فهرست مطالب

1-١- زئین…………………………………………………………………………………………………………………………....………………………1

١ -١-١–کاربردهای زئین…………………………………………………………………………………………………………………………………..2

1-2-نانوذرات و روش های سنتز نانو ذرات……………………………………………………………………………………………..……………3

1-2-1-نانوذرات……………………………………………………………………………………………………………………………....…………..3

1-2-2-روش های تولید نانوذرات…………………………………………………………………………………………………………..…………..3

1-3–آب………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..5

١-3-1–آلودگی آبها…………………………………………………………………………………………………………………………..…………… 5

1-4–ویژگیهای فلوئورید…………………………………………………………………………………………………………………….……..……..6

1-5-راه های ورود فلوئورید به آب…………………………………………………………………………………………….………..……………7

1-6-مشکلات ناشی از افزایش غلظت فلوئورید در آب……………………………………………………………………………………….8

١-6-1-فلوروزیس ………………………………………………………………………………………………………………………………………..8

1-7-راه های حذف فلوئورید از آب…………………………………………………………………………………………………………………9

1-8-روش های تعیین فلوئورید………………………………………………………………………………………………………………………..10

١-8-1-تیتراسیون…………………………………………………………………………………………………………………………………………10

1-8-2-روش پتانسیومتری…………………………………………………………………………………………………………………………….10

1-8-3–روش اسپکتروفتومتری ………………………………………………………………………………………………………………………11

1-9-جذب سطحی………………………………………………………………………………………………………………………………………12

١-٩-١- جذب و شیمی مربوط به آن………………………………………………………………………………………………………………12

1–٩-2-انواع جذب سطحی مواد بر روی جامدات…………………………………………………………………………………………….12

1-٩-3-جذب فیزیکی…………………………………………………………………………………………………………………………………..13

1–٩-4-جذب شیمیایی…………………………………………………………………………………………………………………………………14

1–٩-5-مهم ترین عوامل موثر بر جذب سطحی………………………………………………………………………………………………..15

1-9-5-1-طبیعت جاذب……………………………………………………………………………………………………………………………..15

1-9–5-2-طبیعت ماده جذب شونده………………………………………………………………………………………………………………15

1-9–5-3-شرایط  محلول…………………………………………………………………………………………………………………………….15

1-٥–٩-4-دما…………………………………………………………………………………………………………………………………………….16

١-١0-تعادل های جذب……………………………………………………………………………………………………………………………..16

١-١٠-١–ایزوترمهای جذب سطحی……………………………………………………………………………………………………………….17

١-10–١-١-ایزوترم جذب سطحی لانگمویر……………………………………………………………………………………………………17

-2-1-10-1ایزوترم جذب فرندلیچ……………………………………………………………………………………………………………………18

١١-١–کمومتریکس…………………………………………………………………………. ………………………………………………………….19

١- ١2-طراحی آزمایش………………………………………………………………………………………………………………………………..20

١–١٢-1-زمینه های کاربردی طراحی آزمایش…………………………………………………………………………………………………..20

١-13 –پنج اصل اساسی در طراحی آزمایش…………………………………………………………………………………………………….23

1–14-ماتریس……………………………………………………………………………………………………………………………………………..26

-15-1الکترودهای انتخابگر یون (ISE) ………………………………………………………………………………………………………….28

-16-1مروری بر کارهای پیشین……………………………………………………………………………………………………………………….29

1-16-1-جاذب­های بکار رفته برای حذف فلوئورید…………………………………………………………………………………………..29

2-16-1-الکترودهای انتخابگر یون فلوئورید گزارش شده در مراجع علمی…………………………………………………………….34

1-17-اهداف پایان نامه………………………………………………………………………………………………………………………………….36

2-1-مواد شیمیایی مورد

 استفاده………………………………………………………………………………………………………………………37

2-2– دستگاه ها……………………………………………………………………………………………………………………………………………..38

2-٣-نرم افزارها…………………………………………………………………………………………………………………………………………….38

2-4- روش کار…………………………………………………………………………………………………………………………………………….38

2-٤-1-تهیه محلول­ها ……………………………………………………………………………………………………………………………………38

٢-5- رسم نمودار کالیبراسیون…………………………………………………………………………………………………………………………40

2-6-روش کار مطالعه حذف فلوئورید از محیط آبی …………………………………………………………………………………………42

2-7–روش کاربردی رسم ایزوترم های جذب …………………………………………………………………………………………………..43

2-8- بررسی اثر آنیونهای دیگر در کارایی جذب……………………………………………………………………………………………….43

