سنتز و شناسایی دندریمر های بر پایه سیتریک اسید و دی اتیلن تری آمین زیست تجزیه پذیر تثبیت شده بر روی نانو ذرات مغناطیسی و گرافن مغناطیسی به عنوان جاذب های مواد شیمیایی آلی سالیسیلیک اسید، آسپیرین و رنگ متیل اورنژ

چکیده طرح

در پرتو حفظ محیط زیست و قوانین سخت‌گیرانه در این مورد, تمرکز این پژوهش بر فن‌آوری‌های پاک قرار دارد. مبحث جذب آلاینده ها از محیط آبی یکی از این فن‌آوری‌ها می‌باشد. که در این بین جاذب های ناهمگن نسبت به جاذب های همگن به‌واسطه‌ی آسانی جداسازی از مواد واکنش دهنده و محیط آبی و همچنین ارزان‌تر و به‌صرفه بودن ترجیح داده می‌شود. در این پروپوزال استفاده همزمان از نانو ذرات مغناطیسی وگرافن مغناطیسی اصلاح شده با دندریمرهای زیست تخریب پذیر و سازگار با محیط ریست برای حذف آلاینده های آلی و رنگی مورد استفاده قرار می گیرند. دندریمر طراحی شده بر پایه واحد های تکرار شونده سیتریک اسید تهیه می شود که در نهایت برای افزایش بر همکنش با آلاینده های آلی و رنگی با گروه های آمین فعال می شوند. در ادامه فعالیت نانو دندریمر های تهیه شده به عنوان جاذب سالیسیلیک اسید، آسپیرین و متیل اورنژ مورد استفاده قرار می گیرند و شرایط فرایند جذب بهینه خواهد شد. از نتایج نهایی بدست آمده در این پروپوزال می تواند در طراحی نانو دندریمر هایی با توانایی بالا در واکنشهای آلی و انتقال مواد شیمیایی در بدن موجودات زنده استفاده کرد

اهداف

۱) سنتز و شناسایی نانو ذرات مغناطیسی Fe3O4 اصلاح شده در ابعاد کمتر از ۵۰ نانومتر

۲) سنتز و شناسایی گرافن از گرافیت و اصلاح آن با نانو ذرات مغناطیسی Fe3O4

3)تثبیت دندریمر با استفاده از مواد اولیه سیتریک اسید و دی اتیلن تری آمین بر روی نانو ذرات مغناطیسی Fe3O4 و گرافیت اصلاح شده

۴) شناسایی نانو دندریمر های کووالانسی تثبیت شده با استفاده از تکنیک های مختلف مانند FTIR ، XRD ، SEM ، TEM ، zeta potential ، CHN ، ICP و .XPS

5)کاربرد نانو دندریمر تهیه شده به عنوان جاذب متیل اورنژ، سالیسیلیک اسید و آسپیرین از محیط آبی

