بخشی از مقاله
چکیده :
زمینه و هدف : امروزه یکی ازمواد شیمیایی که کاربردوسیعی دارد فرمالدئید می باشد، فرمالدئیدیک گاز شیمیایی با نام متانال بوده که بسیار سمی و خطرناک می باشد که از اکسیژن، هیدروژن و کربن ساخته می شود و فرمول شیمیایی آن CH2O بوده و بدون رنگ و با بوی تند ،زننده وتحریک کننده و نام تجارتی فرمالین که مصارف فراوان دارد . در این تحقیق نانو جاذب SBA-15 عامل دار شده با - -3آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان - و - -3 مرکاپتوپروپیل تری اتوکسی سیلان - برای حذف آلاینده فرمالدئید مورد بررسی قرار گرفته است.
روش بررسی : نانو جاذب SBA-15 طی مراحلی بر اساس روش های موجود در مقالات سنتز شد و عامل دار گردید.در ادامه نانو جاذب عامل دارشده روی گرافن اکساید نشانده شد .ساختار نانو متخلخل و حضور گروه های آمینی و گوگردی این جاذب به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM و اسپکتروسکوپی مادون قرمز تبدیل فوریه - - FT-IR بررسی و تایید شد . حذف فرمالدئید با استفاده از این نانو جاذب توسط فرآیند جذب سطحی مورد مطالعه قرار گرفت . عواملی که در روند تحقیق تاثیر گذارند از قبیل مقدار نانو جاذب ، pH محلول وغلظت فرمالدئید مورد بررسی قرار گرفت و مقادیر جهت افزایش بازده حذف فرمالدئید بهینه شده و مشخص گردید.
یافته ها و نتیجه گیری :جاذب عامل دار شده گوگردی نشانده شده بر روی گرافن اکساید به دلیل داشتن نسبت سطح بالا و پایداری شیمیایی و گروه های عاملی مناسب ترین گزینه جهت حذف فرمالدهید از محلول های آبی می باشند. جاذب های عامل دار شده آمینی جهت حذف فرمالدئید مناسب نیستند. بالاترین درصد جذب فرمالدید از محلول آبی فرمالدئید با غلظتppm10 با مقدار 0/2 گرم از نانو جاذب GO-SBA-15 گوگردی بدست آمد. مقدار 0/1 گرم از جاذب GO-SBA-15 گوگردی بیشترین درصد جذب را در غلظت های پایین تر آلاینده فرمالدئید - - 2/5 ppm از خود نشان داد به طوری که با افزایش غلظت فرمالدئید درصد جذب کاهش یافت. بالاترین درصد جذب در محلول های آبی در pH=11 اتفاق افتاد .
کلمات کلیدی :محلول فرمالدئید ، نانو جاذب SBA-15 عامل دار شده، فرمالدئید، گرافن اکساید ، جذب سطحی
مقدمه :
امروزه باپیشرفت صنایع وتنوع فعالیت ها و فرآیندها تعداد موادشیمیایی روز به روزدرحال افزایش می باشد که متأسفانه اکثرآنها اگرکنترل نشوند یا نکات بهداشتی درخصوص آنهارعایت نشود مشکلاتی را برای افرادجامعه ببارمی آورد.یکی ازآن مواد شیمیایی که کاربردوسیعی دارد فرمالدئید می باشد، فرمالدئیدیک گاز شیمیایی با نام متانال بوده که بسیار سمی و خطرناک می باشد که از اکسیژن، هیدروژن و کربن ساخته می شود و فرمول شیمیایی آن CH2O بوده و بدون رنگ و با بوی تند ،زننده وتحریک کننده ونام تجارتی فرمالین که مصارف فراوان دارد . افزایش استفاده از فرمالدئید و خاصیت سمی بودن این ماده، برای افرادی که به طور مستقیم و نزدیک با آن سر و کار دارند ، نگران کننده است.