 2-9-تهیهFT-IR وXRD و SEM ……………………………………………………………………………………………………………..43

2–10–روش سنتز نانو ذرات زئین……………………………………………………………………………………………………………………..43

2-11- روش تهیه الکترود انتخابی یون فلوئورید ………………………………………………………………………………………………44

3-1-مطالعه حذف فلوئورید از آب با بهره گرفتن از جاذب(زئین اصلاح شده با سولفوریک اسید)……………………..………….45

3-1-1-طراحی ترکیب مرکزی……………………………………………………………………………………………………………………….45

3-1-2-تفسیر نمودارها………………………………………………………………………………………………………………………………..49

3-1-3-انتخاب شرایط بهینه……………………………………………………………………………………………………………………………52

3-1-4-تکرار آزمایش در شرایط بهینه و بررسی تکرار پذیری آزمایش ها………………………………………………………………53

3-1-5-بررسی حذف فلوئورید از محلولهای آبی در حضور آنیونهای دیگر……………………………………………………………53

3-1-6-نتیجه حذف فلوئورید از نمونه آب تهیه شده از مناطق اطراف شهرستان ماکو………………………………………………54

3-1-7-نتایج حاصل از FT-IR …………………………………………………………………………………………………………………….55

3-1-8-نتایج حاصل از XRD ………………………………………………………………………………………………………………………57

3-1-9-نتایج حاصل از SEM……………………………………………………………………………………………………………………….58

3–1-10-نتایج SEM  و XRD نانو ذرات زئین………………………………………………………………………………………………..59

 3-2-ایزوترم های جذب……………………………………………………………………………………………………………………………… 60

-3-3طراحی الکترود خمیر کربن حساس به یون فلوئورید…………………………………………………………………………………..61

3-3-1-انتخاب نسبت اجزاء سازنده الکترود………………………………………………………………………………………………………62

3-3-2-مطالعه اثرpH……………………………………………………………………………………………………………………………………63

3-3-3-بررسی ویژگیهای الکترود پیشنهادی ……………………………………………………………………………………………………..64

3-3-4-مطالعه انتخابگری الکترود پیشنهادی………………………………………………………………………………………………………65

3-3-5-زمان پاسخ دهی و طول عمر الکترود……………………………………………………………………………………………………..66

3-3-6-کاربردهای تجزیه­ای……………………………………………………………………………………………………………………………66

3–٤– نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………………..67

فهرست جداول

جدول (١-١) برخی ویژگی های فلوئورید………………………………………………………………………………………………………….6

جدول (1–2) خصوصیات جذب سطحی فیزیکی و شیمیایی……………………………………………………………………………….13

جدول (1-2) مواد شیمیایی،  موارد استفاده و شرکت سازنده آنها…………………………………………………………………………37

جدول(3-1) متغیر ها و کد گذاری مربوط به طراحی ترکیب مرکزی………………………………………………………………………45

جدول (٣-2) لیست آزمایش ها را در طراحی ترکیب مرکزی برای بهینه سازی مدل برای جذب فلوئورید……………………46

جدول( 3-3)تعدادی از فاکتورهای بدست آمده برای مدل کاهش یافته با حذف پارامترهای غیر مهم……………………………48

جدول(3-4) مقدار بهینه و مقدار میانگین بهینه متغیرهای مورد بحث……………………………………………………………………….52

جدول (3-5) بررسی حذف فلوئورید، غلظت اولیه فلوئورید  ppm٥/5, مقدار جاذب  mg ٢5٠ ،   pH6و

زمان تماس ١ساعت…………………………………………………………………………………....…………………………………………………53

جدول (3-6) نتایج مربوط به خذف فلوئورید از نمونه حقیقی………………………………………………………………………………55

جدول(3-7) مشخصات پیک های IR مربوط به زئین-  زئین/سولفریک اسید –زئین/سولفریک اسید بعد از مجاورت با فلوئورید………………………………………………………………………………………………………………………………………………………75

