کلمات کلیدی:نانوزئولیت ZSM-5با مادهی فعال سطحی CTAB، الکترود اصلاح شده ی خمیر کربن، روش پتانسیومتری، اندازه گیری آنیون سولفات. فهرست مطالبعنوان صفحهفصل اول مقدمه........... 3فصل دوم 2-1- نانوذرات ........ 92-2- خواص نانوذرات ...... 92-3- تاریخچهی پیدایش زئولیت..... 112-4- ساختار زئولیت .... 132-5- زئولیتهای خانوادهی MFI....... 152-6- شرایط عمومی سنتز زئولیتها ...... 192-7- سنتز زئولیتها ...... 192-8- زئولیتهای کلوئیدی..... 222-9- سنتز نانوبلورهای زئولیت ...... 232-10- ویژگیهای زئولیت ... 242-11- روشهای فیزیکی- شیمیایی شناسایی و تعیین ساختار زئولیتها .................................... 242-11-1- پراش اشعهیX(XRD) ................................................................................................. 252-11-2- میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) ......................................................................... 262-11-3- طیفسنجی مادون قرمز(IR) .......................................................................................... 282-12- تعویض یون ...................................................................................................................... 292-12-1- خواص یون سولفات و روشهای اندازهگیری آن ....................................................... 302-13- روشهای پتانسیومتری .................................................................................................... 312-14- گزینشپذیری ................................................................................................................... 32فصل سوم 3-1- مواد شیمیایی ...................................................................................................................... 353-2-1- وسایل و تجهیزات ........................................................................................................ 363-2-2- محاسبات و بررسیهای نرمافزاری ................................................................................ 373-3- سنتز نانوزئولیت 5ZSM- ................................................................................................... 373-4- مراحل آزمایشگاهی ........................................................................................................... 383-4-1- تهیهی الکترود اصلاح شده ........................................................................................... 393-4-2- روش انجام کار با الکترود ............................................................................................. 39فصل چهارم 4-1- بررسی ویژگیهای نانوزئولیت 5ZSM- ............................................................................. 414-2- بررسی ویژگی الکترود SMNZ ................................................................................................................. 434-3- ملاحظات تئوری SMNZ.................................................................................................... 454-4- بهینهسازی مقدار اصلاح کنندهی مورد نیاز در ساخت الکترود ......................................... 474-5- بررسي اثر pH بر روي عملكرد الكترود ............................................................................. 504-6- بررسي تأثيرقدرت يوني محیط بر روي عملكرد الكترود ................................................... 514-7- بررسی تأثیر دما بر روی پاسخ الکترود .............................................................................. 534-8- چگونگی تعیین گزینشپذیری ........................................................................................... 544-9- ویژگیهای پاسخ الکترود ................................................................................................... 584-10- کاربردهای تحلیلی/CPE5ZSM- الکترود .......................................................................... 594-11- استفاده ازSMNZ/CPE در اندازهگیری سولفات در نمونههای حقیقی ............................. 604-12- نتیجهگیری نهایی ............................................................................................................. 62مقالات ارائه شده در سمینارهای داخلی و بینالمللی و مقالهی فرستاده شده ............................... 63پیشنهاد برای کارهای آینده ........................................................................................................... 65منابع .............................................................................................................................................. 66چکیدهی انگلیسی ........................................................................................................................ 72 فهرست جداولعنوان صفحه جدول 2-1- ويژگيهاي مشخصه آلومينوسيليكاتها .................................................................. 17جدول 2-2 اطلاعات حاصله از الگوی پراش پرتو X................................................................... 25جدول 2-3- اطلاعات دریافتی از تصاویر SEM برای بلورها ....................................................... 