زاهد شمی

با افزایش آلودگی‎های آب در سراسر جهان نگرانی فزاینده‎ای در مورد جداسازی مخلوط‎های آب و روغن وجود دارد. جداسازی آب و نفت به دلایل متعددی بیش از هر زمان دیگری مورد توجه بسیاری از محققان و پژوهشگران قرار گرفته است. در این خصوص مواد و ساختارهای هوشمند با قابلیت خیس‎شوندگی برگشت‎پذیر فوق آب‎دوست-فوق روغن‎گریز از اهمیت قابل توجه‎ی برای جداسازی مخلوط آب و روغن برخوردار هستند. در این پژوهش با استفاده ازفرآیند الکتروریسی نانو غشای PVDF/CO-PS/MA-CS با قابلیت خیس‎شوندگی هوشمندبرگشت‎پذیر حساس به محرک pH تهیه شد. بسته بهpH محیط، نانو غشاء PVDF/CO-PS/MA-CS رفتار خیس‎شوندگی فوق آب‎گریزی-فوق روغن‎دوستی را از خود نشان می‎دهد. در محیط‎های بازی نانو غشای الکتروریسی PVDF/CO-PS/MA-CS رفتار خیس‎شوندگی فوق آب‎دوستی و فوق روغن‎گریزی را نشان می‎دهد که ناشی از انرژی سطحی مناسب و صورت بندی زنجیری باز می‎باشد که شرایط را برای جذب آب و دفع روغن فراهم می‎کند. با این حال در محیط‎های اسیدی و خنثی غشاء رفتار خیس‎شوندگی فوق آب‎گریزی را نشان می‎دهد. بعلاوه جداسازی مخلوط‎های آب-روغن نیز انجام شد نتایج نشان می‎دهد شارآب عبوری از نانو غشای الکتروریسی PVDF/CO-PS/MA-CS اصلاح شده در محیط بازی حدود Lm-2h-1 8960 می‎باشد که بیانگر موثر بودن این فرآیند برای مقیاس‎های صنعتی می‎باشد. خواص شیمیایی-فیزیکی محصول توسط آنالیزهای FT-IR، TGA، SEM و XRD بررسی شد.

امروزه آلودگی آب به یکی از معضلات زندگی انسان تبدیل شده است. بسیاری از صنایع مانند معادن، نساجی، مواد ‌غذایی، پتروشیمی و صنایع فلزی حجم عظیمی از آلاینده و پساب‌های نفتی و روغن تولید می‌کنند و این مسئله به یک نگرانی جدی زیست‌محیطی در جهان تبدیل شده است. بنابراین توسعه بیشتر مواد مقرون به‌صرفه، سازگار با محیط‌‌‌‌‌‌زیست، قابل بازیافت با فن‌آوری تهیه و استفاده آسان و موثر برای جداسازی آب و روغن در حجم زیاد به یک نیاز اساسی تبدیل شده است. در میان روش‌های ارائه شده تاکنون تولید نانو‌الیاف جاذب آب یا روغن به روش الکتروریسی برای جداسازی مخلوط آب-روغن، جزو کارآمدترین و مقرون به‌صرفه‌ترین روش‌ها بدون نیاز به صرف انرژی زیاد مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، یک نانوساختار برپایه الکتروریسی بر پایه پلی‌وینیلیدین فلورید(PVDF)و پلی‌استایرن(PS) حاوی نانوذرات آلومینیوم‌اکسید (Al2O3) و سلیکون‌دی‌اکسید (SiO2) تهیه شده و با ساختارهای لایه‌ای MgAl-LDH توسط فرایند هیدروترمال پوشش دهی شود تا نانوغشای الکتروریسی LDH@PVDF/PS/Al2O3/SiO2 با قابلیت خیس‌شوندگی هوشمند تهیه شود. غشای حاصله رفتاری دوگانه دوست داشته و می‌تواند بسته به شرایط نوع خیس شدن سطح، آب‌دوست یا آب‌گریز باشد که این خاصیت برای جداسازی مخلوط‌ها و امولسون‌های روغن در آب از طریق عبور آب و یا آب در روغن از طریق عبور روغن از غشاء به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که غشاء کارایی جداسازی بالا با شار عبوری بالا را دارد.