تاکنون روش های مختلفی جهت اندازه گیری میزان انتشار فرمالدئید و اندازه گیری غلظت فرمالدئید در پساب های صنعتی و هوای محیط کارخانجات و هوای داخل ساختمان و راه کارهایی جهت کاهش غلظت و حذف فرمالدئید از آنها ارائه شده است از جمله حذف فتوکاتالیستی فرمالدئید از هوا با استفاده از نانوکامپوزیت اکسید تیتانیوم- اکسید گرافن احیاء شده، حذف فرمالدئید از محلول هاي آبی توسط فرایند اکسیداسیون پیشرفته - - UV/H2O2، تصفیه بیولوژیکی پساب حاوی فرمالین به روش لجن فعال و ...
مواد و روش ها :
مواد استفاده شده در این تحقیق شامل : تترا اتیلن اورتوسیلان - TEOS - به عنوان منبع سیلیس و با فرمول مولکولی - C2H50 - 4Si جرم مولکولی 208/37 g/mol و دمای ذوب -77 درجه سانتی گراد ، سورفکتانت پلورونیک P123Poly با فرمول مولکولی - - PO70 EO20 ، هیدروکلریک اسید 37% HCl با جرم مولکولی g/mol 36/45 و دانسیته 1/19 Kg/L ،محلول فرمالین استاندارد %37 تجاری ، عامل آمینی - -3آمینوپروپیل تری اتوکسی سیلان - ، عامل گوگردی -3 - مرکاپتو پروپیل تری اتوکسی سیلان - ، گرافن اکساید GO ، DMF دی متیل فرم آمید به عنوان حلال - - Dimethylformamide با فرمول مولکولی NO۷H۳C ،DCC با فرمول شیمیایی C13H22N2 ، آب دیونیزه ، الکل اتانول ،سدیم هیدروکسید - NaOH - با جرم مولکولی 40 g/mol ، آمونیوم استات ، استیل استون - پنتان-4،-2 دی اون - - C5H8O2 - و اسید استیک گلاسیال - C2H4O2 - دستگاه های مورد نیاز در این تحقیق شامل : آون ساخت شرکت memmert ، pHمتر ساخت شرکت HANA ، هات پلیت مگنت دار ساخت شرکت پارس ، ترازوی دیجیتال 0/01 گرم ساخت شرکت AND ، ترازوی دیجیتال 0/0001 گرم ساخت شرکت AND ، اسپکتروفتومتر UV-VIS ساخت شرکت UNICO ، حمام التراسونیک ساخت شرکت Agilent ، میکروسکوپ الکترونی SEM و دستگاه FT-IR
تهیه محلول ها :
-1 محلول 1/9 مولار هیدروکلریک اسید : ابتدا 39/4 میلی لیتر هیدروکلریک اسید آزمایشگاهی با درجه خلوص 37% رابرداشته و در بالن ژوژه 250 میلی لیتر با آب دیونیزه به حجم می رسانیم.
-2 محلول های استاندارد فرمالدئید : ابتدا 1 میلی لیتر از محلول فرمالدئید % 37 استاندارد را در یک بالن ژوژه 1000 به حجم می رسانیم.سپس جهت تهیه محلول های استاندارد 10PPM ، 8PPM ،5PPM و 2.5PPM به ترتیب مقادیر 27/03 ، 21/62 ، 13/51 و 6/67 میلی لیتر از محلول مادر را در بالن های 1000 به حجم می رسانیم .
-3 محلول استیل استون-آمونیوم استات : مقدار 150 gr آمونیوم استان را وزن کرده و در بالن 1000سی سی در 800 میلی لیتر آب مقطر حل کرده سپس مقادیر 3 ml اسید استیک و 2 ml استیل استون اضافه کرده و به طور کامل در محلول مخلوط کنید و با آب مقطر به حجم می رسانیم.
