دسته بندي علمی – پژوهشی : تهیه نانو ذرات زئین و مطالعه کاربردهای تجزیه ای و زیست محیطی …

دسته بندي علمی – پژوهشی : 
تهیه نانو ذرات زئین و مطالعه کاربردهای تجزیه ای و زیست محیطی  …

چکیده
فلوئورید از سالها قبل بعنوان یک یون سمی شناخته شده است. منبع اصلی فلوئورید در محلولهای آبی سنگهای معدنی حاوی فلوئورید و فعالیت های صنعتی کارخانه ها میباشد. بر طبق گزارش سازمان حفاظت محیط زیست مقدار فلوئورید بیش از ١ میلیگرم بر لیتر باعث بروز بیماریهای مختلف میشود. در این تحقیق از ماده بیوپلیمری بنام زئین بعنوان جاذب برای حذف فلوئورید از آب استفاده شده است و روشی که برای تعیین غلظت فلوئورید در محلولهای آبی بکار میرود روش اسپادنس میباشد . پارامترهای موثر بر واکنش از قبیل pH ، مقدار جاذب، زمان تماس جاذب و غلظت اولیه فلوئورید با روش طراحی ترکیب مرکزی بهینه شدهاند. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار جذب در pH ، ۶-۵/۴ و در مدت ٣٠ دقیقه اتفاق میافتد. توانایی حذف جاذب برای حذف فلوئورید با استفاده از ایزوترم لانگمویر و فرندلیچ مورد بررسی قرار گرفته و مقدار حذف به ازای واحد وزن (١گرم) برابر ٢/١ میلیگرم بدست آمد. تاثیر آنیونهای دیگر نیز بر حذف فلوئورید در این تحقیق بررسی شده است.
در بخشی دیگر از این تحقیق از نانو ذرات زئین برای تهیه الکترودهای خمیر کربن یون گزین فلوئورید استفاده شده است. تاثیر یونهای دیگر بر عملکرد این الکترود بررسی شده است و ضریب انتخابگری این الکترود نیز تعیین شده است. نتایج نشان میدهد که الکترود پیشنهادی در گستره خطی۲×۱۰-۲×۱۰-۲ مولار در دمای˚C 25 رفتار نرنستی دارد، بعلاوه عملکرد این الکترود در یک گستره قابل قبول pH ما بین ۸-۴ رضایت بخش میباشد. تهیه آسان، انتخابگری خوب، پاسخ سریع و طول عمر بالا از ویژگیهای بی نظیر این الکترود پیشنهادی میباشد.
مطالب پیش رو نتایج مطالعات و تحقیق پیرامون تهیه نانوذرات از زئین و یافتن کاربردهای زیست محیطی و کاربردهای تجزیه ای آن میباشد.
١-١- زئین
زئین ، پلیمر فیبری و پروتئینی است که دارای مقدار کمی اسید آمینه اسیدی و بازی است ولی غنی از آمیدها، لوسین، پرولین و آلانین است [۱]. این پروتئین در هاگ ذرت یافت میشود بطور تجاری از گلوتن ذرت توسط الکل استخراج میشود و بعنوان محصول جانبی صنعت بیو اتانول است. ذرات زئین قرار گرفته در محدوه قطر حدودأ ٢-١ میکرومتر، پروتئینهای اصلی هاگ ذرت نامیده میشوند. سه جزء مجزای زئین شاملα وᵝ وᴽ زئین، بوسیله حلالیت متفاوت آنها در محلولهای الکل قابل شناسایی است. زئین تجاری مخلوطی از پروتئین ها با جرم مولکولی متفاوت، حلالیت و بارهای متفاوت است. عمومأ، زئین با محلولهای الکل گرم استخراج شده و با آب سرد رسوب داده می شود، زئین تجاری نیز شامل زئین α است [٢]. مخلوطی از سه الکل اتانول، متانول و ایزوپروپانول با مقدار مناسب آب برای حل کردن زئین استفاده می شود، فرایند آنتی حلال فوق بحرانی برای سنتز میکرو و نانو ذرات زئین برای سیستم های ترکیبات بیو فعال مورد استفاده قرار می گیرد [٣].