سیلیکا-آئروژل‌ها از خواص منحصر به ‌فردی نظیر مساحت سطح ویژه بسیار بالا و چگالی خیلی پایین برخوردار هستند. به همین دلیل این دسته از مواد به طور عمده به عنوان عایق‌های حرارتی، صوتی و انواع جاذب‌ها استفاده می‌شوند. با توجه به مزایا و البته معایب این دسته از ترکیبات، مطالعه بر روی آن‌ها همچنان ادامه دارد. خواص مکانیکی ضعیف و همچنین هزینه زیاد تهیه و مشکلات زیست ‌محیطی ناشی از حلال‌ها و مواد آلی مورد استفاده در تهیه، باعث شده است که ساخت این ترکیبات در مقیاس صنعتی تا حد زیادی با محدودیت مواجه شود. در این پژوهش تلاش شده است تا با استفاده از ترکیبات پلی ‌اکتا هدرال سیل‌ سسکویی ‌اکسان (POSS)، به عنوان کوچک‌ترین نانو ساختارهای سیلیسی سنتزی،‌ باعث تقویت مقاومت مکانیکی آئروژل‌ها شده و همچنین میزان مصرف ماده آلیِ تری‌ متیل‌ کلرو سیلان (TMCS)، به عنوان ماده مورد استفاده در فرآیند اصلاح سطح سیلیکا-آئروژل‌ها،‌کاهش داده شود. به این ترتیب راهکاری برای حل مشکلات بیان شده، ارائه می‌شود. بدین منظور سیلیکا-ژل‌هایی با پیش‌ماده تترا اتیل اورتو سیلیکات (TEOS) با فرآیند دو مرحله‌ای سل-ژل در حضور و عدم حضور ترکیبات POSS تهیه و با نسبت‌های متفاوت TMCS اصلاح سطح شدند. ترکیبات تهیه‌ شده با استفاده از روش‌های XRD، FT-IR، SEM و ایزوترم‌های BET مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین به ‌منظور بررسی نقش مولکول‌های POSS در تقویت سیلیکا-ژل‌ها از آزمون مقاومت فشاری استفاده شد. بر اساس نتایج حاصل از آزمایش و مقایسه علمی با سایر مقالات مرتبط، همان طور که انتظار می‌رفت، استفاده از تری‌سیلانول‌ایزوبوتیل POSS در ساختار سیلیکا-ژل‌ها سبب افزایش مقاومت فشاری، افزایش میزان آب‌گریزی سیلیکا-آئروژل‌ها و در نتیجه کاهش میزان مصرف TMCS شد. از این رو میزان بهینه TMCS مصرفی در آزمایش نیز مشخص شد.

یکی از انواع چارچوب‌های فلز - آلی بیسموت (Bi-MOF)‌ها، CAU-17 با ساختار نانومیله‌ای منشوری هگزاگونال می‌باشد. در این کار تحقیقاتی سنتز CAU-17 با روش‌های مختلف هیدروترمال و سونوشیمی و نیز با تغییر پارامترهای سنتزی شامل تغییر حلال‌ها، زمان واکنش، تغییر نسبت غلظت لیگاند و نمک فلزی و استفاده از فعال کننده سطحی مناسب بررسی شد. ساختارهای Bi-MOF با روش هیدروترمال در حلال‌های مختلف عمدتاٌ به صورت مخلوطی از ساختارهای هگزاگونال، صفحه‌ای، و توده‌ای شکل حاصل شد، اما با استفاده از روش سنتز سونوشیمی در حضور فعال کننده سطحی ستیل تری متیل آمونیوم برماید ساختار نانومیله‌ای هگزاگونال از CAU-17 حاصل گردید. سپس برای تهیه نمونه‌های Bi/C، هر کدام از چارچوب‌های فلز - آلی بیسموت سنتز شده با انجام عملیات حرارتی در دماهای 400 و 800 درجه سانتیگراد و تحت اتمسفر احیاء کننده نیتروژن-هیدروژن کلسینه شدند. به منظور جلوگیری از تبخیر و خروج بیسموت از ساختار بستر کربنی متخلخل و برای نگه‌داشتن بیسموت در ساختار با عوامل نگهدارنده مناسب تحت فرایند اصلاح گرمایی دمای بالا، دو نمونه CAU-25-1 و CAU-200-1 تحت فرایند کلسینه کردن در دمای 800 درجه سانتیگراد و در حضور دی‌سیان‌دی آمید قرار گرفت. از آنجا که، کاتالیست‌ها اجزای تعیین‌کننده در پیل‌هی سوختی اتانولی مستقیم (DEFCs) هستند. بدین منظور، برای سنتز کاتالیزگرهای نهایی مبتنی بر دو فلز Pt وBi، تمامی‌گونه‌های کلسینه شده حاصل در مدت زمان‌ بهینه در محلول پلاتینک اسید قرار داده شدند تا اینکه یون‌های پلاتین از طریق واکنش خودبخودی جابجای گالوانیک با سطح نانو ذرات بیسموت برهمکنش داشته باشند و جایگزینی اتمی‌سطحی بیسموت‌ با پلاتین صورت گیرد. نمونه‌های سنتزی در هر مرحله با روش‌های دستگاهی مختلفی مانند: میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، پراش پرتو ایکس(XRD) و رامان ساختارها و مورفولوژی آنها مورد بررسی قرارگرفت. همچنین فعالیت کاتالیزگری آنها با روشهای الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه‌ای در محلول 1مولار اتانول و 1/0 مولار پتاسیم هیدروکسید بررسی شدند. نتایج نشان داد که نانوساختارهای Pt(10)-Bi/C-HP200-400 و همچنین Pt(10)-Bi-N4/C-HP25-800 بهترین فعالیت الکتروکاتالیزی برای اکسایش اتانول را داشتند. سپس با روش هیدروترمال نمونه CAU-25-1 سنتزی با مقادیر متفاوت تیواوره واکنش داده شد و ساختارهای سوزنی شکل بیسموت سولفید سنتز شدند. نانوساختارهای بیسموت سولفید با تکنیک‌های اسپکتروسکوپی مورد مطالعه قرار گرفتند و با روش‌های الکتروشیمیایی ولتامتری چرخهای و تکنیک شارژ/دشارژ در محلول پتاسیم هیدروکسید 0/0/1 مولار رفتار خازنی آنها بررسی شدند. نتایج نشان دادند که نانوساختارهای بیسموت سولفید با غلظت سه برابری تیواوره (Bi2S3-3) از ظرفیت خازنی ویژه F g-1 2525 در جریان ویژه A g-1 8 برخوردار است.