شرح طرح و دستاوردها به زبان مردمی

در بخش اول این تحقیق، یک جاذب دندریمری قطبی حاوی گروه آمین (SAPAMAA) تثبیت شده بر روی نانوذرات SiO2-Al2O3 تهیه شد و جذب اسید سالیسیلیک (SA) به عنوان یک آلاینده تو ظهور از محلول آبی تهیه شده و از نمونه حقیقی مورد بررسی قرار گرفت. نانومواد سنتز شده به وسیله HNMR و ۱۳ CNMR ، طیف‌سنجی مادون قرمز (FT-IR) ، پتانسیل زتا (ζ)، پلاسمای جفت شده القایی-طیف‌سنجی نشر اتمی (ICP-AES) ، میکروسکوپ الکترونی (SEM) ، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) ، و تکنیک جذب و واجذب نیتروژن به روش Brunauer-Emmett-Teller (BET) تجزیه و تحلیل شدند. پارامترهای مختلف مانند اثر زمان تماس، مقدار جاذب، غلظت اولیه SA ، اثر دمای محلول، یون‌های مزاحم، آبگریز بودن جاذب و pH اولیه مورد بررسی قرار گرفت. بالاترین میزان جذب در زمان تعادل در مدت ۱۵ دقیقه (۲۵۲.۸ میلی‌گرم SA در گرم جاذب) مشاهده شد. ایزوترم‌ها با مدل Sips (با میانگین خطای نسبی ۶.۶) و داده‌های سینتیک نیز با معادله سرعت شبه مرتبه دوم (با خطای نسبی متوسط %۱۳.۰) بررسی شد. نتایج نشان می‌دهد که مرحله جذب شیمیایی به عنوان فاکتور محدود کننده سرعت فرایند جذب می‌باشد و این موضوع به وسیله داده‌های تجربی حاصل از اثر یون‌های مزاحم، پتانسیل زتا و تغییرات آبگریز بودن جاذب نیز تایید شده است. ظرفیت جذب با افزایش درجه حرارت کاهش می‌یابد و نشان می‌دهد که جذب SA به طور شیمیایی در محدوده ۱۵ تا ۸۰ درجه سانتی‌گراد یک فرایند گرمازاست. علاوه بر این SA جذب شده بر روی SAPAMAA به وسیله‌ی NaOH و اتانول براحتی واجذب می‌شود و همچنین نانو جاذب SAPAMAA ظرفیت جذب بالایی را پس از ۱۰ بار بازیابی از خود نشان می‌دهند. همچنین، SAPAMAA می‌تواند برای حذف SA از نمونه حقیقی (آب دریاچه انزلی)مورد استفاده قرار گیرد. به نظر می رسد که نانو دندریت تهیه شده با ویژگی‌های قابل توجهی مانند دوستدار بودن محیط زیست، ارزان بودن، آماده سازی آسان در مقادیر زیاد و پایداری مکانیکی و شیمیایی بالا نقش مهمی را در ایجاد نسل جدیدی از نانو جاذب‌های آلاینده محیط زیست ایفا کند. خروجی این تحقیق در چارچوب یک مقاله ISI در نشریه Journal of Colloid and Interface Science در سطح Q ۱ با ضریب تاثیر ۷.۵ به چاپ رسید.

در ادامه تحقیق، یک جاذب نانودندریمری جدید دیگر بر پایه نانوذرات آلومینو-سیلیکاتی منتهی به گروه‌های دی‌اتیل‌تری‌آمین، تری‌آزین و L -سیستئین‌متیل‌استر‌سنتز و شناسایی شده و به منظور جذب یون‌های Hg(II) از محیط آبی به کار گرفته شد. نانوذرات بهینه شده به لحاظ خواص ساختاری و شیمیایی با روش‌های مختلفی مانند طیف‌سنجی مادون‌قرمز ( FT-IR )، پتانسیل زتا (ζ)، پلاسمای جفت شده القایی-طیف‌سنجی‌نشر‌اتمی ( ICP-AES )، میکروسکوپ الکترونی ( SEM )، میکروسکوپ الکترونی عبوری ( TEM )، و تکنیک جذب و واجذب نیتروژن به روش Brunauer-Emmett-Teller (BET) مورد بررسی قرار گرفت. مدل‌های سینتیکی و تعادلی و پارامترهای مختلف مانند زمان تماس، مقدار جاذب، غلظت اولیه یون‌های جیوه، دما، یون‌های مداخله‌کننده و pH محیط برای بررسی فرایند حذف یون‌های جیوه توسط نانوجاذب تهیه شده، مورد بررسی قرار گرفت. زمان تماس برای حذف بیشینه یون‌های جیوه (mg/g3232) 6 دقیقه به دست آمد. جذب یون‌های جیوه با معادلات سینتیکی شبه مرتبه اول و دوم و همچنین مدل‌های ایزوترمی فروندلیچ، لانگمویر و سیپس مورد بررسی قرار گرفت. سینتیک جذب از معادله شبه مرتبه دوم پیروی کرده وهمچنین نتایج نشان می‌دهد مکانیسم جذب از نوع شیمیایی بوده و مرحله تعیین‌کننده سرعت فرایند جذب بوده و نتیجه انتقال جرم نمی‌باشد که توسط روش‌های مختلفی مانند پتانسیل زتا، FT-IR و DV UV-Vis تایید می‌گردد. پارامترهای ترمودینامیکی به دست آمده ( ΔHo ، -ΔGo و ΔSo ) نشان می‌دهند که فرایند جذب جیوه خود‌به‌خودی و در محدوده دمایی oC 15-80 به صورت شیمیایی بوده و ماهیت گرمازا دارد. جاذب نانودندریمری تهیه شده قابلیت بازیابی و استفاده مجدد مطلوبی را در 15 چرخه جذب-واجذب نشان می‌دهد. خروجی این تحقیق در چارچوب یک مقاله ISI در نشریه Journal of Colloid and Interface Science در سطح Q ۱ با ضریب تاثیر ۷.۵ به چاپ رسید.