ساخت کامپوزيت پلي پيرول بر روي پلي وينيل الکل و کاربرد آن در حذف رنگ متيل اورانژ از محلول هاي آبي word

 

کليد واژه ها: جذب سطحي، کامپوزيت پلي پيرول بر مبناي پلي وينيل الکل، متيل اورانژ ، پساب رنگي

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول:مقدمه و کليات تحقيق

1-1مقدمه...........2

1-2-طبقه بندي رنگ ها......4

1-2-1-رنگ هاي بازي.........4

1-2-1-1-خصوصيات رنگ هاي بازي...........5

1-2-1-2-کاربرد رنگ هاي بازي.........5

1-2-2-رنگ هاي اسيدي.......5

1-2-3-رنگ هاي مستقيم..........6

1-2-4-رنگ هاي دندانه اي.....6

1-2-5-رنگ هاي آزوييکي..........7

1-2-6-رنگ هاي گوگردي.......7

1-2-7-رنگ هاي خمره اي......7

1-2-8-رنگ هاي کلوييدي...8

1-2-9-رنگ هاي فعال....8

1-3-آلودگي ناشي از رنگ ها.....9

1-3-1-آلودگي ناشي از حلال ها و کنترل آن..............................................................................9

1-3-2-آلودگي ناشي از رنگ ها و کنترل آن ها..........................................................................10

1-3-2-1-رنگ هاي اپوکسي...........................................................................................10

1-3-2-2-رنگ هاي پلي اورتاني.....................................................................................10

1-3-2-3-رنگ هاي وينيلي...........................................................................................11

1-3-3-آلودگي ناشي از رنگدانه ها..........................................................................................11

1-4-مطالعات در طراحي رنگ ها....................................................................................11

1-4-1-رنگ هايي براي پلي استرها.............................................................................................12

1-4-2- رنگ هايي براي پلي آميدها و پروتئين ها.......................................................................12

1-4-3-رنگ هايي براي پليمرهاي کاتيوني..................................................................................12

1-4-4-رنگ براي پليمرهاي سلولزي..........................................................................................12

1-4-5-رنگ مو ها.......................................................................................................................13

1-5-کاربرد رنگ ها..........................................................................................................13

1-6-جنبه هاي محيط زيستي............................................................................................17

1-7-جنبه هاي سمي بودن رنگ........................................................................................17

1-8-حذف رنگ از پساب رنگي......................................................................................18

1-8-1-ويژگي فاضلاب هاي نساجي.............................................................................18

1-9- تصفيه فاضلاب نساجي.........................................................................................19

1-9-1تيمارهاي فيزيکي..............................................................................................................23

1-9-1-1-جذب.............................................................................................................23

1-9-1-2-فيلتراسيون غشايي..........................................................................................24

1-9-1-3-تبادل يوني....................................................................................................24

1-9-1-4-انعقاد.............................................................................................................24

1-9-2-تيمارهاي شيميايي.........................................................................................................25

1-9-2-1-شناساگر فنتون..............................................................................................25

1-9-2-2-ازون دهي.....................................................................................................25

1-9-2-3-فتوشيميايي...................................................................................................26

1-9-2-4-سديم هيپوکلرايد..........................................................................................26

1-9-3-الکتروليز.......................................................................................................................26

1-9-4-اکسيداسيون هواي مرطوب..........................................................................................26

1-9-5-فراصوت.......................................................................................................................27

1-9-6-تيمار بيولوژيکي...........................................................................................................27

1-10-جذب……………..…………………..…………..………………………………...29

1-10-1 جاذب هاي رايج ..........................................................................................29

1-10-1-1-کربن فعال................................................................................................30

1-10-1-2-چيپس چوب............................................................................................30

1-10-1-3-زغال نارس...............................................................................................30

1-10-2-جذب سطحي.............................................................................................................31

1-10-2-1-عوامل موثر بر روي جذب.........................................................................31

1-10-2-1-1-سطح تماس….......……..………………………………………................32

1-10-2-1-2-غلظت…………...………………………………………………................32

1-10-2-1-3-دما…...………….………………………………………………….................32

1-10-2-1-4-نوع ماده جاذب و جذب شونده…………….…………………...................32

1-10-2-1-5- حالت ماده جاذب و جذب شونده..…………..………………..................32

1-10-2-1-6-pH محيط..................................................................................................33