سمیت و سرطان زایی آلودگی محیطی ناشی از وجود گونه های کروم به ویژه یون Cr(VI) به عنوان یک تهدید مهم برای سلامت جهان محسوب می شود. فناوری جذب به عنوان یک روش منعطف و ساده برای حذف آلودگی کروم با کارایی موثر در نظر گرفته می-شود. در این میان رویکردهای سنتزی مبتنی بر فناوری نانو به خاطر ویژگی های ساختاری و کاربردی منحصر به فرد از اهمیت قابل ملاحظه ای برخوردار می باشند. در این پژوهش از نانوذرات کروی کوپلیمر استایرن-آکریلونیتریل (SAN) و کوپلیمر اصلاح شده استایرن-آکریلونیتریل (H-SAN) پوشیده شده با نانوصفحات معدنی (H-SAN/Ni(OH)2) و پلیمر هادی پلی آنیلین (H-SAN/Ni(OH)2/PANI) برای حذف آلودگی آبی استفاده شد. ابتدا با استفاده روش کوپلیمریزاسیون رادیکالی، نانو ذرات کروی کوپلیمر سنتز شدند. بعد از اصلاح گروه های عاملی به وسیله فرایند شیف-باز، در یک شرایط هیدروترمال با نانوصفحات Ni(OH)2 پوشش داده شدند تا نانوساختارهای هیبریدی تهیه شوند. به منظور افزایش کارایی حذف آلودگی، در یک فرآیند پلیمری شدن همزمان نانوساختارهای SAN/Ni(OH)2/PANI تهیه شدند. ویژگی های ساختاری و ظاهری نانوساختارها به وسیله روش های میکروسکوپی (SEM)، گرماسنجی (TGA) و طیف سنجی (FT-IR) بررسی شدند. کارایی حذف آلودگی کروم به وسیله جذب بررسی شد. نتایج نشان می دهد که کارایی حذف بیشتر از 99 درصد می-باشد.

فرآیند الکتروریسی رویکرد ساده، موثر و اقتصادی برای تهیه نانوساختارهای هیبریدی متخلخل می باشد که در دهه های اخیر مورد توجه بسیاری از دانشمندان و پژوهشگران قرار گرفته است. در این پژوهش با استفاده از فرآیند الکترورریسی، نانوالیاف هیبریدی پلی وینیلیدین فلوئورید/تیتانیوم دی اکسید (PVDF/TiO2) تهیه شدند. سپس در اثر کلسینه شدن، نانوساختارهای کربن/تیتانیوم دی اکسید (C/TiO2) تهیه شدند. در یک فرآیند پلیمریزاسیون هم زمان نانوکامپوزیت های هیبریدی کربن/تیتانیوم دی اکسید/پلی آنیلین (C/TiO2/PANI) تهیه شدند. بعلاوه، رویکرد سنتزی مشابه برای تهیه نانوساختارهای هیبریدی کربن/تیتانیوم دی اکسید/آهن (C/TiO2/Fe0) نیز استفاده شد. فرآیند سنتز محصول به وسیله آنالیزهای SEM، EDX، XRD وFT-IR پایش شده و کارآیی محصول به عنوان جاذب آلودگی آبی Cr(VI) در غلظت های مختلف ارزیابی شد. نتایج نشان می دهند که نانوکامپوزیت های هیبریدی تهیه شده دارای خواص سطحی و مورفولوژی ویژه و کارایی مناسب (بیشتر از 99%) به عنوان جاذب می باشند.

ریزجلبک ها به عنوان منابعی برای تولید رنگدانه ها، پروتئین ها ، اسیدهای چرب ، ترکیبات با خاصیت اسمزی بالا و همچنین به عنوان سورفاکتانت طبیعی و امولسیون کننده های طبیعی مورد استفاده قرار می گیرند. ریز جلبک دونالیلا سا لینا یوکاریوت فتوسنتز کننده ای است که در طیف وسیعی از غلظت نمک رشد می کند و به عنوان میکرو ار گانیسمی منتخب و مناسب برای تحقیقات زیست فناوری مولکولی وکشاورزی مورد توجه می باشد. در این پژوهش ، نمونه ریز جلبک دونالیلا سالینا دریافت شده ازموسسه ذخایر ژنتیکی ایران در شرایط ایزوله ومحیط کشت اصلاح شده جانسون در دوره رشد 39 روزه کنترل شد ،تاثیر پارامترهای محیطی کشت ( کشت تثبیت وآزاد ) و غلظت های مختلف نمک(300،150،75،30گرم در لیتر)، برای دستیابی به بالاترین رشد و بازده تولید کربوهیدرات اگزوپلی ساکارید در ریز جلبک دونالیلا سالینا مورد بررسی قرار گرفت،ضمن کنترل شرایط ایزوله ، هرسه روز یک بار، طول موج جذبی نمونه های ریز جلبک به منظور مشاهده تغییرات رشد ریزجلبک وبا استفاده از دستگاه اسپکروفتومتر اندازه گیری شدند ،اندازه گیری کربوهیدرات ها در بیومس تولیدی نمونه های ریز جلبک به روش فنل-اسید سولفوریک انجام شد،آنالیز آماری وآزمایش دانکن با نرم افزار spss24 انجام شد، بیشترین میزان تولید کربوهیدرات کل در این ریز جلبک در محیط کشت آزمایشگاهی در شرایط با غلظت نمک (درجه شوری)30 گرم در لیتر اندازه گیری شد. از بیومس باقی مانده به منظور آنالیز ترکیبات کربوهیدرات وتشخیص نوع مونوساکارید ها و پلی ساکاریدهای موجود در آن ،آنالیز اچ پی ال سی انجام خواهد شد. به دلیل پتانسیل لازم در ریز جلبک دونالیلا به عنوان کاندیدایی امید بخش برای تولید و بهره برداری بیوتکنولوژیکی و صنعتی ، ادامه کار پژوهشی روی این ریز جلبک بسیار ضروری ومفید است.

