2000 ………………………………………………………………….    24
• انواع روش های نمونه برداری در میکرو استخراج با فاز جامد A)نمونه برداری به صورت مستقیم B)از فضای فوقانی ………………………………………………………………………………………………………………………………………….   27
• نمایش پوشش های پلیمری بر اساس قطبیت ……………………………………………………………………………………..   29
• سرنگ SPME …………………………………………………………………………………………………………………………….   31
• تصویر کلی از پلیمریزاسیون فالب مولکولی ………………………………………………………………………………………..   41
• مونومرهای رایج برای تهیه پلیمرهای قالب مولکولی ……………………………………………………………………………   42
• ساختار شیمیایی اتصال دهنده های عرضی استفاده شده در سنتز پلیمرهای قالب مولکولی ………………………..   44
• آغازگرهای رایج مورد استفاده در سنتز پلیمرهای قالب مولکولی …………………………………………………………….  46
• طرح شماتیک سنتز پلیمر قالب مولکولی کووالانسی ……………………………………………………………………………  47
• پلیمرهای قالب مولکولی در غشاء ………………………………………………………………………………………………………  51
• ساختار مولکول نمونه …………………………………………………………………………………………………………………….  57
• ساختار مونومر عاملی متاکریلیک اسید ………………………………………………………………………………………………..  57
• ساختار اتصال دهنده عرضی اتیلن گلیکول دی متاکریلات ……………………………………………………………………. 58
• ساختار حلال مورد استفاده در این سنتز …………………………………………………………………………………………… 59
• ساختار آغازگر مورد استفاده در این سنتز ………………………………………………………………………………………….. 59

• مرحله آغاز پلیمریزاسیون افزایشی رادیکال آزاد MAA با بهره گرفتن از آغازگر AIBN ……………………………….  67
• مرحله انتشار پلیمریزاسیون افزایشی رادیکال آزاد MAA ……………………………………………………………………… 67
• مکانیسم پایان پلیمریزاسیون افزایشی رادیکال آزاد MAA به روش ترکیبی …………………………………………….  68
• مکانیسم پایان پلیمریزاسیون افزایشی رادیکال آزاد MAA به روش تسهیم نامتناسب ……………………………….  68
• طیف FT-IR ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 69

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                     صفحه

مروری بر تحقیقات گذشته در زمینه اندازه گیری فوران……………………………………………………………………………………………..16

پوشش های فایبری همراه با ضخامت و کاربرد    ……………………………………………………………………………………………………………  29

• انواع فازهای پیوندی ……………………………………………………………………………………………………………………………………  36

(3-1)    بررسی اثر نمک بر جذب پلیمر قالب مولکولی    ……………………………………………………………………………………………..  61

(3-2)   بررسی اثر زمان بر جذب پلیمر قالب مولکولی     ……………………………………………………………………………………………..  62

(3-3)   بررسی اثر pH روی جذب     …………………………………………………………………………………………………………………………..  63

(3-4)   بررسی اثر دما روی جذب     …………………………………………………………………………………………………………………………….  63

(3-5)    برنامه دمایی دستگاه GC    ……………………………………………………………………………………………………………………………..  63

(3-6)    داده های دستگاه GC برای فوران    ………………………………………………………………………………………………………………..  64

(4-1)   درصد استخراج فوران بر اساس نمک    ……………………………………………………………………………………………………………  71

(4-2)   درصد استخراج فوران بر اساس زمان    ……………………………………………………………………………………………………………..  72

(4-3)    میزان استخراج پلیمر در گستره دما   ……………………………………………………………………………………………………………….   72

• میزان استخراج پلیمر در pH=4-8 ………………………………………………………………………………………………………………  73
• داده های دستگاه GC برای فوران ………………………………………………………………………………………………………………..  74

فهرست منحنی ها

عنوان                                                                                                                           صفحه

(4-1)  درصد استخراج فوران بر اساس نمک   …………………………………………………………………………………………………     71

(4-2)  درصد استخراج فوران بر اساس زمان   ………………………………………………………………………………………………….     72

(4-3)  درصد استخراج فوران بر اساس دما  ……………………………………………………………………………………………………..     73

• درصد استخراج فوران بر حسب pH ………………………………………………………………………………………………..     74
• سطح زیر پیک فوران در غلظت های متفاوت ……………………………………………………………………………………     74

چکیده

در این پروژه پلیمر قالب مولکولی جهت استخراج انتخابی فوران تهیه شد. برای تهیه این پلیمر از متاکریلیک اسید (مونومر عاملی)،  اتیلن گلیکول دی متاکریلات (عامل برقراری اتصالات عرضی)،  2و2-آزوبیس ایزو بوتیرو نیتریل (آغازگر)،