27جدول 3-1- مواد شیمیایی مورد استفاده ..................................................................................... 35جدول 3-2- نسبت مولی مخلوط اولیه برای سنتز نانو زئولیت ZSM-5 ...................................... 38جدول 4-1- بهينه سازي غلظت CTAB و مقدار SMNZ در تهيه الكترود ................................... 48جدول 4-2- تاثير مقاومت يوني بر روي پاسخ پتانسيلي SMNZ/CPE........................................ 52جدول 4-3- تأثیر دما بر روی رفتار پتانسیلی SMNZ/CPE......................................................... 54جدول 4-4- مقایسه ضرایب گزینش پذیری (log KA,Bpot) ، زمان پاسخ، پایداری، محدودهی pH ، شیب، حد آشکارسازی (DL) و محدودهی خطی (LR) الکترود سولفات گزین توصیف شده در این کار با الکترودهای ارائه شده در مقالات قبلی ................................................................................ 56جدول 4-5- نتایج اندازه گیری آبهای معدنی دماوند و نوا و داروی سولفات آهن در سطح الکترود SMNZ/CPE.................................................................................................................................. 60جدول 4-6- مقادیر تکنیک ANOVA برای دو نمونه آب معدنی نوا و دماوند و داروی سولفات آهن ........... 61 .عنوان صفحه شکل 2-1- ساختار کانالی زئولیتهای MFI................................................................................ 16شکل 2-2- مکانشناسی فضاهای داخلی برخی زئولیتها در جادادن مولکولهای مهاجم الف) زئولیت موردنیت ب) زئولیت β ج) زئولیت فوجاسیت....................................................................................................................... 16شکل 2-3- نمودار وابسته به تعیین ضریب گزینشپذیری الف) با روش یون مزاحم با غلظت ثابت ب) با روش محلولهای جداگانه ................................................................................................ 33شکل 4-1- الگوی XRD و تصویر SEM برای نانوزئولیت ZSM-5........................................... 41شکل 4-2- الگوی FT-IRبرای نانوزئولیت5ZSM- سنتز شده .................................................... 42شكل 4-3- الگوی طيفهای FT-IR الف) CTAB ب) نانوزئوليت ZSM-5 ج) نانوزئوليت 5ZSM- اصلاح شده با مادهی فعال سطحي ............................................................................................... 43شكل 4-4- تصاوير SEM براي الف) CPE ب) /CPE 5ZSM- ج) SMNZ/CPE .................... 44شکل 4-5- مكانيزم جذب آنيون توسط SMNZ و واكنش تبادل آنيون، بين آنيون ها بر روي سطح الكترود و SO42- ........................................................................................................................... 46شکل 4-6- نمودار پاسخ پتانسیو متری الکترود های مختلف ارائه شده نسبت به آنیون سولفات الف) SMZ-CPب)ZEOLITE-CPج)CP............................................................................................ 47شكل4-7- نمودارهاي Ecell بر حسب لگاريتم غلظت سولفات براي الكترود¬های با درصد مختلفی از SMNZ الف) با الکترود Aب) با الکترود Bج) با الکترود Cد) با الکترود Dر) با الکترود Fز) با الکترود E ........................................................................................................................... 50شكل 4-8- اثر pHمحلول بر پاسخ پتانسيلي SMNZ/CPE.......................................................... 51شکل 4-9- نمودار تغیرات پتانسیل الکترود غشائی بر حسب لگاریتم فعالیت برای یونهای KCL،KI،Na2HPO4، NaNO2 و NaNO3..................................................................................................... 58شکل 4-10- (الف) منحنی تیتراسیون پتانسیومتری محلول سدیم سولفات (cc10 و M01/0) با محلول 01/0 مولارBaCl2 با بکارگیری SMNZ/CPE و (ب) منحنی مشتق اول (dE /dV) بر حسب حجم تیتراسیون ............................................................................................................................. 60مقدمهنانو يك كلمه يوناني است و معادل لاتين آن دوراف[1]است كه به معناي كوتوله ميباشد.اين پيشوند در علم مقياسها به معني يك ميلياردم است.بنابراين يك نانومتر معادل يك ميلياردم ميباشد [1و2]. اين مقياس را با ذكر مثالهايي عيني، بهتر ميتوان حدس زد. يك تار موي انسان به طور متوسط قطري حدود 50000 نانومتر دارد. كوچكترين اشياء قابل ديد توسط چشم غيرمسلح اندازهاي حدود 10000 نانومتر دارند. اگر حدود 10 اتم هيدروژن را در يك خط قرار دهيم، برابر يك نانومتر ميشود [3].هر چند تعريفهاي زيادي در مورد فناوري نانو ارائه شده است، اما دقيقترين و سادهترين تعريف به وسیله میپان[2] [2] به اين صورت بيان شد كه: فناوري نانو، ساختن مواد، ابزارها و سيستمهاي هوشمند در مقياس nm100-1 و بهرهگرفتن از خواص آنها در پديدههاي شيميايي، فيزيكي، بيولوژيكي و غيره ميباشد. توانايي ساخت اجسام با دقت اتمي، اين امكان را به دانشمندان ميدهد كه موادي با خواص جديد نوري، مغناطيسي، حرارتي يا الكتريكي توليد كنند [4]. به عبارت ديگر فناوري نانو، شكل جديدي از ساخت مواد به وسيله كنترل و دستكاري واحدهاي ساختماني[3] آنها در ساختارهايي از پيش طراحي شده در مقياس نانو ميباشد [5]. فناوري نانو توليد كارآمد مواد، دستگاهها و سيستمها با كنترل ماده در مقياس نانومتر و بهره برداري از خواص و پديدههاي نوظهوري است كه در مقياس نانو توسعه يافتهاند.