دریافت انرژی از محیط و تبدیل آن به برق می تواند به مشکل جهانی ناشی از کمبود انرژی بپردازد و بنابراین در برآورد تقاضای جهانی برای انرژی های تجدیدپذیر و سبز بسیار مهم است. در نیم قرن اخیر، توسعه الکترونیک به سمت کوچک سازی و قابل حمل شدن پیش رفته است. در این پژوهش از اثر هم افزایی فرایند الکتروریسی و نانو ساختارهای g-C3N4 و POM به منظور تقویت فاز β پلیمرPVDF استفاده شد. فرآیند الکتروریسی منجر به نظم و هم راستا شدن نانوالیاف و نانوصفحات شده و در نتیجه، نظم ساختاری منجر به تقویت فاز β پلیمرPVDF می شود که خود کارایی الکتروشیمیایی را در کاربردهای TENG تقویت خواهد کرد. برای این کار درصدهای وزنی مختلف PVDF بررسی شد و %wt 15 برای الکتروریسی انتخاب شد. محلول کامپوزیت PVDF-g-C3N4 در غلظت های مختلف 0، 1، 3، 5، 7 و 10 درصد نسبت به محلول پلیمری PVDF تهیه شد. همچنین، تهیه محلول کامپوزیت پلیمری PVDF/POM در غلظت-های 5، 10، 20 و 30 درصد نسبت به محلول پلیمری PVDF تهیه شد. خصوصیات فازی الیاف با استفاده از آنالیزهای FT-IR، SEM-EDX، XRD و DSC مورد بررسی قرار گرفته شد. نتایج نشان داد فاز α کاهش و فاز β افزایش یافته است. درصد فازβ در نانوالیاف کامپوزیتی %3 PVDF-g-C3N4 به %92 رسیده است. بغلاوه، کارایی این نانوساختارها در TENG بررسی شد. حداکثر ولتاژ خروجی TENG با ضربه زدن نیروی کف دست (منبع انرژی مکانیکی) روی نانوالیاف کامپوزیتی %10 PVDF-g-C3N4 و %10 PVDF/POM با نایلون به مساحت cm2 3×3 در مدت زمان min 3، به ترتیب 10 و 6 ولتی شد. برای اثبات خاصیت TENG از لامپ-های LED یک ولتی صورتی استفاده شد.

در این پژوهش یک رویکرد پایه آبی برای سنتز ساختارهای کربنی متخلخل حاوی نیتروژن از پیش ماده PAN گزارش شده است. ابتدا PAN در ترکیب حلالی ZnCl2/H2O حل شده و سپس از روش ترریسی برای تولید الیاف PAN استفاده شد. الیاف PAN حاصله در حضور اکسیژن و سپس جایگزینی اکسیژن با گاز خنثی در یک فرآیند گرمایی کنترل شده، اصلاح حرارتی شد. در نهایت کامپوزیت کربنی حاصله در معرض فرآیند هیدروترمال و در حضور پیش ماده هایی مانند تترابوتیل اورتوتیتانات و یا نیکل کلرید بر روی الیاف تیتانیوم اکسید و نیکل هیدروکسید تشکیل شدند و در ادامه با قرار دادن در اتمسفر فسفر نانوگل‫های نیکل فسفید حاضل شدند و بدین ترتیب به طور کلی کامپوزیت-های مختلف هیبریدی نظیر g-PAN، g-PAN/TiO2، g-PAN/Ni(OH)2، g-PAN/TiO2/Ni(OH)2 و g-PAN/TiO2/Ni2P تهیه شوند. نتایج بررسی کارایی الکتروشیمیایی نشان می دهند که کاتالیست سنتزی ارزان قیمت و غیر نجیب g-PAN/TiO2/Ni2P دارای فعالیت الکتروکاتالیستی بهتری نسبت به کاتالیست تجاری گران قیمت و نجیبی Pt/C ده درصد وزنی شرکت مرک دارد. همچنین، کاتالیست سنتز شده دارای پایداری بالاتری نسبت به Pt/C می باشد. به صورتی که اختلاف ولتاژ بین اولی و هزارمی کاتالیست سنتزی 3 میلی ولت است ولی این اختلاف ولتاژ در Pt/C 19 میلی ولت بوده است.‬‬‬‬‬‬‬

