بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مقایسه ایزوترم هاي جذب نیترات پتاسیم و نیترات امونیوم به عنوان کودهاي کربن شیمیایی توسط فعالو گرافن با مدل هاي لانگمویر، فراندلیچ ، تمکین
چکیده
جذب نیترات پتاسیم و نیترات امونیوم به عنوان کودهاي مورد استفاده در کشاورزي توسط کربن فعال و گرافن داراي اهمیت است زیرا نیترات پتاسیم یک اکسید کننده تقریبا قوي است و نیترات امونیوم یک شناساگراسید وباز است و هردو ترکیب براي نیتراته کردن خاك جهت کشاورزي بکار میرود و یک ماده منفجره نیز هست.ترکیبات جذب شده به غلظت نمونه بستگی دارد . ایزوترم هاي جذب نیترات پتاسیم و نیترات امونیوم با مدل هاي زیادي قابل بررسی است . هدف این تحقیق، بررسی ایزوترم هاي جذب سطحی نیترات پتاسیم و نیترات امونیوم توسط کربن فعال و گرافن با مدل هاي لانگمویر (Langmuir)، فراندلیچ (Freundlich) و تمکین (Temkin)می باشد. به کمک دستگاه اسپکتروفتومتري (UV/VIS) مدل JENWEY طول موج ماکزیمم((λmaxبدست اورده شد و غلظت هاي مختلفی از محلول ساخته و جذب هاي انها بدست امد و نموداررسممربوطه شد . بررسی نتایج حاصل از آزمایش ها با این 3 مدل مطابقت داده و پارامترهاي مختلف این مدل ها بدست امد .نتایج بدست آمده بیانگر تاثیر غلظت بر پوشیده شدن کسري از سطح توسط مدل فراندلیچ براي نیترات امونیوم توسط کربن فعال با مقدار%99,8 و مدل لانگمویر براي نیترات امونیوم توسط گرافن با مقدار %99,4 و مدل لانگمویر براي نیترات پتاسیم توسط کربن فعال با مقدار%96,1 و مدل لانگمویر براي نیترات پتاسیم توسط گرافن با مقدار%98,7 است .
واژههاي کلیدي: ایزوترم، جذب ,نیترات پتاسیم ، نیترات امونیوم ،کربن فعال ، گرافن
مقدمه
اگرچه کربن فعال به طورگسترده به عنوان جاذب وکاتالیزوراستفاده می شودوکاتالیست درانواع کاربردهاي صنعتی ومحیطی توانایی جذب وفعالیت کاتالیستی نشان داده شد ه تاحدزیادي توسط ویژگی هاي سطح خودکنترل میشود، بععنوان مثال،کربن مورداستفاده براي جذب گازها وبخارات،باید منافذدرجه باشعاع موثر،بطور قابل توجهی کوچکتراز20-16 انگستروم باشددرحالی که کربن فعال با درجه هتخلخل انتقالی درمحدوده 20 تا 500 انگستروم است به عنوان جاذب هاي قابل توجه اي براي حذف ناخالصی هاي رنگ ازسیستم فازمایع است . [1] گرافننامِ یکی از آلوتروپهاي کربن و متشکل از لانه زنبوريSP2 است. [2]
ضخامت گرافن یک لایه اتم کربن است که داراي پتانسیل بالقوهاي براي جایگزینی با سیلیکون میباشد که پیشرفت جامعه آینده به آن مدیون خواهد بود. باوجود اینکه داراي مشخصات بالقوهاي همچون قدرت و وزن سبک و انعطافپذیري و هدایت بالایی هستند اما محدودیتهاي این ماده به نوعی مانع استفاده آنها در میکروپردازندهها و وسایل الکترونیکی میباشد. اینکه گرافن چگونه در دستگاههایی در جهان واقعی به کار رود و دوم اینکه ورقهاي گرافن ماهیت شکنندهاي دارند که این ناشی از اتصالات ضعیف آنها میباشد .اگر هدایت حرارتی گرافن را به عنوان فاکتور مثبتی براي این ماده در نظر بگیریم، نباید از این نکته غافل شویم که هدایت حرارتی گرافن معلق بسیار بیشتر از گرافن بر روي بستر است، حال آنکه همین هدایت حرارتی باعث میشود که حرارت توزیع شده و یک نقطه داغ بوجود نیاید؛ و افسوس اینکه گرافن در جهان واقعی باید بر روي یک بستر قرار بگیرد ونه اینکه آزادانه و معلق در خلأ باشد .[3] امونیوم نیترات (AN)با فرمول شیمیاییNH4NO3 یک کود شیمیایی است که براي نیتراته کردن خاك جهت کشاورزي بکار میرود و یک ماده منفجره نیز هست. حلشدن آن در آب بسیار گرماگیر است.آمونیوم نیترات یکی از قويترین بمبهاي دست ساز است. ساخت آن به آسانی امکان پذیر بوده و استفاده آن نیز راحت است. در مورد خواص این ماده میتوان گفت که از نظر امنیت نگهداري ایمنترین ماده منفجره شناخته شدهاست.
