بررسی حلالیت تارتاریک اسید با استفاده از نانو ذرات نقره- قسمت ۱۳

حذف رنگ کونگورد
فصل اول
مقدمه و تئوری
۲-۱-۱-مایعات یونی:
مایعات یونی علاقهی رو به افزایشی را در دهههای گذشته در میان محققان داشتهاند. مایعات یونی بهطور کلی به نمکهایی که در دمای ۱۰۰ درجه یا زیر ۱۰۰ درجه ذوب میشوند گفته میشود [۵۵] . ساختار این مایعات با ساختار دیگر حلالهای آلی معمولی که از مولکولها ساخته شدهاند متفاوت است. مایعات یونی شامل هر مولکولی نیستند، آنها از یونها ساخته شدهاند.
خواص حلالهایی که از مولکول ساخته شدهاند بستگی به برهمکنش بین مولکولها دارد. اگر برهمکنش قوی بین مولکولهای حلال وجود داشته باشد، حلال قطبی نامیده میشود مثل آب، متانول، اتانول. اگر برهمکنش بین مولکولهای حلال ضعیف باشد حلال غیرقطبی نامیده میشود، مثل هپتان، هگزان. ویژگیهای ساختاری اصلی مایعات یونی این است که آنها از مولکول ساخته نشدهاند. یونها با تعداد برابر از بارهای مثبت و منفی در مایع حضور دارند، بهطوری که مایع از لحاظ الکتریکی کاملا خنثی است.
مایعات یونی عموما مایعات بی رنگ با ویسکوزیته بالا هستند [۵۶]. در برخی موارد مایعات یونی در دمای اتاق شل و روان هستند که در این صورت می توان آنها را مایعات یونی دمای اتاق[۲۰] نامید.
این مایعات دارای مزیتهایی بیش از نمکهایی با نقاط ذوب بالا هستند. مایعات یونی دمای اتاق نمکهایی هستند که نقطه ذوب آنها زیر ۳۰ درجهسانتیگراد باشد. اولین مایع یونی اتاق اتیل آمونیوم نیترات با نقطه ذوب ۱۲ درجه سانتی گراد بود که در طول جنگ جهانی اول در سال ۱۹۱۴ کشف شد [۵۷].
مایعات یونی عموما شامل کاتیونهای آلی نامتقارن و بزرگ مثل ایمیدازولیوم، پیریدینیوم، پیرولیدینیوم، آمونیوم یا فسفونیوم وآنیونهای آلی یا معدنی مختلف مثل تترافلوروبورات، هالیدها، هگزا فلوروفسفات میباشند [۵۶ و۵۸].
ساختار برخی کاتیونها و آنیونهایی که به طور متداول درسنتز مایعات یونی استفاده میشوند در شکل (۲-۱) آمده است.
شکل (۲-۱) کاتیونها وآنیونهای متداول که در سنتز مایعات یونی به کار می روند.
مایعات یونی به واسطه ویژگیهایی که دارند به عنوان حلال سبز[۲۱] شناخته شدهاند. ویژگیهایی از قبیل فشار بخار پایین و غیر فرار بودن، غیر قابل اشتعال بودن و اثرات کم این مایعات بر روی محیط زیست وسلامت انسان سبب شده که این مایعات به عنوان حلالهایی برای شیمی سبز شناخته شوند [۵۹ و ۶۰]. مایعات یونی در خواصشان بسیار انعطافپذیرند، ویژگیهای مایعات یونی بستگی به نوع کاتیون و آنیونی دارد که ساختارشان را تشکیل میدهد. امکان ترکیب کردن کاتیونها و آنیونها برای سنتز مایعات یونی بسیار گسترده است.
ویژگیهایی مثل پایداری حرارتی و امتزاجپذیری اساسا بستگی به آنیون دارد. در حالی که دیگر خواص مثل وسیکوزیه و کشش سطحی و دانسیته بستگی به طول زنجیره آلکیل در کاتیون یا شکل و تقارن کاتیون دارد [۶۳-۶۱].