فلزات سنگین در یک مقیاس وسیع، از منابع طبیعی و پساب های صنعتی وارد محیط زیست می شوند. میزان ورود فلزات سنگین به داخل محیطزیست، بسیار فراتر از میزانی است که به وسیله فرآیندهای طبیعی برداشت می شوند. بنابراین تجمع فلزات سنگین در محیط زیست فراوان است. سیستم های آبی به طور طبیعی دریافت کننده ی نهایی این فلزات هستند، لذا به منظور حفظ سلامت انسان و محیط زیست، باید قبل از ورود این فلزات سمی و سنگین به آب های جاری، از پساب حذف شوند.هدف از این تحقیق،تهیه پلیمرهای شاخه دار دارای گروه های انتهایی اسیدی و بازی بر پایه نانو ذرات اصلاح شده توسط ترکیب سیلان دار جهت حذف یون های فلزی سنگین از آب در شرایط آزمایشگاهی می باشد. همچنین عوامل موثر در حذف یونهای فلزی سنگین توسط جاذب کامپوزیتی مانند مقدار جاذب،غلظت اولیه،زمان تماس و pH مورد مطالعه قرار گرفت.در این تحقیق، در ابتدا نانوذره گرافن اکسید توسط روش هامر سنتز شد و این نانو ذره توسط ترکیب سیلانی 3-(تری اتوکسی سیلان)پروپیل آمین اصلاح ساختاری شد و سپس نانوذره اصلاح شده با ترکیب دی آمینوبنزوییک اسید واکنش داد و پلیمر پر انشعاب با گروه های انتهایی آمینی سنتز شد و در ادامه پلیمر پر انشعاب با گروه های انتهایی آمینی سنتز شده با مالییک انیدرید واکنش داد و دسته دیگر از پلیمرها با گروه های انتهایی اسیدی تهیه شد.و سپس پلیمرهای پر انشعاب با گروه های انتهایی اسیدی یا آمینی به عنوان جاذب برای حذف فلزات سنگین مورد استفاده قرار گرفتند. پلیمرهای انشعاب دار سنتز شده به دلیل دارا بودن جایگاه های پر انشعاب جهت حذف یون های فلزی کروم و جیوه از آب می تواند مورد استفاده قرار بگیرد. برای بررسی کارایی جاذب کامپوزیتی، پارامترهای مختلف نظیر pH محلول، مقدار جاذب، غلظت اولیه و زمان تماس مورد بررسی قرار گرفت. برای تایید و شناسایی ساختار جاذب ها از دستگاه FT-IR و همچنین برای بررسی ریخت شناسی جاذب از دستگاه میکروسکوپ الکترونی (SEM) استفاده شد. داده های آزمایشگاهی و نتایج مربوطه با استفاده از مدل های ایزو ترم و سینتیک مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.فرآیند جذب مربوط به هر دو یون کروم و جیوه با مدل سینتیک مرتبه دوم و مدل ایزوترم لانگمویر مطابقت داشت. بهترین بازده برای پلیمر انشعاب دار بر پایه نانو ذره گرافن اکسید مربوط به یون کروم با درصد حذف 98.15 درصد، ظرفیت جذب 32.71 میلی گرم بر گرم،و برای یون جیوه با درصد حذف 87.2درصد و ظرفیت جذب 29.06میلی گرم بر گرم مدت زمان 40 دقیقه، غلظت 40 میلی گرم بر لیتر، دمای °C 25، 6pH= و مقدار جاذب 30 میلی گرم است. حداکثر ظرفیت جذب mg.g-132.71 و 29.06 به ترتیب برای Hg2 + < Cr3 + است.این به این معنی است که جاذب نانوکامپوزیت می تواند به عنوان جاذب قابل استفاده برای حذف یون های فلزات سنگین به کار برده شود.

در دهه های اخیر تهیه ساختارهای متخلخل بر پایه قالب های آلی-فلزی توجه تحقیقات علمی و کاربردی را بخاطر تنوع در مورفولوژی ساختاری، داشتن گروه های عاملی ویژه و ظرفیت کاربردی مناسب در تولید سنسورها، کاتالیست ها، جداسازها، جاذب ها و غیره به خود جلب کرده است. در این میان، نانوکامپوزیت های هسته-پوسته متخلخل هیبریدی پلیمر- قالب آلی-فلزی به دلیل مساحت سطح ویژه زیاد، نظم و اندازه منافذ قابل تنظیم، رفتار سطحی ویژه، سهولت استفاده و قابلیت استفاده مجدد به عنوان جاذب آلودگی های زیست محیطی می توانند توجه قابل قبولی را به خود جلب کنند. در این پژوهش، برای اولین بار از هیبرید قالب-آلی فلزی و نانوذرات بر پایه کوپلیمر اصلاح شده استایرن-آکریلونیتریل نانوکامپوزیت های هسته-پوسته با رفتار سطحی ویژه تهیه شدند که کارایی جذب آلودگی رنگ دانه آلی متیلن بلو بیشتر از 90 درصد با قابلیت استفاده مجدد را نشان می دهند. فرآیند سنتز اقتصادی و مواد اولیه تجاری و دردسترس بوده و تولید در مقیاس زیاد انجام شد. براساس روش پلیمریزاسیون رادیکالی، نانوذرات کروی کوپلیمر استایرن-آکریلونیتریل با توزیع اندازه ذرات باریک تهیه و سپس سطح آنها برای دستیابی به سطوح فوق آبدوست اصلاح شد. در یک فرآیند سنتز هیدروترمال همزمان هیبرید قالب های آلی-فلزی MIL-53(Al) و Zn-MOF 74 روی بستر کوپلیمر برای تهیه نانوکامپوزیت های هیبریدی هسته (پلیمر)-پوسته (قالب آلی-فلزی) قرارگرفت و سپس برای تهیه نانوساختارهای توخالی تحت گرمادهی کنترل شده قرار گرفتند. فرایند سنتز محصول به وسیله آنالیزهای SEM، EDX، TGA، XRD، FT-IR و Map پایش شده و کارایی محصول به عنوان جاذب آلودگی متیلن بلو در غلظت های مختلف ارزیابی شد. نتایج نشان می دهند که نانوکامپوزیت های هیبریدی تهیه شده دارای خواص سطحی و مورفولوژی ویژه و کارایی مناسب به عنوان جاذب می باشند.