جدول (3-8) پارامترهای ایزوترم برای جذب فلوئورید توسطZein /H2SO4  ……………………………………………………..61

جدول(3-9) نسبت اجزاء سازنده الکترود برای تهیه الکترود انتخابی فلوئورید……………………………..………………………….62

جدول (3-10) مقادیر ضریب انتخابگری الکترود انتخابگر یون نسبت به آنیونهای مختلف…………………………………………..66

فهرست اشکال

شکل (١-١) نمونه ای از یک ماتریس طراحی شده………………………………...…………………………………………………………..26

شکل(١-٢) ارتباط میان پاسخ،  ماتریس طراحی شده و ضرایب……………...…………………………………………………………….27

شکل (2-1) نمودار کالیبراسیون فلوئورید با بهره گرفتن از روش اسپادنس………………….……………………………………………….41

شکل (3-1 )نمودار سه بعدی راندمان جذب در مقابل متغیرهای pH و مقدار جاذب……………………………………………….49

شکل(3-2 )نمودار سه بعدی راندمان جذب در مقابل متغیرهای pH و غلظت اولیه فلوئورید…………………………………….50

شکل(٣-3) نمودار سه بعدی راندمان جذب در مقابل متغیرهای مقدار جاذب و غلظت اولیه فلوئورید………………………..51

شکل(3-٤)تاثیر یونهای دیگر بر حذف فلوئورید، غلظت اولیه فلوئورید  ppm٥/5، مقدار جاذب  mg ٢5٠

 ،   pH6و زمان تماس ١ساعت…………………………………………………..……………………………………………………………….54

شکل (3-5) طیف IR  زئین(a) –زئین/سولفوریک اسید(b)–زئین/سولفوریک اسید بعد از مجاورت با فلوئورید(c)…….56

شکل (3-6) طیف XRD زئین(a) –زئین/سولفوریک اسید(b)–زئین/سولفوریک اسید بعد از مجاورت با فلوئورید(c)…58

شکل (3-7)تصویر SEM از Zein/H2SO4…………………………………………………………………………………………………….59

شکل(3-8(تصویر SEM ازZein/H2SO4    بعد از مجاورت با فلوئورید……………………………………………………....……95

شکل(3-9)تصویر SEM نانوذرات زئین………………………………………………………………..…………………………………………59

شکل (3-١0) طیف XRD نانوذرات زئین…………………………………………………………………………………………………………60

شکل (3-11) نمودار ایزوترم جذب فرندلیچ………………………………….…………………………………………………………………..60        

    شکل (3-12) نمودار ایزوترم جذب لانگمویر ……………………………………………………….…………………………………………..60

شکل (3-13) مقایسه پاسخ الکترود انتخابگر یون به نسبت­های مختلف از اجزای سازنده الکترود…………………..…………. 63

شکل(3-14) بررسی اثر pH بر پاسخ الکترود در حضور 01/ 0 مولار از فلوئورید………………..………………………………..63

شکل(3-15)مقایسه پاسخ الکترود انتخابگر یون به آنیونهای مختلف………………………………..……………………………………..64

شکل(3-16) منحنی تیتراسیون 10 میلی­لیتر از توریم نیترات 0004/0 مولار با محلول فلوئورید 001/0 مولار

 با الکترود پیشنهادی………………………………………………..…………………………………………………………………………………….67

 

چکیده

فلوئورید از سالها قبل بعنوان یک یون سمی شناخته شده است. منبع اصلی فلوئورید در محلولهای آبی سنگهای معدنی حاوی فلوئورید و فعالیت های صنعتی کارخانه ها می­باشد. بر طبق گزارش سازمان حفاظت محیط زیست مقدار فلوئورید بیش از ١ میلی­گرم بر لیتر باعث بروز بیماریهای مختلف می­ شود. در این تحقیق از ماده بیوپلیمری بنام زئین بعنوان جاذب برای حذف فلوئورید از آب استفاده شده است و روشی که برای تعیین غلظت فلوئورید در محلولهای آبی بکار می­رود روش اسپادنس می­باشد . پارامترهای موثر بر واکنش از قبیل pH ، مقدار جاذب، زمان تماس جاذب و غلظت اولیه فلوئورید  با روش طراحی ترکیب مرکزی بهینه شده ­اند. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار جذب  در pH ،