طراحي، ساخت و مشخصه¬يابي جاذب نانوكامپوزيت نمد كربني-نانولوله كربني به روش نفوذ بخار شيميايي جهت كاربرد در تصفيه آب

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مواد

دكتري

كمبود آب در ايران به عنوان يك منطقه خشك، محققان را به سمت بازگرداني و بازيافت منابع آب متمايل نموده¬است. در ميان روش-هاي مختلف ارائه شده براي تصفيه و بازيافت منابع آب، استفاده از ساختارهاي كربني به عنوان جاذب با خواص جذبي فوق العاده، گزينه مناسبي است. در ميان اين ساختارها نمدهاي كربني متخلخل بافته شده از الياف كربن به دليل دارا بودن خواص منحصر به فرد الياف كربني انتخاب مناسبي به عنوان پايه جاذب هستند. تنها مشكل اين بافته¬ها كه نسبت سطح به حجم كم آن¬هاست را مي¬توان از طريق كامپوزيت-سازي نمدكربني با نانولوله¬هاي كربني رفع كرد. از اين¬رو، هدف از اين پژوهش ساخت و مشخصه¬يابي جاذب¬هاي نانوكامپوزيتي نمد كربني- نانولوله كربني جهت تصفيه پساب¬ها و نمك¬زدايي از آب دريا است. در اين راستا، نانولوله¬هاي كربني به عنوان تقويت¬كننده در جاذب كامپوزيتي بر سطح كاتاليست نيكل سنتز شد. در سنتز نانولوله¬هاي كربني توسط فرايند نفوذ بخار شيميايي (CVI) بهينه¬سازي پارامترهاي دما، زمان فرايند و هم¬چنين نحوه توزيع و نشست ذرات كاتاليستي روي سطح نمدكربني از اهميت ويژه اي برخوردار است. از طرفي به دليل اهميت كاهش اندازه و بهبود توزيع ذرات نيكل در تعيين مورفولوژي نانولوله¬هاي سنتز شده و سطح ويژه جاذب نانوكامپوزيتي ساخته شده، اثر پارامترهاي مختلفي چون امواج اولتراسونيك، غلظت محلول و به كارگيري عامل پليمري مورد بررسي قرار گرفت. پس از ساخت كامپوزيت¬ها، مشخصه¬يابي به منظور ارزيابي مورفولوژي و تعيين مكانيزم رشد (TEM, FESEM, SEM و HRTEM)، ساختار شيميايي (FTIR-ATR, Raman و XPS) و فازي (XRD) و سطح ويژه (BET) صورت گرفت. در ادامه پس از انتخاب پارامترهاي بهينه ساخت نانوكامپوزيت، عملكرد جذبي جاذب نانوكامپوزيتي ساخته¬شده قبل و بعد از فعال¬سازي شيميايي در جذب كاتيون¬هاي آلاينده و ايجاد كننده شوري در مدت زمان¬هاي مختلف مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفت. در پايان مدل¬ها سينتيكي و هم دما¬هاي جذب بر داده¬هاي آزمايشگاهي برازش شده و پيش¬بيني¬هاي احتمالي از مكانيزم جذب ارائه شد. تصاوير ميكروسكوپي حاصل از نمونه¬هاي كامپوزيتي حضور نانولوله¬هاي كربني با قطرهايي در محدوده نانومتري بر سطح الياف را تاييد كرده و نشان داد كه با افزايش زمان فرايند CVI نانولوله¬ها ساختار نانومتري خود را از دست نداده و رشد طولي دارند. اين افزايش طول و در هم تنيده شدن نانولوله¬هاي كربني سنتز شده منجر به ايجاد يك شبكه سه بعدي پيچيده از نانولوله¬هاي كربني با ساختار متخلخل منحصر به فرد جهت كاربرد نمونه در تصفيه آب شده¬است. نتايج هم¬چنين نشان داد كه استفاده از پليمر PVP در مرحله نشست ذرات كاتاليستي روي الياف منجر به بهبود قابل توجه توزيع ذرات شده و ساختارهاي نانومتري ظريف¬تر و يكنواخت¬تري ايجاد مي¬كند. نتايج آزمون BET نيز نشان مي¬دهد كه با استفاده از اين پليمر سطح ويژه از m2/g80/53 تا m2/g45/262 در زمان مشابه فرايند CVI افزايش يافته است. نتايج آزمون جذب نيز حاكي از آنست كه جاذب ساخته شده پس از فعال¬سازي شيميايي توانايي كاهش ميزان كاتيون¬هاي فلزات سنگين را تا 94% درصد داراست. هم¬چنين ميزان جذب كاتيون¬هاي ايجاد كننده شوري توسط جاذب پس از فعال¬سازي تا 52% افزايش مي¬يابد. نتايج نشان داد كه انطباق داده¬هاي آزمايشگاهي جاذب توليدي با مدل فروندليچ بيشتر بوده و جذب به صورت چندلايه روي جاذب رخ مي-دهد. بنابراين جاذب نانوكامپوزيتي ساخته شده به دليل ساختار متخلخل منحصر به فرد، سطح ويژه مناسب و مكان¬هاي فعال زياد در سطح خود قابليت جذب آلاينده¬هاي منابع آب را دارا بوده و براي استفاده در فرايندهاي تصفيه و نمك¬زدايي آب مناسب مي¬باشد

237208

مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان