در این پروِِژه لایه های GO از گرافیت با بهره گرفتن از روش Hummers تهیه و برای جذب یون های فلزی مس سرب و کادمیوم در محلول های آبی مورد استفاده قرار گرفت. از آنجائیکه برای گرافن اکسید، برهم کنش های از نوع – بین لایه های مجاور منجر به ایجاد تجمعات می شود این عامل از طرفی هم می تواند منجر به ازبین رفتن نواحی فعال سطحی و کاهش ظرفیت جذب شود. برای حل این مشکلات ساختار ها اصطلاحا بهبود داده[۶۰] و شرایط جذبی آنها را با بهره گرفتن از گروه های عاملی بزرگ افزایش می دهیم. ابتدا به بررسی ساختارهای سنتزی می پردازیم و در ادامه جذب یونهای فلزی توسط جاذب ها بررسی می شود.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
در طیف FT-IR گرافن اکسید یک نوار پهن در cm−۱۲۵۰ وجود دارد که به ارتعاش گروه های هیدروکسیل سطحی[۶۱] و یا مولکولهای آب سطحی(۳۴۰۰~) نسبت داده می شود شکل(۳-۱). بعلاوه نوارهای مربوط به سایر ارتعاشات عبارتند از
C=O(-COOH) vibration(1719~), OH deformation(1339~), and C-O(alkoxy) and C-O(epoxy) (1039~)stretching modes are visible at1719,1339, 1217, and 1031 cm−۱
نوار در cm−۱۱۶۱۹ را به ارتعاشات کششی از نوع C=C پیوند دوگانه می توان نسبت داد و طیف سایر مشتقات نیز در شکل(۳-۲) و شکل(۳-۳) آورده شده است.
Transmittance[0/0]
Wavenumber (cm-1)
(شکل۳-۱) طیف FTIR گرافن اکسید
(شکل۳-۱) طیف FTIR گرافن اکسید
(شکل۳-۱) طیف FTIR گرافن اکسید
(شکل۳-۱) طیف FTIR گرافن اکسید
(شکل۳-۱) طیف FTIR گرافن اکسید
(شکل۳-۱) طیف FTIR گرافن اکسید
در طیف ۶-آمینو اوراسیل و اتیلن دی آمین دو طیف مجزا در ناحیه تقریبا ۲۸۰۰~ حضور گروه -NH و NH2– روی سطح GO نشان می دهد.
Wavenumber (cm-1)
Transmittance[0/0]
(شکل۳-۲) طیف FT-IR گرافن اکسید حاوی گروه ۶-آمینواوراسیل
Wavenumber (cm-1)
Transmittance[0/0]
(شکل۳-۳) طیف FT-IR گرافن اکسید حاوی گروه اتیلن دی آمین
Lin(Counts)
شکل(۳-۴) طیف XRD گرافن اکساید
در شکل(۳-۴) مسیر XRD ساختار GO را از نمونه پودری برای برآورد میزان و درجه پراش با بهره گرفتن از شدت نسبی پیک ها نشان می دهد. یک پیک شدید و تیز[۶۲]در ۲θ =۸٫۱° که با فضاهای بین صفحه ای از لایه های گرافن اکسید[۶۳] مطابقت می کند. این مقدار به یک پراش(۰۰۱) نسبت داده می شود که خود بستگی به نوع و روش تهیه و تعداد لایه های آب در فضای بین لایه ای دارد[۶۴]. همچنین آنالیز طیف XRD نشان می دهد که مسیر پراش[۶۵] با یک ساختار لایه ای مطابقت دارد.
در شکل(۳-۵) تصویر SEMگرافن اکساید را می توان بررسی کرد.
از گرافن اکسید SEMشکل(۳-۵) تصویر
تصویر SEM برای بررسی توپولوِی سطوح نمونه ها استفاده می شود و نشان می دهد که لایه های GO و مشتقات آن تشکیل شده از ساختار نانو ذره ای لایه ای[۶۶] باشد. شکل(۳-۶) تصویر SEM6–آمینو اوراسیل را نشان می دهد.
شکل(۳-۶) تصویر SEM6–آمینو اوراسیل
نانو ساختارهای کربنی بر پایه اکسید گرافن به دلیل خواص عالی در جذب سطحی که دارای یک سطح آبدوست با گروه های کیلیت کننده عملکرد مناسبی در حذف یونهای فلزی از محیط آبی نشان می دهند. در این مطالعه ما اکسید گرافن بهینه شده با دو نوع آمین را سنتز و کارایی بالای آن را برای جذب یونهای فلزات سنگین بررسی می کنیم. اکسید گرافن توسط ۶-آمینو اوراسیل واتیلن دی آمین بهینه شده و در روند جذب و جداسازی یونهای فلزی سنگین مورد مطالعه قرار می گیرند.