تهیه و بررسی نانوزئولیتZSM-5 و کاربرد آن جهت اصلاح الکترود خمیر کربن word
کلمات کلیدی:نانوزئولیت ZSM-5با مادهی فعال سطحی CTAB، الکترود اصلاح شده ی خمیر کربن، روش پتانسیومتری، اندازه گیری آنیون سولفات. فهرست مطالبعنوان صفحهفصل اول مقدمه........... 3فصل دوم 2-1- نانوذرات ........ 92-2- خواص نانوذرات ...... 92-3- تاریخچهی پیدایش زئولیت..... 112-4- ساختار زئولیت .... 132-5- زئولیتهای خانوادهی MFI....... 152-6- شرایط عمومی سنتز زئولیتها ...... 192-7- سنتز زئولیتها ...... 192-8- زئولیتهای کلوئیدی..... 222-9- سنتز نانوبلورهای زئولیت ...... 232-10- ویژگیهای زئولیت ... 242-11- روشهای فیزیکی- شیمیایی شناسایی و تعیین ساختار زئولیتها .................................... 242-11-1- پراش اشعهیX(XRD) ................................................................................................. 252-11-2- میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) ......................................................................... 262-11-3- طیفسنجی مادون قرمز(IR) .......................................................................................... 282-12- تعویض یون ...................................................................................................................... 292-12-1- خواص یون سولفات و روشهای اندازهگیری آن ....................................................... 302-13- روشهای پتانسیومتری .................................................................................................... 312-14- گزینشپذیری ................................................................................................................... 32فصل سوم 3-1- مواد شیمیایی ...................................................................................................................... 353-2-1- وسایل و تجهیزات ........................................................................................................ 363-2-2- محاسبات و بررسیهای نرمافزاری ................................................................................ 373-3- سنتز نانوزئولیت 5ZSM- ................................................................................................... 373-4- مراحل آزمایشگاهی ........................................................................................................... 383-4-1- تهیهی الکترود اصلاح شده ........................................................................................... 393-4-2- روش انجام کار با الکترود ............................................................................................. 39فصل چهارم 4-1- بررسی ویژگیهای نانوزئولیت 5ZSM- ............................................................................. 414-2- بررسی ویژگی الکترود SMNZ ................................................................................................................. 434-3- ملاحظات تئوری SMNZ.................................................................................................... 454-4- بهینهسازی مقدار اصلاح کنندهی مورد نیاز در ساخت الکترود ......................................... 474-5- بررسي اثر pH بر روي عملكرد الكترود ............................................................................. 504-6- بررسي تأثيرقدرت يوني محیط بر روي عملكرد الكترود ................................................... 514-7- بررسی تأثیر دما بر روی پاسخ الکترود .............................................................................. 534-8- چگونگی تعیین گزینشپذیری ........................................................................................... 544-9- ویژگیهای پاسخ الکترود ................................................................................................... 584-10- کاربردهای تحلیلی/CPE5ZSM- الکترود .......................................................................... 594-11- استفاده ازSMNZ/CPE در اندازهگیری سولفات در نمونههای حقیقی ............................. 604-12- نتیجهگیری نهایی ............................................................................................................. 62مقالات ارائه شده در سمینارهای داخلی و بینالمللی و مقالهی فرستاده شده ............................... 63پیشنهاد برای کارهای آینده ........................................................................................................... 65منابع .............................................................................................................................................. 66چکیدهی انگلیسی ........................................................................................................................ 72 فهرست جداولعنوان صفحه جدول 2-1- ويژگيهاي مشخصه آلومينوسيليكاتها .................................................................. 17جدول 2-2 اطلاعات حاصله از الگوی پراش پرتو X................................................................... 25جدول 2-3- اطلاعات دریافتی از تصاویر SEM برای بلورها ....................................................... 