ᵅ – زئین پلی پپتیدی با وزن مولکولی بین٢۵٠٠٠-٢١٠٠٠ است. ساختاری دارای α-٩هگزیل توسط آرگوس[۱] و همکارانش بر اساس توانایی هیدراتاسیون، قطبیت و ساختمان ثانوی پیشنهاد شده است. زئین تجاری دارای غلظت بالایی از ساختار ᵅ-هگزیل در محلول آب الکلی می باشد. تحقیقات تیما شف[۲] نشان میدهد که اغلب حلالها، از قبیل اتانول می تواند ساختار ᵅ- هگزیل زئین را افزایش دهد [۲].
بعلت ویژگیهای هیدروفوبیکی زئین، اخیرأ تلاشهای زیادی برای تهیه دانههای زئین و هیدروژلهای زئین انجام شده است که این ویژگی باعث بقاء ساختار شبکهای میشود [٣].
١-١-١-کاربردهای زئین
زئین به علت نامحلول بودنش در آب یک کاندیدای مناسب برای استفاده در سیستمهای انتقال یا بعبارت دیگر تحویل دارو می باشد. تعدادی از پروتئین ها، بعنوان مانع یا حامل اجزای غذایی، داروها و مکمل های غذایی بکار می رود و این بعلت ویژگی های زیست تخریب پذیری، سمیت پائین و قابلیت جذب مناسب و قابلیت خوردن آن است. از بین پروتئین ها، زئین میتواند در اثر اصلاحات شیمیایی و یا نرم سازی فیزیکی و یا فرایندهایی از این قبیل به فرم فیلم درآید [۱].
فیلم زئین بعلت داشتن ویژگیهایی از قبیل سفتی، براق بودن، آبگریزی، مقاومت در برابر عبور چربی و مقاومت در برابر حمله میکروبی بسادگی بوسیله تبخیر حلال از محلول زئین قابل تهیه است. این ویژگیهای فیزیکی فیلم زئین باعث شده تا از آن بعنوان پوشش در بسته بندی مواد غذایی و دارویی استفاده شود. زئین برای تولید پروتئین های میکروزوم برای داروهای کپسولی، حشره کش ها بکار میرود، بعنوان مثال در صنایع غذایی از زئین در ایجاد پوشش روی آجیل و شیرینیها برای جلوگیری از تبخیر رطوبت استفاده میشود.
زئین معمولأ بعنوان پوشش قرصها بعلت به تأخیر انداختن آزادسازی داروها و حفاظت داروها از محیط اسیدی معده بکار میرود و این بطور گسترده به ویژگیهای سطحی آن به خاطر فرم و ساختار سطحی و آبدوستی سطح است. تحقیقات قبلی نشان میدهد که ویژگیهای سطح دارای زئین دانه ریز تاثیر ویژه ای روی بار گذاری و تلفیق با ترکیبات فعال دارد [٣].
پلیمرهای زیست تخریب پذیر از منابع تجدید پذیر بدلیل تاثیر مثبت روی اقتصاد و محیط زیست توجه زیادی را به خود جلب کردهاست. از آنجائیکه منابع نفتی رو به پایان است پس نیاز به منابع انرژی جدیدی است به این دلیل توجهات بیشتر بر روی تبدیل بیومواد به
محصولات مفید جلب شدهاست [٣].
۱-۲-نانوذرات و روشهای سنتز نانوذرات
۲-۱-نانوذرات۱
تعریف های مختلفی از نانو تکنولوژی ارائه شده است ، موسسه ملی پیشگامی نانوتکنولوژی در آمریکا تعریف زیر را ارائه میدهد: توسعه تحقیقات و فناوری در سطوح اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی با طول تقریبی از ١ تا ١٠٠ نانومتر، به منظور فراهم ساختن شناخت اصولی از پدیده ها و مواد در مقیاس نانو و به منظور ایجاد و استفاده از ساختار ها، قطعات و سیستمهایی که به خاطر اندازه کوچک و یا متوسط خود دارای خواص و عملکردهای جدیدی هستند [۴].