پلی آمیدها و پلی ایمیدها به دلیل دارا بودن ویژگی های منحصربفرد جزء پلیمرهای با کارایی بالا محسوب می شوند و در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. این پلیمرها با وجود داشتن ویژگی های مطلوب، انحلال پذیری کم و دمای ذوب بالایی دارند و به همین دلیل استفاده از این پلیمرها با مشکل مواجه شده است. یکی از روش ها برای بهبود کارایی این پلیمرها قرار دادن گروه های آویزان حجیم در ساختار اصلی آن ها است. در بخش نخست پایان نامه پلی آمیدها و پلی ایمیدها مربوطه از واکنش کربوکسیلیک اسید و دی انیدرید کربونیل دار با دی آمین های تهیه شده بر پایه گروه های آویز زانتن، کربازول و ایمیدازول سنتز شدند. از روش های FT-IR و 1H-NMR برای شناسایی پلیمرها و دی آمین های سنتز شده استفاده گردید و ویژگی های حرارتی، نوری، انحلال پذیری و ویسکوزیته نسبی آن ها بررسی شد. پلیمرهای تهیه شده در بیشتر حلال های آلی محلول و دارای پایداری حرارتی بالایی می باشند. همچنین پلی آمیدها و پلی ایمیدهای سنتز شده توانستند در برابر قارچ ها و باکتری های گرم مثبت و گرم منفی فعالیت ضد آنتی باکتریال خوبی از خود نشان دهند.. و علاوه بر این، این دسته از پلیمرهای سنتز شده به عنوان جاذب های خوب برای حذف فلزات سنگین از قبیل Cr3+ وHg2+ از محلول های آبی به کار برده شدند.

به دلیل افزایش پساب های روغنی و آلودگی های مکرر ناشی از نشت روغن، جداسازی مخلوط های روغن -آب توجه محققان و صنایع را به خود جلب کرده است. با الهام از طبیعت، مواد فوق آب گریز- فوق روغن دوست برای جداسازی مخلوط روغن (نفت)- آب به طور قابل توجه-ای مورد مطالعه قرار گرفته است. در این میان، سطوح برپایه نانوساختارهای پلیمری با قابلیت خیس شوندگی ویژه از اهمیت قابل توجهی برخوردار می باشند. فرآیند الکتروریسی به عنوان یک روش منحصر به فرد برای تولید نانوساختارهای هیبرید پلیمر- معدنی با قابلیت خیس شوندگی ویژه به طور گسترده استفاده شده است. در این پژوهش، با استفاده از فرآیند الکتروریسی تحت شرایط بهینه و کنترل شده نانوالیاف کامپوزیتیPVP/ TiO2/ g- C3N4 و PVDF/ TiO2/ g- C3N4/ Candle Soot با کارآیی خیس شوندگی ویژه در محیط های هوا و روغن تهیه شد. نتایج نشان می دهد که نانوکامپوزیت های تهیه شده در محیط هوا کارآیی فوق آب گریزی- فوق روغن دوستی و همچنین در محیط روغن کارآیی خیس شوندگی فوق آب گریز ویژه ای را ارائه می کنند که می تواند در کاربردهای ویژه همانند میکروراکتورها به کار گرفته شود. بعلاوه، با اصلاح سطح نانوکامپوزیت حاصله به وسیله دوده، کارآیی خیس شوندگی از فوق آب گریزی به فوق آب دوستی تغییر یافت که بستر مناسب هوشمندی برای جداسازی مخلوط های آب- روغن (با چگالی کمتر از آب) با عبور آب و انسداد روغن می باشد. همچنین، با اصلاح سطح نانوالیاف کامپوزیتی PVDF/TiO2/g-C3N4 در حضور نمک نقره نیترات، نانوکامپوزیتی با کارآیی ضدمیکروبی قابل توجهی نسبت به باکتری های گرم مثبت و گرم منفی تهیه شد. برای بررسی بیشتر کارآیی نانوهیبرید پلیمر-معدنی، تهیه نانوساختارهای کربنی الکتروریسی PVP/TiO2/g-C3N4 در شرایط مختلف انجام شد و سپس کارآیی الکتروشیمیایی آن بررسی شد. نتایج آنالیزهای ولتامتری چرخه ای و شارژ-دشارژ گالوانواستاتیک نشان می دهد که نانوساختار کربنی تهیه شده PVP/TiO2/g-C3N4 خواص الکتروشیمیایی مناسبی را ارائه می دهد.