علاوه بر برهمکنشهایی که در حلالهای آلی عمومی وجود دارد، مایعات یونی دارای برهمکنش یونی هم هستند. (جاذبه الکترواستاتیک متقابل یا دافعه ذرات باردار) که آنها را بسیار امتزاجپذیر با مواد قطبی میسازد. حضور زنجیره آلکیل روی کاتیون حلالیت مایعات یونی را در مایعات با قطبیت کمتر تعیین میکند. خواص مایعات یونی به طور قابل توجهی با تغییر طول گروههای آلکیل که در کاتیون و انواعی از آنیونها وجود دارد تغییر میکند [۶۴ و ۶۵].
۲-۱-۱-۱-ویژگیهای مشترک مایعات یونی
غیر قابل اشتعالاند و فشار بخار ناچیز وکمی دارند.
مایعات یونی میتوانند طیف گستردهای از مواد معدنی، آلی و پلیمری را در خود حل کنند که در حلالهای آلی متعدد غیر قابل امتزاجاند.
پایداری حرارتی بالایی دارند ودر رنج گسترده ای از دما (بالاتر از ۲۰۰ درجه سانتی گراد) مایع هستند.
نقاط ذوب پایینی دارند.
پایداری الکتروشیمیایی بالا و رسانندگی الکتریکی خوب وتحرک یونی بالایی دارند.
۶) مایعات یونی از دو بخش کاتیونی و آنیونی تشکیل شدهاند که با تغییر این دو بخش میتوان مایعات یونی مختلف را ساخت که دارای ویژگیهای مختلف هستند [۶۶].
۲-۱-۱-۲-کاربردهای مایعات یونی
الف ـ فرایندهای شیمیایی
مایعات یونی در تعدادی از واکنشهای آلی مثل واکنش دیلز-آلدر، بایلز-هیلمن و واکنش هک و واکنشهای ایزومریزاسیون وتعدادی واکنشهای جفت شدن به عنوان حلال عمل میکنند [۷۰-۶۷].
ب ـ وسایل الکتروشیمیایی
مایعات یونی در وسایل الکتروشیمیایی مثل خازنها، باتریهای یون لیتیوم، سلهای سوختی الکترولیت-پلیمر[۲۲] و سلهای خورشیدی حساس به رنگ[۲۳] به کار میروند. در این وسایل مایعات یونی به عنوان الکترولیت عمل میکنند [۷۴-۷۱]. مایعات یونی در مقابل اکسیداسیون وکاهش شیمیایی پایدارند غیر فرار بودن مایعات یونی سبب شده که زمانی که به عنوان الکترولیت عمل میکنند الکترولیت خشک نشود وپنجره الکتروشیمیایی گسترده مایعات یونی سبب افزایش کاربرد این مایعات در الکتروشیمی شده است [۷۵].
ج ـ تکنولوژی استخراج
مایعات یونی در جداسازی یونهای فلزی سمی و مولکولهای آلی مورد استفاده قرار گرفتهاند، این مایعات به عنوان حلالهای استخراجی در جداسازی یونهای فلزی توسط اترهای تاجدار استفاده میشوند ضریب توزیع برای سیستمهای استخراجی با مایعات یونی بیشتر از سیستمهای استخراجی با حلالهای آلی میباشد [ ۷۶ و ۷۷].
دـ استخراج و بازیافت رنگها
۲-۱-۱-۳- سنتز مایعات یونی
سنتز مایعات یونی در دو مرحله انجام میشود:
۱-تهیه کاتیون بهوسیله واکنش چهارتایی کردن[۲۴] (مثل چهارتایی کردن آمینها).
۲-واکنش تغییر آنیون.
ویژگیها و خلوص مایعات سنتز شده توسط NMR تعیین میشود. مقدار آب مایع یونی خشک و خالص توسط آنالیز کولومتر کارل-فیشر[۲۵] تعیین میشود. تهیه مایعات یونی در مقادیر بالا خیلی مشکلآفرین نیست، میتوان آنها را با خلوص کافی تهیه کرد.