1-10-3-ايزوترم هاي جذب…………..……………..……………………………………..34

1-10-3-1-مدل ايزوترم لانگموير…………..……………….………………………………34

1-10-3-2-ايزوترم فروندليچ…………………………….……………………………………35

1-10-4-مدل هاي سينتيکي……………..…………….……………………………………..36

1-11-متيل اورانژ……….………..…………….…………….……………………………….38

1-12-طبقه بندي رنگ هاي آزو..………………..……………..…………………………..38

1-12-1-مونو آزو………….………………..…….………………………………………...38

1-13-ويژگي هاي پلي پيرول و کامپوزيت هايش…………………………..……………..39

1-13-1-روش توليد..............................................…………...………………….………..39

فصل دوم:ادبيات و پيشينه تحقيق

مقدمه ..............................................................................................................................42

2-1-تاريخچه رنگ ها.....................................................................................................42

2-2-حذف متيل اورانژ و متيلن بلو از فاضلاب…………………………….………………44

2-3-حذف رنگ از فاضلاب توسط کربن فعال ارزان قيمت به دست آمده از ضايعات کشاورزي .......................... 44

2-4-مطالعه سينتيک و ايزوترم حذف متيل اورانژ از فاضلاب با استفاده از کاتاليست اکسيد مس تهيه شده توسط کاغذ چاپ باطله………………..………..……………………………45

2-5-سينتيک و مکانيزم جذب رنگ متيل اورانژ روي سيليکاژل اصلاح شده باقي مانده از يک کارخانه .....................................................................................................................46

2-6-تصفيه پيشرفته فاضلاب حاوي متيل اورانژ و فلزات سنگين بر روي Tio₂ و خاکستر و مخلوطشان…………………………..……………………………………………………………47

2-7-مدل سينتيکي براي حذف متيل اورانژ از محلول آبدار با استفاده از بذر درخت آووکادو………………………….…………………………..…………………………………..47

2-8-ايزوترم دو پارامتري جذب متيل اورانژ توسط کربن فعال……………………………48

2-9-مطالعه سينتيک و ايزوترم جذب نيکل از فاضلاب رنگي توسط کامپوزيت PPy/PVA........................................................................................................................49

2-10-روش هاي نوين.................................................................................................................50

2-10-1-بهبود تصفيه پساب هاي نساجي توسط تابش پرتو الکتروني............................50

فصل سوم:مواد و روش آزمايش

3-1-مواد و روش هاي آزمايش……………………..………………………………………..53

3-2-مشخصات متيل اورانژ………………….………………………………………………..54

3-3-روش انجام آزمايش…………………….………………………………………………..55

3-4-ساخت کامپوزيت ………………………………………..……………….PPy/PVA57

3-5-ساخت جاذب پلي پيرول.………………………………………………………………57

 

فصل چهارم:محاسبات و يافته هاي تحقيق

4-1-بررسي ساختار جاذب ها به وسيله FTIRوSEM....................................................60

4-1-1-بررسي SEM.......................................................................................................64

4-2-بررسي عوامل مختلف روي جذب……………….....…..……...……………………..68

4-23-1-بررسي اثر pH بر راندمان جذب………………………..………………………..68

4-2-2-بررسي اثر زمان انجام واکنش بر روي راندمان حذف..…………………………..69

4-2-3-بررسي اثر ميزان جاذب بر روي راندمان حذف …….....…….…………………..70

4-2-4-بررسي اثر غلظت محلول رنگي متيل اورانژ بر راندمان جذب…………...………71

4-3-بررسي سينتيک جذب..……………………..…………………………………………..72

4-3-1-معادله خطي شده موريس وبر……………………………………..…………………73

4-3-2-معادله خطي شده شبه درجه اول…………………..………………………………..73

4-3-3-معادله خطي شده شبه درجه دوم…………………..………………………………..74

4-4-بررسي ايزوترم هاي جذب……………………..……………………………………….75

4-4-1-معادله خطي شده لانگموير……….…………….……………………………………76

4-4-2-معادله خطي شده فرندليچ…………………...………………………………………77

4-4-3-معادله خطي شده دوبينين-رادشکويچ……………………...……..……………….78

4-5-مقايسه ميزان جذب متيل اورانژ توسط جاذب هاي PPy,PVA,PPy/PVA...........79

فصل پنجم:جمعبندي و پيشنهادات

5-1-نتيجه گيري……………….………………………………………................................82

5-2-پيشنهادها…..………….…….……………………………………................................83

پيوست: منابع و مآخذ

فهرست علايم و نشانه ها

عنوان علامت اختصاري

پلي­پيرول...................................... PPy

پلي­پيرول کت شده بر روي پلي ونيل الکل........ PPy/PVA

غلظت تعادلي................................. Ce(ppm)