سنتز SBA-15 و SBA-15 عامل دار شده آمینی و SBA-15 عامل دار شده گوگردی :
ابتدا در یک بشر مقدار 2 گرم از سورفکتانت p123 را وزن کرده و 62/5 گرم HCl - 1.9M - به آن اضافه کرده و جهت یکنواخت شدن مخلوط یک مگنت را درون بشر قرار می دهیم. بشر را به مدت 45 دقیقه در دمای 45 درجه سانتیگراد داخل بشری که محتوی پارافین مایع بر روی همزن مغناطیسی است، قرار می دهیم. سپس مقدار 3 /84 گرم از منبع سیلیسی TEOS به آن اضافه کرده و به مدت 20 تا 24 ساعت در دمای 45 درجه سانتیگراد در حال همزدن قرار می دهیم. سپس مخلوط را در شرایط سکون قرار داده و دما را تا 100 درجه سانتیگراد افزایش می دهیم تا منبع سیلیسی روی سطح قالب شش وجهی ایجاد شده توسط سورفکتانت بنشیند.پس از گذشت 24 ساعت مقدار 50 cc الکل اتانول جهت خروج قالب سورفکتانتی به رسوب سفید رنگ داخل بشر افزوده و به مدت 24 ساعت در دمای 78 تا 85 درجه سانتیگراد برروی همزن مغناطیسی عمل رفلاکس را انجام می دهیم.
پس از طی زمان مورد نظر مخلوط حاصل را صاف کرده و رسوب حاصله را در داخل آون خشک کرده تا پودری نرم و سفید رنگ - ماده نانو متخلخل سیلیسی - SBA-15 حاصل شود . جهت سنتز SBA-15 عامل دار شده آمینی مانند سنتز SBA-15 ، پس از اضافه کردن TEOS به مدت 45 دقیقه مخلوط را به همان شکل در دمای 45 درجه سانتیگراد در حال هم زدن گذاشته سپس مقدار 1/0118 گرم از عامل آمینی - -3آمینوپروپیل تری اتوکسی سیلان - به مخلوط اضافه کرده و وبقیه مراحل را عینا ادامه می دهیم همچنین برای عامل دار نمودن سطح SBA-15 با گروه عاملی گوگردی - - -SH از ماده ای به نام -3 مرکاپتو پروپیل تری اتوکسی سیلان استفاده شد. روش سنتز آن مانند سنتز SBA-15 عامل دار شده آمینی می باشد، با این تفاوت که پس از اضافه کردن TEOS و طی مدت زمان 45 دقیقه در دمای 45 درجه سانتیگراد مقدار 1/131 گرم از عامل گوگردی -3 - مرکاپتو پروپیل تری اتوکسی سیلان - به مخلوط داخل بشر اضافه می کنیم. در آخر رسوب حاصله را در داخل آون خشک کرده تا پودری نرم حاصل شود.
نشاندن SBA-15 عامل دار شده گوگردی بر روی گرافن اکساید :
ابتدا 0/ gr04 گرافن اکساید را در DMF cc100 ریخته و به مدت 30 دقیقه در دمای عادی در دستگاه التراسوند بهم زده می شود . بعد از دیسپرس شدن مقدار SBA-15 0/gr5 عامل دار شده گوگردی و 0/gr1 ماده DCC را اضافه می کنیم و آنرا به مدت 24 ساعت در حمام پارافین 60 درجه سانتی گراد قرار می دهیم . در نهایت با دمای 100 درجه ساتیگراد بر روی هیتر مگنت تبخیر کرده تا پودر جاذب نهایی به دست آید.
رسم منحنی کالیبراسیون محلول های استاندارد فرمالدئید:
برای این منظور محلول های استاندارد 2/5 ppm ،5 ppm ،ppm ،8 ppm و ppm10 را تهیه کرده و مقدار 20 ml از هرکدام برداشته و در بالن های 100 می ریزیم . سپس به هرکدام از محلول ها مقدار 20 ml محلول استیل استون-آمونیوم استات اضافه می کنیم و با آب مقطر به حجم می رسانیم. سپس محلول ها را به مدت 10 دقیقه در حمام آب 65 درجه سانتی گراد قرار داده و پس از 2 ساعت خنک شدن در مکان تاریک،جذب هرکدام را توسط دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 412 nm می خوانیم . به موازات آن مقدار شاهد را با استفاده از یک محلول درست شده از 20 ml آب و 20 ml محلول استیل استون – استات آمونیوم اندازه گیری کنید . مقادیر جذب را در مقابل غلظت فرمالدئید رسم کنید.شیب منحنی کالیبراسیون را از نمودار به دست آمده به روش دستی یا با استفاده از نرم افزار تعیین می کنیم.
نتایج و بحث :