مایعات یونی را میتوان برای دورههای زمانی طولانی نگهداری کرد، بدون اینکه تجزیه یا تخریب شوند. هرچند تعدادی از آنها رطوبت جذب میکنند. در نهایت این امکان وجود دارد که مایعات یونی بیشماری را با ویژگیهای مختلف سنتز کرد [۷۸].
۲-۱-۲-۱-رنگها
رنگها معمولا منشاء مصنوعی و ساختار مولکولی آروماتیک پیچیدهای دارند که به احتمال زیاد از قطران ذغال سنگ وهیدروکربنهایی مانند بنزن، نفتالن، انتروسن، تولوئن و زایلن گرفته شدهاند. امروزه بیش از صدهزار رنگ تجاری در بازار موجود هستند. رنگها به سه دسته طبقهبندی میشوند. دسته اول رنگهای آنیونی هستند که شامل رنگهای اسیدی و رنگهای رادیواکتیو میشود. رنگهای آنیونی در محلول آبی بار منفی را به واسطه گروههای سولفات حمل میکنند. دسته دوم رنگهای کاتیونی هستند که رنگهای بازی را شامل میشود رنگهای کاتیونی بار مثبت را به واسطه حضور گروههای سولفور و آمین پروتونه حمل میکنند. دسته سوم رنگهای غیریونی هستند که شامل رنگهای پراکنده میشود. رنگها بهطور گستردهای در صنایع مختلف مصرف میشوند، مقادیر اندکی رنگ (زیر یک میلیگرم بر لیتر) اثرات مخرب قابل توجهی در محیط زیست دارند و علاوه بر اینکه به زیبایی طبیعت آسیب میرسانند سمی و سرطانزا هستند و زندگی آبزیان را هم به خطر میاندازند [۷۹ و ۸۰].
۲-۱-۲-۲-ضرورت و اهمیت انجام حذف رنگ
امروزه بیش از صد هزار رنگ تجاری در بازار موجود هستند و نزدیک به یک میلیون تن رنگ در سال تولید میشود در حالی که ده درصد از این رنگها به صورت فاضلاب وارد محیط زیست و منابع طبیعی میشود. آب آشامیدنی استفاده شده توسط هر انسان برای نوشیدن و پختوپز باید خالص و عاری از آلودگی باشد. فاضلاب صنایع نساجی، محصولات آرایشی، چاپ، مواد غذایی و صنایع کاغذسازی آلوده به رنگ هستند. بیش از هشتاد درصد از رنگها توسط صنایع نساجی مصرف میشوند و فاضلاب این صنایع شامل انواع مختلف از رنگها است. این فاضلابهای رنگی میتوانند با سیستم آبهای سطحی و زیرزمینی مخلوط شوند و به آب آشامیدنی انتقال یابد بسیاری از رنگها و محصولات حاصل از تجزیه آنها برای موجودات زنده سمی هستند، اغلب رنگها غیر زیست تخریب پذیرند ودر مقابل نور و اکسیداسیون پایدارند، و از این رو با روشهای معمول از بین نمیروند. انتشار این رنگها در جریان آب باعث اثرات زیست محیطی جدی میشوند و با توجه به رنگ شدید آنها انتقال نور خورشید به آب را کاهش میدهند، و زندگی گیاهان آبزی را تحت تاثیر قرار میدهند و سبب برهم زدن اکوسیستمهای آبی میشوند بهعلاوه برای انسانها نیز سمی هستند. بنابراین حذف رنگ از فاضلابهای رنگی ضروری است و دفع این مواد رنگی از فاضلاب صنایع قبل از تخلیه آنها به درون محیط زیست به یکی از مشکلات صنایع تبدیل شده است[۸۱ و ۸۲].
۲-۱-۲-۳-انواع روشهای حذف رنگ
روشهای حذف رنگ از محیطهای آبی شامل فرایندهای مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی میباشد این روشها شامل جذب [۸۳] ، صافیهای نانو [۸۴]، رسوبدهی [۸۵]، انعقاد الکتریکی، اکسیداسیون الکتروشیمیایی، اکسیداسیون نوری و استخراج مایع-مایع می باشد [۸۶].

برای دانلود متن کامل این پایان نامه به سایت  pipaf.ir  مراجعه نمایید.

Share