مواد اولیه براي ساخت آن آمونیاك و اسید نیتریک غلیظ است که به راحتی قابل دسترسی است.[4] شوره یا پتاسیم نیترات یک ترکیب شیمیایی با فرمول KNO3 است. این ماده در محلهایی مانند دیواره غارها بصورت طبیعی به شکل گرد سفیدرنگی وجود دارد. نیترات پتاسیم یک اکسید کننده تقریبا قوي است. نیترات پتاسیم آب جذب میکند بنابراین در محصولاتی مانند باروت که از شوره استفاده میشود در صورت قرارگیري در هواي آزاد رطوبت میگیرد و خراب میشود. یکی از واکنشهاي مهم نیترات پتاسیم , نیترات پتاسیم و شکر است که در بسیاري از سوخت موشکها استفاده میشود و همچنین به دلیل خروج H2O وN2 از این واکنش ابر دودزایی درست میکند که به عنوان بمب دودزا استفاده میشود اما در حقیقت این واکنش نسبت دقیق دارد و بدون داشتن نسبت درست واکنش درست عمل نمیکند.که نسبت آن 6 به 6 شکر به نیترات پتاسیم است.[5] با توجه به مصرف بی رویه کودهاي شیمیایی که در کشاورزي به کار می روند و مخاطرات زیان بار انها هدف از این کار تحقیقیاتی این است که ایا با استفاده از جاذب هایی نظیر کربن فعال و گرافن می توان از جذب بیشتر این کودها توسط گیاهان جلوگیري نمود.
کارهاي تجربی
ما در این ازمایش ابتدا نیترات پتاسیم و نیترات امونیوم را توسط اب دوبار تقطیر و با غلظت 150 ppm در بالن ژوژه ml 1000 ساخته و آن را استاندارد کرده ایم. سپس غلظت هاي 25 ، 50 و 100 ppm را در بالن ژوژه 50ml توسط رابطه M1V1=M2V2 ساخته و استاندارد کرده ایم. سپس 10 ml از هر کدام از این غلظت ها را در 3 لوله ازمایش به این ترتیب ریخته که در لوله اولی 10 ml از محلول ساخته شده پتاسیم نیترات بدون کربن فعال و گرافن ، در لوله ازمایش دوم مقدار 1 گرم از کربن فعال را درون لوله ازمایش ریخته و سپس 10 ml از محلول فوق به ان اضافه کرده و انرا توسط کاغذ صافی صاف میکنیم و در لوله ازمایش سوم مقدار 1 گرم از گرافن را درون لوله ازمایش ریخته و سپس 10 ml از محلول فوق به ان اضافه کرده و آن را توسط کاغذ صافی صاف میکنیم . جذب مربوط به غلظت 100 ppm از پتاسیم نیترات را گرفته و طول موج ماکزیمم را یادداشت میکنیم و سپس با توجه به این طول موج و نیز با صفر کردن دستگاه توسط محلول شاهد ، جذب مربوط به هر غلظت را اندازه گیري کرده ایم و براي نیترات امونیوم نیز به همین ترتیب عمل میکنیم . لازم به ذکر است که محلول شاهد براي پتاسیم نیترات و امونیوم نیتراتبدون کربن فعال و گرافن محلول اب دوبار تقطیراست . هنگامی که کربن فعال و گرافن اضافه می کنیم محلول شاهد براي پتاسیم نیترات حاوي آب دوبار تقطیر و کربن فعال یاگرافن است که توسط کاغذ صافی ، صاف کرده ایم و محلول شاهد براي امونیوم نیترات نیزحاوي آب دوبار تقطیر و کربن فعال و گرافن است که توسط کاغذ صافی ، صاف کرده ایم .
-3 مواد و روش ها:
-1-3دستگاه هاو وسایل:
در این تحقیق براي تعیین غلظت از دستگاه اسپکتروسکوپی Uv/vis، ترازوي تجزیه اي (Mettler H 30) با دقت 0/0001 گرم ، بالن ژوژه 100و ml 50 ، لوله ازمایش ، کاغذ صافی و قیف استفاده شده است.
مواد-2-3 شیمیایی:
پتاسیم نیترات و امونیوم نیترات از شرکت Merck استفاده شده است.
گرافن و کربن فعال از شرکت بین المللی پتروپلاستیک سهند (spic) خریداري شد .
– 4 نتایج:
-1-4ایزوترم هاي تعادلی جذب سطحی:
رابطه هاي تعادلی بین جاذب و جذب شونده توسط ایزوترم هاي جذبی تعریف می شوند که رابطه بین مقدار ماده جذب شده و مقداري از آن که در حال تعادل باقی می مانده را نشان می دهد.
-1-1-4 مدل لانگمویر:
این مدل جذب سطحی براي جذب هاي تک لایه بکار میرود. این مدل با فرض یکسان بودن انرژي کلیه سایت هاي جذب روي
سطح جاذب بدست آمده، با معادله زیر که فرم خطی آن است بیان شده .[6]
در انجا qe مقدار حل شده جذب سطحی شده هاي لانگمویر هستند که به ترتیب نشان دهنده (mgg-1) و Ce غلظت حل شده در لحظه تعادل ، qm و b ثابت ثابت تعادل جذب سطحی و ظرفیت جذب سطحی یک لایه اشباع می باشد.
-2-1-4 مدل فرندلیچ:
ایزوترم فرندلیچ یک معادله تجربی است که بیشتر براي درك جذب یون هاي فلزي روي سطح نا همگن با جذب چندسطحی لایه و اینکه مقدار حل شده جذب سطحی شده بطور نامحدود با افزایش غلظت زیاد می شود.[7] همدماي جذب فرندلیچ توسط معادله زیر توضیح داده می شود:
در این رابطه qe مقدار حل شده جذب سطحی شده (mgg-1) و Ce غلظت حل شده در لحظه تعادل (mgL-1) و ثابت هاي n و kfبه ترتیب نشان دهنده میزان شدت جذب سطحی و ظرفیت جذب سطحی می باشد.
-3-1-4 مدل تمکین:
همدماي تمکین حاوي یک فاکتور میباشد که اندرکنش هاي بین جاذب و ذرات جذب شونده را به وضوح نشان می دهد-فرم خطی همدماي تمکین به این صورت می باشد:
