• مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………2
• آلودگی آب ها …………………………………………………………………………………………………….3
• روش‌های نوین تصفیه آب‌های آلوده……………………………………………………………………….4

1-3-1- استفاده از فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته …………………………………………………………4
1-3-2- کاربرد امواج التراسونیک در تصفیه آب ……………………………………………………………6

• قوانین التراسوند ………………………………………………………………………………………………..6

1-4-1- انرژی صوت …………………………………………………………………………………………………7
1-4-2- اهمیت فراصوت توانی در صنعت …………………………………………………………………….9
1-4-3-جوش فراصوتی …………………………………………………………………………………………….11
1-4-4-تمیزکاری فراصوتی ………………………………………………………………………………………..12
1-4-5-استفاده های فراصوت در تلفیق با روش های دیگر …………………………………………….12
1-5-کاتالیز نمودن ……………………………………………………………………………………………………….13
1-6- تولید فراصوت ……………………………………………………………………………………………………15
1-7- آستانه‌ی حفره‌سازی …………………………………………………………………………………………….15
1-7-1-تعیین آستانه‌ی حفره‌سازی براساس آشکارسازی حباب‌ها …………………………………16
1-7-2-تعیین آستانه‌ی حفره‌سازی با آشکارسازی سونولومینسانس ……………………………….16
1-7-3-تعیین آستانه‌ی حفره‌سازی با شروع واکنش‌های شیمیایی ………………………………….17
1-8- حفره‌سازی – اساس تأثیرات سونوشیمیایی …………………………………………………………….17
1-8-1- پارامترهایی که در سونوشیمی تأثیر دارند ……………………………………………………….19
1-8-2- مکانیسم فرایند التراسونیک  ………………………………………………………………………..23
1-8-3- نمونه‌هایی از تجهیزات سونوشیمیایی ……………………………………………………………25
1-9- سونوشیمی زیست محیطی ……………………………………………………………………………………29
1-10- پیشینه پژوهش ………………………………………………………………………………………………….30
1-11- اهداف پژوهش …………………………………………………………………………………………………36
فصل دوم : مواد و روش ها
2-1- نرم‌افزارها و دستگاه‌های مورد استفاده …………………………………………………………………..38
2-2- مواد مورد نیاز …………………………………………………………………………………………………….39
2-3- روش تهیه محلول‌ها ……………………………………………………………………………………………40
2-3-1- محلول مادر MG ………………………………………………………………………………………40
2-3-2- محلول مادر پرسولفات ………………………………………………………………………………40
2-3-3- محلول مادر کبالت (Π) ……………………………………………………………………………..40
2-3-4- محلول مادر آهن (Π) ………………………………………………………………………………..41
2-3-5- رزین کاتیونی اشباع‌شده کبالت ……………………………………………………………………41
2-3-6- رزین کاتیونی اشباع‌شده آهن ………………………………………………………………………41
2-4- روش اندازه‌گیری غلظت MG ……………………………………………………………………………..42
2-5- روش کار…………………………………………………………………………………………………………….44
2-5-1- روش کار بررسی اثر غلظت اولیه MG در فرایند تخریب سونوشیمیایی ……………44
2-5-2- روش کار بررسی اثر امواج ماورا صوت در تخریب سونوشیمیایی MG ……………44
2-5-3- روش کار بررسی اثر پرسولفات در تخریب التراسونیکی MG …………………………44