نانوذرات از مدتها قبل مورد استفاده بودهاند، طی چند سال اخیر کاربردهای نانو ذرات بطور مجزا و مستقل از فناوری نانوتکنولوژی پیشرفتهای قابل توجهی داشته و به عنوان یکی از ابعاد اصلی این فناوری به حساب میآید. این پیشرفتها در زمینههای زیست پزشکی ، دارو سازی و دارو رسانی ، لوازم آرایشی ، کامپوزیتها و روکشها و … بودهاست و شامل استفاده از نانوذرات معدنی به عنوان عوامل ضد باکتری در بانداژها ، برچسبهایی جهت تشخیص بیماریها ، حامل های دارو ، مواد استخوانی ، تجهیزات جداسازی زیست مغناطیسی و… میباشد . همچنین در سالهای اخیر پیشرفتهایی در زمینه امکان ساخت و کنترل شدید اندازه، ترکیب و یکنواختی نانو ذرات صورت گرفته است . تنوع در انواع نانوذره به تنوع در کاربردهای آن بر میگردد، همچنانکه علاوه بر موارد ذکر شده نانوذرات دارای کاربردهای بسیار وسیع در زندگی بشر وهمچنین صنعت و … میباشند [۵].
۲-۲-روشهای تولید نانوذرات-۱
روشهای بسیار متنوعی جهت تولید نانوذرات وجود دارد که عبارتند از:
چگالش بخار
سنتز شیمیایی
فرایندهای حالت جامد (خردایشی)
استفاده از سیالات فوق بحرانی به عنوان واسطه رشد نانوذرات
استفاده از امواج ماکروویو و امواج مافوق صوت
استفاده از باکتریهایی که میتوانند نانوذرات مغناطیسی تولید کنند.
پس از تولید نانوذرات می توان با توجه به نوع کاربرد آنها از روشهای رایج زمینهای مثل روکش دهی یا اصلاح شیمیایی نیز استفاده کرد.
چگالش بخار: این روش جهت تولید نانوذرات سرامیکی فلزی و اکسید فلزی مورد استفاده قرار میگیرد. این روش شامل تبخیر یک فلز و سپس چگالش سریع آن میباشد که طی آن خوشه های نانومتری به صورت پودر ته نشین میشوند. نکته ای که باید به آن توجه داشت آنست که برای تهیه نانوذرات فلزی جهت جلوگیری از اکسیداسیون از گازهای بیاثر و برای تهیه نانو ذرات سرامیکی اکسید فلزی از اکسیژن استفاده میشود. در نهایت اندازه ذره با تغییر پارامترهایی نظیر دما، سرعت تبخیر و محیط کنترل میشود. مهمترین مزیت این روش میزان کم آلودگی و تهیه اکسیدهای فلزی شفاف و مقاوم به خش و عیب آن هزینه بر بودن آنست. نوع دیگر، روش تبخیر در خلاء بر روی مایعات روان است. در این روش با ایجاد خلاء در استوانه مدوری که با فیلم نازکی از مواد ویسکوز مثل روغن، یا پلیمر پوشیده شده، فلز مورد نظر در خلاء تبخیر و پراکنده میشود. ذرات معلق در مایع تشکیل و به اشکال مختلف رشد میکنند.
سنتز شیمیایی: روش سنتز شیمیایی یا روش محلولی شامل رشد و رسوب نانوذرات در یک واسطه مایع حاوی انواع واکنشگر میباشد و معمولترین نمونه روش سل – ژل میباشد. برای کنترل شکل نهایی و اندازه ذرات میتوان فرایند را با انتخاب مواد شیمیایی تشکیل دهنده ذرات پایدار متوقف نمود. از این روش برای ایجاد نقاط کوانتومی نیز استفاده میشود. مزیت این روش کنترل پذیری بالای آن میباشد همچنین این روش کم هزینه می باشد اما مشکل آن آلودگی حاصل از مواد شیمیایی میباشد که پخت نانوذرات را جهت روکش دچار مشکل میکند.
فرایندهای حالت جامد: در این روش ذرات میکرومتری، با اعمال مستقیم انرژی مثل پودر کردن یا آسیاب کردن به ذرات کوچکتر تبدیل میشوند. خواص نانوذرات حاصل از این روش تحت تأثیر ماده آسیاب کننده، زمان و محیط اتمسفر آسیاب قرار میگیرد. این روش برای تهیه نانوذراتی بکار میرود که در روش قبل به آسانی تولید نمیشود اما مسأله مهم آلودگی حاصل از مواد آسیاب کننده یا محیط گرمایی است.