اکسید گرافن بطور جزیی توانایی جذب یونهای فلزی در محیط آبی دارد. خصلت آب دوستی و حضور گروهای عاملی مثل هیدروکسیل و کربوکسیل به حذف یونهای فلزی کمک می کند. در این تحقیق هدف بهبود خصوصیات پیوندی گرافن اکسید توسط دو نوع آمین مد نظر می باشد. افزودن آمین به اکسید گرافن ایجاد آمید می کند و گرافن به نوعی بهینه شده و ترکیبی با خصوصیت بهتر برای جذب یونهای فلزی در دمای اتاق بوجود می آورد.
یونهای فلزی جذب شده روی جاذب می تواند به صورت جذب فیزیکی[۶۷](بر اساس بر هم کنش های الکترواستاتیک) جذب شیمیایی،[۶۸] باشد. جذب شیمیایی و الکترواستاتیک[۶۹] دو فاکتور مهم و تاثیر گذار در فرایند جذب محسوب می شود شکل(۳-۷). عامل مهم دیگر وجود گروه های عاملی روی سطح و عامل دانسیته سطحی[۷۰] گروه های سطحی مثل کربوکسیل اسیدها، هیدروکسیل ها و سایر گروه ها در سطح می باشد.
شکل(۳-۷) جذب یونهای فلزی توسط برهم کنش های الکترستاتیک روی سطح GO
از طرفی اکسایش گرافیت منجر به ایجاد مکانهای آب دوست(هیدروفیلیک)[۷۱] روی ساختار گرافن شده و باعث افزایش ظرفیت جذب گرافن می شود. در این کار نشان داده شده که GO و مشتقات آن یک جاذب ایده آل برای جداسازی یونهای فلزات سنگین از فاضلاب آبی می باشد.
نتایج حاصل از سایر کار های تحقیقاتی[۷۲] نشان می دهد که تعداد کل گروه های اسیدی روی سطح GO خیلی بیشتر از سایر گروهای قرار داده شده روی آن می باشد، همچنین حضور گروه های آمینی روی سطح خصلت بازی سطح GO را ممکن است افزایش دهد.
از آنجا که ظرفیت جذب[۷۳] جاذب های بر پایه کربن عمدتا بستگی دارد به تعداد گروه های عاملی و در نتیجه آن هر چه این گروه ها بیشتر باشد جذب بیشتری نیز صورت می گیرد.
وقتی گرافن توسط اکسنده قوی اکسید می شود گروه های عاملی[۷۴] مثل کربوکسلیک اسید، هیدروکسیل و اپوکسید روی سطح گرافن تشکیل می شود و منجر می شود به اینکه GO خصلت هیدروفیلیک پیدا کند. زمانی که GO را تبدیل به ترکیب کلراید آن درحضور SOCl2 می تواند تعدادی گروه های آمیدی را روی سطح گرافن اکسید تشکیل داد.
بنابراین گروه های کیلیت کننده[۷۵] روی سطح GO قرار می گیر ند.
دو فرایند جذب شدن مسئول جذب یونهای فلزی توسط روی سطح GO یا جاذبها می باشد؛ واکنش تبادل یون[۷۶] که بین یونهای فلز و گروه های کربوکسیل(COOH–) و یا گروه های هیدروکسیل(OH–) و کمپلکس شدن های سطحی و فرایند دوم کمپلکس شدن یونهای فلز با گروه های عاملی آمین است مکانیسم جذب اول یک واکنش تبادل یون بین یون فلزی و گروه های COOH– و OH– است. در توضیحات داده شده مکانیسم جذب بررسی می شود.
یون فلزی با گروه های COOH– و OH– و روی سطح GO واکنش داده و تشکیل یک کمپلکس می دهد؛
حالت دوم واکنش بین یونهای فلزی و گروه های عاملی روی سطح GO است.
با جذب یونهای فلزی روی سطح گرافن اکساید PH محیط به سمت اسیدی شدن می رود. و همچنین به دلیل تشکیل کمپلکس بین یونهای فلزی و گروه های عاملی ساختارهای پایدارتری نیز باید تشکیل شود و در واقع به نوعی تاکیدی به افزایش میزان ظرفیت جذب، جاذب است. شکل(۳-۸) تصویری از جذب یون های فلزی توسط جاذب نشان می دهد. برای بررسی جامع از روند جذب و عوامل تاثیرگذار اثر مقدار جاذب و زمان غلظت آلاینده ها بررسی می.شود.