2-5-4- روش کار بررسی اثر آهن در فرایند تخریب سونوشیمیایی MG ………………………45
2-5-5- روش کار بررسی اثر پرسولفات فعال‌شده توسط آهن در تخریب سونوشیمیاییMG ……………………………………………………………………………………………………………………………..45
2-5-6- روش کار بررسی اثر رزین آهن در فرایند تخریب سونوشیمیایی MG ……………..45
2-5-7- روش کار بررسی اثر کبالت در فرایند تخریب سونوشیمیایی MG …………………..46
2-5-8- روش کار بررسی اثر پرسولفات فعال شده توسط کبالت در تخریب سونوشیمیایی MG ……………………………………………………………………………………………………………………46
2-5-9- روش کار بررسی اثر رزین کبالت در فرایند تخریب سونوشیمیایی MG …………46
2-5-10- روش کار بررسی اثر pH ……………………………………………………………………….47
2-6- نحوه ارائه نتایج ……………………………………………………………………………………………….47
فصل سوم : نتایج و بحث
3-1- تأثیر پارامترهای مختلف در تخریب MG توسط فرایند US …………………………………….49
3-1-1- اثر غلظت اولیه MG در فرایند US ……………………………………………………………..49
3-1-2- اثر کاتالیزورها …………………………………………………………………………………………..52
3-1-2-1- اثر پرسولفات در فرایند سونوشیمیایی MG …………………………………………54
3-1-2-2- اثر آهن درفرایند تخریب سونوشیمیایی MG ………………………………………55
3-1-2-3- اثر پرسولفات توسط آهن در تخریب سونوشیمیایی  MG……………………..57
3-1-2-4- اثر رزین آهن در تخریب سونوشیمیایی MG ………………………………………58
3-1-2-5- اثر کبالت در فرایند سونوشیمیایی MG ……………………………………………….60
3-1-2-6- اثر پرسولفات فعال شده توسط کبالت در تخریب سونوشیمیایی MG ……..62
3-1-2-7- اثر رزین کبالت در تخریب سونوشیمیایی MG …………………………………….63
3-1-3- اثر pH در تخریب سونوشیمیایی MG در حضور رزین آهن ………………………….65
3-1-4- اثر pH در تخریب سوتوشیمیایی MG در حضور رزین کبالت ……………………….66
3-1-5- اثر مقدار پرسولفات در حضور رزین آهن در تخریب سونوشیمیایی MG ………..67
3-1-6- اثر مقدار پرسولفات در حضور رزین کبالت در تخریب سونوشیمیایی MG ………68
3-1-7- اثر مقدار رزین آهن در تخریب سونوشیمیایی MG ……………………………………….70
3-1-8- اثر مقدار رزین کبالت در تخریب سونوشیمیایی MG …………………………………….71
3-1-9- اثر زمان در تخریب سونوشیمیایی MG در حضور کاتالیزور آهن ……………………72
3-1-10- اثر زمان در تخریب سونوشیمیایی MG در حضور کاتالیزور کبالت ………………72
3-2- FT-IR  …………………………………………………………………………………………………………..73
3-2-1- بررسی تغییرات طیف‌سنجی  FT-IR برای تخریب سونوشیمیایی MG در حضور کاتالیزور آهن……………………………………………………………………………………………………….73
3-2-2- بررسی تغییرات طیف‌سنجی FT-IR برای تخریب سونوشیمیایی MG در حضور کاتالیزور کبالت …………………………………………………………………………………………………..75
3-3- نتیجه‌گیری ……………………………………………………………………………………………………..77
3-4- پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………..78
فهرست منابع …………………………………………………………………………………………………………………..79
چکیده انگلیسی
 

