تهيه و شناسايي چارچوب فلز- آلي (MIL-68(Al با رويكردي متفاوت جهت حذف آلاينده هاي آلي رنگي از منابع آبي و كاربرد روش هاي كمومتري براي طراحي آزمايش و اندازه گيري در بافت هاي پيچيده

دكتراي تخصصي

رساله حاضر در چهار كار تحقيقاتي گردآوري شده است. در نخستين پژوهش، چارچوب فلز- آلي موسوم به (MIL-68(Alدر نخستين كار تحقيقاتي به روش بازرواني و با اعمال كمي اصلاحات در مسير سنتز و فعالسازي اصلي تهيه و با روشهاي FT-IR، XRD، آناليز جذب- واجذب نيتروژن، SEM و آزمونهاي TG/DTA مشخصه يابي گرديد. سپس به عنوان بستري مساعد براي مطالعه رفتار جذبي دو رنگينه كاتيوني متيلن آبي و رودامين ب در محلولهاي يكتايي و مخلوط به كار برده شد. به منظور تحليل فرآيند حذف رنگينه ها در سيستم ناپيوسته و تأثير متغيرهاي مختلف نظير مقدار جاذب، قدرت يوني محيط، pH، زمان تماس در حمام فراصوتي و غلظت اوليه رنگينه ها بر بهره حذف از روش يك متغير در زمان و همچنين روش طراحي آزمايش استفاده گرديد. بيشينه ظرفيت جذب لانگموير براي رنگينه هاي متيلن آبي و رودامين ب در سيستم تك جزيي به ترتيب معادل 1734 و mg.g-1 1056 و در سيستم دوجزيي برابر 227 و mg.g-1 29 برآورد گرديد. پس از انطباق داده هاي تجربي با الگوهاي سينتيكي، توافق بسيار خوب نتايج تجربي با الگوي شبه مرتبه دوم تأييد شد. قابليت احياء جاذب با حلال متانول و استفاده مكرر از آن و همچنين امكان سنجي حذف همزمان رنگينه هاي نامبرده در نمونه هاي حقيقي از جمله بخش هاي ديگر اين مطالعه بود. در دومين كار تحقيقاتي، از چارچوب فلز- آلي سنتز شده براي حذف همزمان دو رنگينه مالاشيت سبز و متيلن آبي با همپوشاني طيفي شديد استفاده شد. روش طيف سنجي مشتقي مرتبه دوم راهكار معتبري براي تجزيه دقيق غلظت اين رنگينه ها در نمونه هاي آزمايشگاهي و حتي محلول هاي حقيقي بود. تأثير متغيرهاي مختلف بر روند جذب همزمان رنگينه ها، بهينه سازي شرايط و الگوسازي فرآيند حذف به روش طرح مركب مركزي- سطح پاسخ انجام گرفت. استفاده از مقادير بسيار اندك جاذب در حد mg 5/5 و زمان تماس كوتاه تقريباً 5 دقيقه در كنار بيشينه ظرفيت جذب همزمان mg.g-1 500 براي متيلن آبي و mg.g-1 142 براي مالاشيت سبز از جمله شاخص هاي ارزشمند مطالعه اخير به شمار مي آيد. تأثير حضور انواع نمك ها با غلظت هاي مختلف در نمونه، امكان استفاده مجدد از جاذب و تجزيه نمونه هاي حقيقي ساير بخش هاي اين پژوهش را تشكيل مي دهند. در سومين كار تحقيقاتي، با هدف تأكيد بر نقش ارزنده روش هاي كمومتري در تجزيه نمونه هاي پيچيده، اندازه گيري همزمان سه رنگينه متيلن سبز، متيل نارنجي و آزوكارمين با همپوشاني طيفي شديد بررسي شد. نتايج حاصل از مطالعه سه روش طيف سنجي مشتقي، كاليبراسيون چندمتغيره كمترين مربعات جزيي (PLS) و PLS همراه با روش پيش پردازش علامت اورتوگونال (OSC-PLS) حاكي از برتري روش OSC-PLS نسبت به دو روش ديگر از حيث كمتر بودن ميزان خطا در اندازه گيري غلظت رنگينه هاي مذكور در نمونه هاي آزمايشگاهي و حقيقي بود. افزون بر اين داده هايي كه از فيلتر OSC عبور كرده اند الگوهاي كاليبراسيون ساده تر با تعداد فاكتورهاي كمتري داشتند. در چهارمين كار تحقيقاتي، (MIL-68(Al با هدف تسهيل مسير سنتز و امكان تجاري سازي آن براي نخستين بار به روش تابش دهي ريزموج سنتز و تأثير متغيرهاي مختلف اعم از دماي واكنش، غلظت پيش سازها و زمان تابش دهي بر خصوصيات كيفي و كمي محصول بررسي شد. نتايج حاكي از برتري قابل توجه روش تابش دهي ريزموج از جنبه هاي مختلف نظير حصول نمونه اي يكنواخت و با حفظ اصالت فيزيكي و شيميايي و خلوص بيشتر طي زمان بسيار كوتاه در حدود 15 دقيقه نسبت به نمونه حاصل از 19 ساعت سنتز بازرواني و همچنين عدم هدررفت حجم زياد آب نسبت به روش سنتي بود. كارايي (MIL-68(Al سنتز شده براي حذف همزمان دو رنگينه متيل نارنجي و متيل سبز بررسي و بيشينه ظرفيت جذب همزمان اين رنگينه ها در زمان كوتاه حدود 4 دقيقه به ترتيب معادل 200 و mg.g-1 166 برآورد شد. نتايج حاصل از مقايسه روش هاي همزدن با انواع همزن ها بر اهميت چشمگير روش فراصوتي در ايجاد تماس بهتر ميان جاذب و گونه ميهمان و تسريع فرآيند حذف تأكيد داشت. مقايسه عملكرد جذب اين دو رنگينه با دو نمونه (MIL-68-(Alكه يكي با روش بازرواني و ديگري با روش تابش دهي ريزموج تهيه شده بود، اطلاعات جالبي در خصوص تأثير روش سنتز بر ساختار و گزينش پذيري محصول نهايي در اختيار نهاد. كاهش قابل توجه كارايي جاذب براي حذف رنگينه هاي نامبرده در نمونه هاي حقيقي با زمينه پيچيده يكي ديگر از نتايج اين پژوهش بود.

191621

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر آزاده تجردي

شيمي - تجزيه

دكتر روح اله زارع دورابي