غلظت در زمان................................ Ct(ppm)

غلظت اوليه.................................. Ci (ppm)

ضريب همبستگي..................................... r₂

ثابت لانگموير................................ K_l (l/mg)

ثابت فرندليچ................................ K_f (mg/g)

ثابت دوبينين ـ رادشکويچ.................. k_ad (mol²/kj²)

ثابت معادله موريس-وبر............... K_id (mg.g^-1.min^-0.5)

ثابت معادله شبه درجه يک.................... k₁ (1/min)

ثابت معادله شبه درجه دو............... k₂ (g.mg^-1.min^-1)

حجم محلول..................................... V (lit)

زمان......................................... t (min)

ثابت معادله فرندليچ (شدت جذب).................... n

ثابت تعادل ترموديناميکي.......................... Kc

ظرفيت جذب در زمان.......................... qt t(mg/g)

ظرفيت جذب در تعادل.......................... qe (mg/g)

ظرفيت اشباع ايزوترم تئوري................... qs (mg/g)

فهرست جدول ها

جدول (1-1):طبقه بندي ومثال هايي از رنگ ها بر اساس حضور کروموفورها........13

جدول (1-2):گروه بندي کاربردي رنگ ها............................................................14

جدول (1-3):انواع آلاينده ها در فاضلاب نساجي.................................................18

جدول (1-4):مزايا و معايب روش هاي حذف رنگ..............................................28

جدول(1-5):شرايط بهينه براي PPy و کامپوزيت هايش........................................40

جدول (3-1):وسايل و تجهيزات.........................................................................53

جدول(3-2):مواد شيميايي..................................................................................53

جدول(3-3):مشخصات متيل اورانژ.....................................................................54

جدول(4-1)مقايسه مدل هاي سينتيکي جذب متيل اورانژ.....................................75

جدول(4-2 )مقايسه مدل هاي ايزوترم جذب متيل اورانژ.................................... 79

جدول(4-3):مقايسه مقدار جذب جاذب هاي مختلف براي رنگ متيل اورانژ

( پلي پيرول خالص ، جاذب و پلي وينيل الکل)..................................................80

فهرست شکل ها

عنوان صفحه

شکل (1-1):تجزيه يک رنگ آزو .........................................................................................21

شکل (1-2):اکسيداسيون يک رنگ آزو فنوليک توسط آکاز....................................................22

شکل(1-3):زغال ها رنگ بر.................................................................................................31

شکل(3-1):ساختار متيل اورانژ..............................................................................................55

شکل (3-2):ساخت جاذب پلي پيرول وپلي پيرول/ پلي وينيل الکل.......................................58

شکل (3-3):تهيه محلول هاي شاهد .....................................................................................58

نمودار(4-1)تصوير FTIR از پيرول خالص...........................................................................63

نمودار (4-2)تصوير FTIR ازپلي وينيل الکل خالص.............................................................63

نمودار (4-3)تصوير FTIR از کامپوزيتPPY/PVA.............................................................63

شکل (4-1) شکل تصوير SEM براي جاذب پلي پيرول .....................................................66

شکل( 4-2) تصوير SEM براي کامپوزيت پلي پيرول بر روي پلي وينيل الکل با بزرگنمايي هاي مختلف..................................................................................................................................67

شکل (4-3) تصوير SEM براي کامپوزيت پلي پيرول بر روي پلي وينيل الکل با بزرگنمايي هاي

مختلف...................................................................................................................................67

نمودار(4-4):منحني تغييرات درصد ميزان حذف رنگ نسبت به pH هاي مختلف....................68

نمودار(4-5) منحني تغييرات درصد ميزان حذف رنگ نسبت به زمان هاي مختلف....................69

نمودار(4-6):منحني تغييرات درصد ميزان حذف رنگ نسبت به جرم جاذب.............................70

نمودار(4-7)منحني تغييرات درصد ميزان حذف رنگ بر حسب غلظت اوليه رنگ متيل اورانژ..............................................................................................................................................71