منابع آبی آلوده به یون نیترات و استفاده آنها در کشاورزی یکی از نگرانیهای جامعه بشری میباشد. حداکثر غلظت مجاز یون نیترات در آب آشامیدنی که سازمان بهداشت جهانی (World Health )rganizationO مشخص کرده است برابر با mg/L 05 میباشد. بیماری متهموگلوبینما 1 در نوزادان و انواع مختلف سرطانها در بزرگسالان ناشی از غلظت بالای یون نیترات در آب شرب است. از اینرو، حذف یون نیترات از منابع آبی حائز اهمیت میباشد. در این پژوهش، به سنتز نانوکامپوزیتهایی بر پایه نانوذرات گرافن اکسید و پلیمر طبیعی کتیرا برای جداسازی و حذف یون نیترات از آب پرداخته شده است.در ابتدا، 1-بوتیل- 3-وینیل ایمیدآزولینیوم کلرید تهیه شد و در واکنشی دیگر نانوذرات GO به روش هامر سنتز شده و توسط ترکیب سیلانی اصلاح گردید و درنهایت از واکنش مایع یونی با این محصول، جاذب نهایی بهدست آمد. جاذب دوم نیز از واکنش مایع یونی با محصول بهدست آمده از اصلاح GT با مالئیک انیدرید سنتز شد. برای شناسایی ترکیبات سنتز شده از آنالیزهای FT-IR ، FESEM ، EDX و TGA استفاده شد. همچنین مقدار جذب یون نیترات در شرایط عملیاتی مختلف از جمله زمان تماس، pH محیط، غلظت اولیه یون، مقدارجاذب و دما مورد مطالعه قرار گرفت. بهترین بازده حذف جاذب 79 درصد در / نانوکامپوزیت نانوذره گرافن اکسید اصلاح شده با مایع یونی 03 pH اولیه )برابر با 0( و دمای محیط ) C 50 ~( با غلظت اولیه یون نیترات 35 ° میلیگرم بر لیتر، زمان تماس 35 دقیقه و مقدار جاذب برابر با 05 میلیگرم بهدست آمد. بهترین بازده حذف جاذب کامپوزیت پلیمر طبیعی کتیرا اصلاح شده با 70 درصد در / مایع یونی 66 pH اولیه )برابر با 0( و دمای محیط ) C 50 ~( با غلظت اولیه یون نیترات ° 35 میلیگرم بر لیتر، زمان تماس 55 دقیقه و مقدار جاذب برابر با 05 میلیگرم بهدست آمد.بررسی ضریب گزینشپذیری حذف یون نیترات با وجود یونهای رقیب بهوسیله جاذبهای نانوکامپوزیت مورد مقایسه قرار گرفت. علاوهبر این، بازیابی جاذب چندین مرتبه مورد آزمایش قرار گرفت با این وجود میزان جذب و ظرفیت جذب کاهش چندانی نداشت. افزون بر این، مدلهای سینتیک و ایزوترم مکانیسم جذب مورد مطالعه قرار گرفت. فرآیند جذب در هر دو جاذب با مدل سینتیک شبه درجه دوم و مدل ایزوترم لانگمویر تطابق بیشتری با دادههای به دست آمده نشان داد. درنهایت با روش انتشار دیسک، خواص ضدمیکروبی هر دو جاذب بررسی شد.

منابع آبی آلوده به نیترات تبدیل به نگرانی بزرگ مناطق کشاورزی شده است. استاندارد سازمان بهداشت جهانی (WHO) حداکثر غلظت مجاز نیترات را در آب آشامیدنی mg/L 50 تعیین کرده است. غلظت بالای نیترات در آب سبب ایجاد بیماری متهموگلوبینما در نوزادان، برخی سرطان ها در بزرگسالان و اثرات تراتوژنیک می شود. با توجه به مضرات بیش از اندازه نیترات، حذف آن از منابع آب اهمیت زیادی دارد. در این مطالعه، نانوکامپوزیت جدید و الیاف نانوکامپوزیت بر پایه نانوذرات GO برای جداسازی و حذف یون نیترات از آب سنتز شد. در مرحله اول، حد واسط سیلانی با استفاده از DABCO و 3- کلرو پروپیل تری متوکسی سیلان، سنتز گردید و جاذب نانوکامپوزیت با اصلاح نانوذرات GO به وسیله حد واسط سیلانی سنتز شد در مرحله بعد، به منظور تهیه الیاف نانوکامپوزیت SAN/MGO، MGO طی فرایند الکتروریسی به SAN اضافه شد. آنالیز های FTIR، FESEM، EDX و TGA برای شناسایی ترکیبات سنتز شده مورد استفاده قرار گرفتند. افزون بر این، شرایط عملیاتی مختلف مانند زمان تماس، غلظت اولیه یون، مقدارجاذب و دما مورد بررسی قرار گرفت. بهترین بازده حذف MGO (%74/98) در pH اولیه 7 و دمای اتاق (C° 25 ~) با غلظت اولیه یون نیترات mg/L 30، زمان تماس min 20 و مقدار جاذب MGO، mg 40 به دست آمد. نتایج شرایط بهینه ی جاذب SAN/MGO نشان داد که جذب موثر با داشتن بازده حذف % 38/60 در min 60 به حالت غوطه وری با غلظت اولیه نیترات mg/L 30 است. بازده حذف با مقایسه ی یون نیترات جذب شده توسط جاذب نانوکامپوزیت و یون های رقیب برای بررسی ضریب گزینش پذیری مورد ارزیابی قرار گرفت. افزون بر این، قابلیت استفاده مجدد از جاذب چندین بار مورد آزمایش قرار گرفت و کاهش چشمگیری در ظرفیت جذب مشاهده نگردید. همچنین، مدل های ایزوترم و سینتیک مکانیسم جذب مورد بررسی قرار گرفت. فرآیند جذب تطابق بهتری با مدل سینتیک مرتبه دوم و مدل ایزوترم لانگمویر نشان داد. خواص ضدمیکروبی GO، MGO و SAN / MGO با استفاده از روش انتشار دیسک مورد بررسی قرار گرفت.