 
فهرست جدول ها
عنوان………………………………………………………………………………………………………صفحه
جدول 1-1- ثابت سرعت درجه دوم رادیکال‌های هیدروکسیل با ترکیبات آلی متعدد ……………………4
جدول1-2- کاربردهای فراصوت تشخیصی در شیمی ……………………………………………………………….9
جدول 1-3- بعضی کاربردهای صنعتی توانی ………………………………………………………………………….10
جدول 1-4- کاربردهای صنعتی اختلاط فراصوتی …………………………………………………………………..19
جدول 2-1- داده‌های جذب در غلظت‌های متفاوت اولیه از MG …………………………………………….43
جدول 3-1- تأثیر پرسولفات در میزان تخریب سونوشیمیایی MG ……………………………………………54 جدول 3-2- تأثیر آهن در میزان تخریب سونوشیمیایی MG ……………………………………………………56
جدول 3-3- تأثیر پرسولفات فعال شده توسط آهن در میزان تخریب سونوشیمیایی MG …………….57 جدول 3-4- تأثیر رزین آهن در میزان تخریب سونوشیمیایی MG ……………………………………………59
جدول 3-5- تأثیر کبالت در میزان تخریب سونوشیمیایی MG ………………………………………………….61 جدول 3-6- تأثیر پرسولفات فعال شده توسط کبالت  در میزان تخریب سونوشیمیایی MG …………62
جدول 3-7- تأثیر رزین کبالت در میزان تخریب سونوشیمیایی MG …………………………………………64 جدول3-8 – تأثیر pH در میزان تخریب سونوشیمیایی MG در حضور  Fe………………………………..65 جدول3-9 – تأثیر pH در میزان تخریب سونوشیمیایی MG در حضور Co ……………………………….66 جدول3-10- تأثیر پرسولفات در حضور رزین آهن در میزان تخریب سونوشیمیایی   MG……………68 جدول3-11- تأثیر پرسولفات در حضور رزین کبالت در میزان تخریب سونوشیمیایی MG ………….69
جدول3-12- تأثیر رزین آهن در تخریب سونوشیمیایی MG …………………………………………………..70 جدول3-13- تأثیر رزین کبالت در تخریب سونوشیمیایی MG …………………………………………………71
فهرست اشکال
عنوان………………………………………………………………………………………………………صفحه
شکل 1-1- فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته ……………………………………………………………………………..6
شکل1-2- نمایش حرکت صوت ……………………………………………………………………………………………8
شکل 1-3- محدوده‌های فرکانس صوت ………………………………………………………………………………….8
شکل 1-4- رشد و فروریختن حباب های ناشی از حفره سازی ………………………………………………..19
شکل 1-5- تخریب مکانیکی پلیمرهای حل شده ……………………………………………………………………25
شکل 1-6-حمام تمیزکاری ماورای صوتی مورد استفاده در سونوشیمی ……………………………………..27
شکل1-7- سیستم پروب ماورای صوتی مورد استفاده در سونوشیمی ………………………………………..28
شکل 2-1-ساختمان مالاشیت سبز اسیدی ……………………………………………………………………………..39
شکل 2-2- طیف UV-Vis محلول MG با غلظت اولیه از mgL-130 ……………………………………….42
شکل 2-3- نمودار کالیبراسیون محلول MG در λmax=617nm ……………………………………………..43
شکل 3-1- تأثیر غلظت اولیه در میزان تخریب MG در فرایند  US…………………………………………..50
شکل3-2-نمودار نیمه لگاریتمی غلظت  MG بر حسب زمان سونیکاسیون در فرایند US ……………51
شکل3-3-درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در تخریب سونوشیمیایی MG …………….51
شکل 3-4-تأثیر PS در میزان تخریب سونوشیمیاییMG …………………………………………………………55
شکل3-5 :درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در حضور Fe در تخریب سونوشیمیاییMG  …………………………………………………………………………………………………………………………………………56
شکل3-6 :درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در حضور PS+Fe در تخریب سونوشیمیایی MG ………………………………………………………………………………………………………………………………….58
شکل3-7 :درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در حضور زرین Fe در تخریب سونوشیمیایی  MG …………………………………………………………………………………………………………………………………60
شکل3-8 :درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در حضور Co در تخریب سونوشیمیاییMG  …………………………………………………………………………………………………………………………………………61
شکل3-9 :درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در حضور PS+Co در تخریب سونوشیمیایی MG …………………………………………………………………………………………………………………………………..63
شکل3-10 :درصد رنگ زدایی برحسب زمان سونیکاسیون در حضور زرین Co در تخریب سونوشیمیایی MG  …………………………………………………………………………………………………………………………………64
شکل 3-11:طیف FT-IR برای تخریب سونوشیمیایی MG در حضور کاتالیزور آهن …………………..74
شکل 3-12:طیف FT-IR برای تخریب سونوشیمیایی MG در حضور کاتالیزور کبالت ………………..76
 