نمودار(4-8) معادله خطي شده موريس - وبر براي حذف رنگ متيل اورانژ...............................73

نمودار(4-9)معادله خطي شده شبه درجه يک براي حذف رنک متيل اورانژ...............................74

نمودار(4-10) معادله خطي شده شبه درجه دوم براي حذف رنگ متيل اورانژ............................75

نمودار(4-11)ايزوترم لانگ موير...............................................................................................76

نمودار(4-12)ايزوترم فروندليچ.................................................................................................77

نمودار(4-13)مدل دوبينين-رادشکويچ......................................................................................78

1-1- مقدمه:

با گسترش صنايع و کارخانجات، ناگزير پساب هاي صنعتي نيز به شدت رو به افزايش است. آزادسازي اين پساب ها در محيط زيست موجب اختلال در زندگي انسان و موجودات زنده مي شود.

رنگ ها بخش مهمي از ضايعات صنايع مي باشند که به شدت روي آب تاثير گذاشته و به سختي قابل جداسازي است .

بسياري از صنايع، مثل صنايع کاغذ، نساجي، پلاستيک، از انواع رنگ ها استفاده مي کنند. که در اين ميان کاربرد رنگ در صنايع نساجي چشمگير است.

حضور مقدار کمي رنگ درپساب صنايع نساجي موجب کاهش شفافيت و ايجاد واکنش هاي شيميايي در آب مي شود. رنگ ها به صورت هيدروليز شده در پساب ها وجود دارند که توسط فيلتر ها قابل جداسازي نيستند]12[.

در سال 1997 سازماني در بريتانيا با عنوان ETAD[1] شکل گرفت که هدف آن تصويب قوانيني جهت ارائه شاخص هايي براي توسعه بهداشت آب و پساب هاي صنعتي بوده است.

اين سازمان بالغ بر 4000 نوع رنگ را مورد مطالعه قرار داد و آلوده ترين رنگ را رنگ هاي بازي معرفي نمود. در سال 1997 سازمان محيط زيست بريتانيا اعلام کرد که درصد حضور رنگ در پساب هاي صنعتي بايد صفر باشد، يعني نبايد هيچ رنگي در آب حضور داشته باشد و وارد محيط زيست شود.ميزان مصرف آب در صنايع نساجي 250-25 متر مکعب به ازي هر تن محصول است]3و2[.

رنگ ها داراي ساختاري پيچيده اند که در صنايع نساجي به مقدار گسترده اي مورد استفاده قرار گرفته و سرانجام وارد محيط زيست مي شوند]4[. رنگ ها از نظر شيميايي و کاربرد به گروه هاي مختلفي تقسيم مي شوند]5[.عمدتا به دليل راندمان پايين رنگرزي و گاها بنا به ماهيت رنگ ها ، حدود 50 درصد رنگ هاي راکتيو،20-8 درصد رنگ هاي ديسپرس[2]، و يک درصد از رنگ هاي پيگمنت[3] مستقيما وارد فاضلاب مي شوند]6و77[.

رنگ هاي راکتيو آزو بزرگترين دسته از رنگ هاي مصنوعي محلول در آب بوده که داراي بيشترين تنوع مي باشند.معمولا اين رنگ ها نسبت به تجزيه بيولوژيکي مقاوم بوده و قابل حذف نمي باشند. دليل آن شايد فقدان آنزيم هاي ضروري براي تجزيه رنگ ها در محيط زيست است ]9.[هيدروليز رنگ زماني اتفاق مي افتد که مولکول رنگ به جاي واکنش با گروه هاي هيدروکسيل سلولز با آب واکنش مي دهد]8[. رنگ هاي هيدروليز شده قابل استفاده مجدد نمي باشند]7[.

از آنجا که بسياري از رنگ ها از طريق تجزيه بيولوژيکي قابل حذف نمي باشند ، تحقيقات در زمينه حذف آن ها بسيار مورد توجه قرار گرفته است]6[.

مطالعات نشان داده که رنگ ها داراي خاصيت سرطان زايي به ويژه سرطان مثانه در انسان مي باشند]10[.

در نتيجه رنگ هاي نساجي تهديدي براي سلامت انسان و محيط زيست در سراسر جهان محسوب مي شود و پساب ها بايد قبل از ورود به طبيعت به نحو مطلوبي پالايش شوند ]11و1[.