27جدول 3-1- مواد شیمیایی مورد استفاده ..................................................................................... 35جدول 3-2- نسبت مولی مخلوط اولیه برای سنتز نانو زئولیت ZSM-5 ...................................... 38جدول 4-1- بهينه سازي غلظت CTAB و مقدار SMNZ در تهيه الكترود ................................... 48جدول 4-2- تاثير مقاومت يوني بر روي پاسخ پتانسيلي SMNZ/CPE........................................ 52جدول 4-3- تأثیر دما بر روی رفتار پتانسیلی SMNZ/CPE......................................................... 54جدول 4-4- مقایسه ضرایب گزینش پذیری (log KA,Bpot) ، زمان پاسخ، پایداری، محدودهی pH ، شیب، حد آشکارسازی (DL) و محدودهی خطی (LR) الکترود سولفات گزین توصیف شده در این کار با الکترودهای ارائه شده در مقالات قبلی ................................................................................ 56جدول 4-5- نتایج اندازه گیری آبهای معدنی دماوند و نوا و داروی سولفات آهن در سطح الکترود SMNZ/CPE.................................................................................................................................. 60جدول 4-6- مقادیر تکنیک ANOVA برای دو نمونه آب معدنی نوا و دماوند و داروی سولفات آهن ........... 61 .عنوان صفحه شکل 2-1- ساختار کانالی زئولیتهای MFI................................................................................ 16شکل 2-2- مکانشناسی فضاهای داخلی برخی زئولیتها در جادادن مولکولهای مهاجم الف) زئولیت موردنیت ب) زئولیت β ج) زئولیت فوجاسیت....................................................................................................................... 16شکل 2-3- نمودار وابسته به تعیین ضریب گزینشپذیری الف) با روش یون مزاحم با غلظت ثابت ب) با روش محلولهای جداگانه ................................................................................................ 33شکل 4-1- الگوی XRD و تصویر SEM برای نانوزئولیت ZSM-5........................................... 41شکل 4-2- الگوی FT-IRبرای نانوزئولیت5ZSM- سنتز شده .................................................... 42شكل 4-3- الگوی طيفهای FT-IR الف) CTAB ب) نانوزئوليت ZSM-5 ج) نانوزئوليت 5ZSM- اصلاح شده با مادهی فعال سطحي ............................................................................................... 43شكل 4-4- تصاوير SEM براي الف) CPE ب) /CPE 5ZSM- ج) SMNZ/CPE .................... 44شکل 4-5- مكانيزم جذب آنيون توسط SMNZ و واكنش تبادل آنيون، بين آنيون ها بر روي سطح الكترود و SO42- ........................................................................................................................... 46شکل 4-6- نمودار پاسخ پتانسیو متری الکترود های مختلف ارائه شده نسبت به آنیون سولفات الف) SMZ-CPب)ZEOLITE-CPج)CP............................................................................................ 47شكل4-7- نمودارهاي Ecell بر حسب لگاريتم غلظت سولفات براي الكترود¬های با درصد مختلفی از SMNZ الف) با الکترود Aب) با الکترود Bج) با الکترود Cد) با الکترود Dر) با الکترود Fز) با الکترود E ........................................................................................................................... 50شكل 4-8- اثر pHمحلول بر پاسخ پتانسيلي SMNZ/CPE.......................................................... 51شکل 4-9- نمودار تغیرات پتانسیل الکترود غشائی بر حسب لگاریتم فعالیت برای یونهای KCL،KI،Na2HPO4، NaNO2 و NaNO3..................................................................................................... 58شکل 4-10- (الف) منحنی تیتراسیون پتانسیومتری محلول سدیم سولفات (cc10 و M01/0) با محلول 01/0 مولارBaCl2 با بکارگیری SMNZ/CPE و (ب) منحنی مشتق اول (dE /dV) بر حسب حجم تیتراسیون ............................................................................................................................. 60مقدمهنانو يك كلمه يوناني است و معادل لاتين آن دوراف[1]است كه به معناي كوتوله ميباشد.اين پيشوند در علم مقياسها به معني يك ميلياردم است.بنابراين يك نانومتر معادل يك ميلياردم ميباشد [1و2]. اين مقياس را با ذكر مثالهايي عيني، بهتر ميتوان حدس زد. يك تار موي انسان به طور متوسط قطري حدود 50000 نانومتر دارد. كوچكترين اشياء قابل ديد توسط چشم غيرمسلح اندازهاي حدود 10000 نانومتر دارند. اگر حدود 10 اتم هيدروژن را در يك خط قرار دهيم، برابر يك نانومتر ميشود [3].هر چند تعريفهاي زيادي در مورد فناوري نانو ارائه شده است، اما دقيقترين و سادهترين تعريف به وسیله میپان[2] [2] به اين صورت بيان شد كه: فناوري نانو، ساختن مواد، ابزارها و سيستمهاي هوشمند در مقياس nm100-1 و بهرهگرفتن از خواص آنها در پديدههاي شيميايي، فيزيكي، بيولوژيكي و غيره ميباشد. توانايي ساخت اجسام با دقت اتمي، اين امكان را به دانشمندان ميدهد كه موادي با خواص جديد نوري، مغناطيسي، حرارتي يا الكتريكي توليد كنند [4]. به عبارت ديگر فناوري نانو، شكل جديدي از ساخت مواد به وسيله كنترل و دستكاري واحدهاي ساختماني[3] آنها در ساختارهايي از پيش طراحي شده در مقياس نانو ميباشد [5]. فناوري نانو توليد كارآمد مواد، دستگاهها و سيستمها با كنترل ماده در مقياس نانومتر و بهره برداري از خواص و پديدههاي نوظهوري است كه در مقياس نانو توسعه يافتهاند.