فصل اول
    
کلیات
   
1-1- مقدمه
آلودگی آب عبارت است از افزایش مقدار هر معرف اعم از شیمیایی، فیزیکی یا بیولوژیکی که موجب تغییر خواص و نقش اساسی آن در مصارف ویژه‌اش شود. آلودگی آب‌ها بوسیله ضایعات کارخانجات تولید پارچه، کاغذ، چرم و صنایع داروسازی بوجود می‌آیند که این پساب‌ها درصد حذف مواد آلی ( COD ) و رنگ بالایی داشته و محیط زیست را شدیدا آلوده می‌کنند]1[.
رنگ‌ها مهم ترین آلوده‌کننده‌ها هستند و علت بوجود آمدن مشکلات زیستی، بهداشتی و سلامتی برای انسان‌ها و سایر موجودات زنده می‌باشند. مصرف این آب‌های آلوده تهدیدی جدی برای محیط زیست است ]3،2[. برای مثال، صنایع نساجی باعث تولید آلودگی آب‌ها می‌شوند. پساب خروجی‌ صنایع نساجی شامل مواد رنگی، جامدات سوسپانسه، ترکیبات آلی کلردار و برخی فلزات سنگین است که دارای pH و دمای گوناگونی هستند]4[.
در طی فرایند رنگ‌سازی %15-1 آلودگی رنگ وارد محیط زیست می‌شود. تصفیه این آب‌های آلودگی رنگی یک مسأله‌ی مهم برای صنایع می‌باشد. همچنین ترکیبات سمی بطور قابل توجهی از طریق فاضلاب‌های صنایع مختلف وارد محیط زیست می‌شود. این ترکیبات عمدتا قابلیت تجزیه حیاتی پایینی دارند و باعث آلودگی شدید محیط زیست می‌گردند]2،5،6[.
3 نوع روش تصفیه آب‌های آلوده شناخته شده‌اند: فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی]7[ .
اغلب ترکیبات آلی آروماتیک نسبت به تخریب بیولوژیکی مقاوم هستد و روش‌های بیولوژیکی تصفیه مانند جذب سطحی توسط کربن فعال و یا روش انعقاد شیمیایی و لخته‌سازی و تکنیک اسمز معکوس بدین منظور چندان موثر نیستند چرا که این روش‌ها عمدتا آلودگی را از فاز آبی به پساب جامد انتقال می‌دهند و پسماند ثانویه‌ای تولید می‌شود که نیاز به تصفیه بیشتر دارد]8،9،6[ .
در دو دهه گذشته تلاش‌های زیادی برای حذف این ترکیبات آلاینده از محیط‌های آبی صورت گرفته است. از جمله‌ی این روش‌ها می‌توان به فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته (AOPs) و استفاده از روش امواج التراسونیک اشاره نمود]10 [.
سونوشیمی زیست‌محیطی به عنوان یک شاخه علمی رو به رشد می‌باشد که به بحث در مورد تخریب ترکیبات آلی در محلول‌های آبی توسط امواج ماورای صورت می‌پردازد، این روش به عنوان یکی از روش‌های اکسیداسیون پیشرفته طبقه‌بندی می‌شود]11[. کارایی امواج ماورای صوت (US) در حذف ترکیبات آلی به تنهایی قابل توجه نمی‌باشد، بنابراین تلاش‌های زیادی برای افزایش سرعت فرایند صورت گرفته است]12 [.
 
1-2- آلودگی آب‌ها
با توجه به مطالب فوق جلوگیری از آلودگی آب‌ها و تصفیه آب‌های آلوده به عنوان یک ضرورت حیاتی مطرح است که در قدم نخست باید عوامل آلوده‌کننده را شناخت که این عوامل در سه گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند:

• فاضلاب‌ها و پساب‌ها
• آلودگی‌های کشاورزی
• سایر آلوده‌کننده‌ها

 
1-3- روش‌های نوین تصفیه آب‌های آلوده
1-3-1- استفاده از فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته
محققین متعددی فعالیت خود را بر روی دسته‌ای از روش‌های اکسیداسیون تحت عنوان فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته متمرکز نموده‌اند. ویژگی عمده این فرایند‌ها این است که در دما و فشار محیط قابل انجام هستند. اگرچه فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته به دستجات متعددی مانند: UV/O3، UV/H2O2، UV/TiO2، US و فتولیز مستقیم توسط اشعه UV تقسیم می‌شوند، ولی ویژگی مشابه عمده آن‌ ها تولید حد واسط‌های فعال با عمر کوتاه حاوی اکسیژن مانند رادیکال هیدروکسیل می‌باشد. رادیکال‌های هیدروکسیل گونه‌های اکسیدکننده بسیار فعالی هستند که با ثابت سرعت بالا (106-109M-1s-1) به ترکیبات آلی حمله نموده و آن‌ ها را تخریب می‌نمایند. (جدول1-1).
 
جدول1-1: ثابت سرعت درجه دوم رادیکال‌های هیدروکسیل با ترکیبات آلی متعدد

 
انتخاب‌گری رادیکال‌های هیدروکسیل در حمله به آلاینده‌های آلی خیلی کم است، این ویژگی در واقع یک خاصیت مفید برای یک اکسیدکننده است است که در تصفیه پساب و به منظور حل مسایل و مشکلات آلاینده‌ها استفاده می‌شود. از آنجا که فرایند‌های اکسیداسیون پیشرفته از واکنشگر‌های گران‌قیمتی نظیر H2O2 و یا O3 استفاده می‌کنند، بنابراین در مواقعی که از فرایند‌های اقتصادی‌تری نظیر تخریب بیولوژیکی نتوان برای حذف آلاینده‌ها بهره برد،