کاربردهای فرایند های فوق بحرانی در تولید میکرو و نانوذرات: با توجه به برخی خواص گاز و مایع سیالات فوق بحرانی نظیر نفوذپذیری و دانسیته امکان کاربرد فرایندهای سیالات فوق بحرانی در تولید مواد مختلف در مقیاس میکرو یا نانو در صنایع مختلف فراهم شده است. از کاربردهای مهم اینگونه فرایندها می توان به تولید مواد مختلف نظیر داروها، پروتئین ها، بیوپلیمر ها و همچنین مواد شیمیایی در مقیاس میکرو یا نانو اشاره داشت [۵].
۱-۳-آب
با آگاهی از این حقیقت که آب تنها و مهمترین ماده حیاتی است که جایگزینی آن به هیچ صورت دیگری امکان پذیر نمیباشد و از طرفی در دسترس داشتن آن به مقدار کافی و کیفیت مناسب از احتیاجات اولیه زندگی است، باید حفاظت کمی و کیفی آب کشور را در صدر اولویت ها قرار داد. در قرن حاضر از دیر باز عناصر و مواد شیمیایی معدنی و آلی از جمله نفت ، شوینده ها ،سموم دفع آفات، مواد صنعتی از قبیل عناصر سنگین و غیره وارد چرخه محیط زیست شدهاند. متاسفانه در کنار کاهش تدریجی حجم ذخایر آب قابل استفاده ، آلودگی های مختلف نیز پیوسته بر مشکلات آب اضافه میکنند.
طبق بند ح ماده ۱۰۴ قانون برنامه توسعه کشور، به منظور کاهش عوامل آلوده کننده محیط زیست به خصوص در مورد منابع طبیعی، واحدهای تولیدی موظف هستند برای تطبیق
مشخصات فنی خود با ضوابط محیط زیست و کاهش آلودگی ها اقدام نمایند. با توجه به افزایش هزینه های تهیه منابع جدید آب صرفه جویی، بازیافت و استفاده مجدد از منابع موجود می تواند نیازهای گوناگون به آب را به صورت اقتصادی تر مرتفع کند. به منظور حفظ سلامت افراد و محیط زیست و استفاده اقتصادی از تمام منابع موجود آب ، باید روند آلوده سازی منابع آب به افزایش روز افزون بهبود کیفیت آب تغییر یابد.
١-۳-۱-آلودگی آبها
آلودگی عبارت است از وارد کردن مواد یا انرژی توسط آدمی در محیط زیست بطوریکه در نتیجه این عمل منابع حیاتی یا سلامتی انسان، حیوانات و نباتات در معرض خطر قرار گیرد. وجود مواد یا انرژی در محیط های مختلف در محدوده های خاص مجاز و گاها⸗ مطلوب است ، آلودگی زمانی اتفاق می افتد که این مقادیر بطور ناگهانی افزایش قابل ملاحظه ای می یابد و این افزایش موجب اخلال و ایجاد مشکلات در روند طبیعی و معمول پدیده های موجود می گردد. بعنوان نمونه فسفر و ازت هر دو عناصری هستند که وجود آنها برای حیات ضروری است و حتی بعضی از ترکیبات آنها در کشاورزی بعنوان کود شیمیایی به زمین علاوه میگردد ولی اگر مقدار همین مواد بیش از حد مجاز باشد و مقداری از آن بوسیله آب شسته و به رودخانه یا دریاچه های مختلف بریزد، باعث رشد بیش از حد بعضی گیاهان هرز خواهد شد که برای زندگی موجودات آبی زیان آور است و ممکن است موجب پیری زودرسی برای دریاچه ها بویژه دریاچه های مصنوعی گردد و در ضمن از نظر تصفیه نیز دشواری هایی ایجاد مینماید [۶] .
۱-۴-ویژگیهای فلوئورید
فلوئور عنصر شیمیایی است که با نماد شیمیایی F نشان میدهند و بصورت دو اتمی یافت میشود، این عنصر در حالت خالص، گاز زرد رنگ و فرسایشگری میباشد که عامل اکسید کننده قوی به حساب میآید، این عنصر از تمامی عناصر الکترونگاتیوتر و واکنش پذیرتر است. فلوئور در محلولهای آبی بصورت یون فلوئورید (F) دیده میشود. جدول (١-١) برخی ویژگیهای فیزیکی فلوئورید را نشان میدهد [۷].
جدول (١-١) برخی ویژگی های فلوئورید

برای دانلود فایل متن کامل پایان نامه به سایت 40y.ir مراجعه نمایید.

مدیر سایت