در این پایان نامه، دو ایزومر ساختاری جدید (پارا و متا) دی آمین های حاوی گروه های پیریدین و زانتن تهیه شدند و پلی-آمیدها و پلی ایمیدهای مربوطه از واکنش پلیمری شدن مستقیم این دی آمین ها، دی کربوکسیلیک اسیدها و دی انیدریدهای رایج سنتز شدند. ساختار این دی آمین ها و پلیمرهای سنتزی با تکنیک های طیف سنجی FT-IR، 1HNMRو 13CNMR شناسایی و خصوصیات نوری، حرارتی، حلالیت و گرانروی ذاتی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. این پلیمرها دمای انتقال شیشه ای (Tg) بین °C 268-195 برای پلی آمیدها و °C 300-272 برای پلی ایمیدها و درصد زغال باقی مانده بین 69-43 درصد را از خود نشان دادند. پلیمرهای سنتزی حلالیت مطلوبی در اکثر حلال های آلی داشتند. این پلیمرها با تابش نور UV، نشر فلئورسانس داشته و می-توانند برای کاربردهای الکترولومینسانس مناسب باشند. از دی آمین ها و گروهی از پلی آمیدها و پلی ایمیدها برای فعالیت ضد میکروبی در برابر باکتری های گرم مثبت، گرم منفی و قارچ ها استفاده شد و نتایج نشان داد که این ترکیبات اثرات بازدارندگی مطلوبی دارند. مخلوط پلیمری حاوی پلی اکریلونیتریل (PAN)، پلی آمید (PAa1) و پلی ایمید (PIa1) با درصدهای متفاوتی از پلیمرهای سنتزی تهیه و نانو الیاف مربوطه با روش الکتروریسی آماده شد. از این الیاف برای استخراج فلزCr(VI) در غلظت های mg/L 10و 5 ,1 در دمای °C25 و 7=pH استفاده شد و نتایج قابل قبولی مشاهده گردید. در بخش دیگر، دی آمین های جدید حاوی گروه های آویزان متفاوت ایمیدازول و کربازول تهیه شد و پلی آمیدها و پلی ایمیدهای مربوطه از طریق روش های سنتزی رایج تهیه گردید. تست های ضد میکروبی برای گروهی از این پلیمرها انجام و نتایج مطلوبی برای آن ها مشاهده شد. همچنین درصد زغال باقی مانده بین % 56-38 و مقادیر بیشینه نشر بین nm436-410 بود و همه ی آن ها حلالیت مطلوبی را در حلال های رایج آلی در دمای اتاق از خود نشان دادند.

با افزایش نگرانی ها و مشکلات ناشی از نشت مواد نفتی و روغنی که منجر به آلوده سازی منایع آبی و زیست محیطی می شود، جداسازی مخلوط های آب-روغن توجه بسیاری از پژوهشگران و محققان را به خود جلب کرده است. در این میان، مواد و ساختارهای هوشمند با قابلیت خیس شوندگی برگشت پذیر فوق آب گریزی-فوق روغن دوستی یا فوق آب دوستی-فوق روغن گریزی از اهمیت قابل توجهی برای جداسازی مخلوط های آب-روغن برخوردار می باشند. در این پژوهش، یک نانوساختار لیفی مش مانند پلیمری (پلی استایرن) با استفاده از روش الکتروریسی تحت شرایط بهینه و کنترل شده تهیه شد که نه تنها خیس شوندگی هوشمند برگشت پذیر بین حالت خیس شوندگی فوق آب دوستی و فوق آب گریزی تحت محرک های خارجی حلال (اتانل) و گرما را نشان می دهد بلکه این کارایی هوشمند خیس شوندگی در شرایط سخت اسیدی، بازی و نمکی حفظ می شود. این ویژگی ها نشان می دهند که نانوالیاف حاصله توانایی قابل توجهی برای جداسازی مخلوط های آبی آلوده به مواد نفتی از طریق قابلیت فوق آب دوستی-فوق روغن گریزی و همچنین مخلوط های روغنی آلوده به آب از طریق قابلیت فوق روغن دوستی-فوق آب گریزی را دارد. نتایج نشان می دهند که کارایی جداسازی این نانوساختار بیشتر از 90% می باشد. افزون بر این، ریخت شناسی و ویژگی های سطحی نانوساختار به گونه ای طراحی شده است که می تواند علاوه بر جداسازی مخلوط های آب-روغن، آلودگی های آلی محلول در آب را نیز جذب و حذف کند. چنین ویژگی های منحصر به فرد این نانوساختار می تواند ناشی از مهندسی سطح و ریخت-شناسی کنترل شده باشد که مساحت سطح زیاد، درصد تخلخل زیاد با حفره های باز و همچنین زبری سطحی مناسب را فرآهم می کند. از میکروسکوپ الکترونی SEM، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه FT-IR، آنالیز گرما وزن سنجی TGA و اندازه گیری زاویه تماس سطح برای بررسی مشخصات این نانوساختار استفاده شد.

کارایی بالای یک غشای فیلتراسیون جداکننده روغن-آب به طراحی ساختاری ویژه شامل تخلخل سطحی، ریخت شناسی و زبری سطح و همچنین قابلیت خیس شوندگی که خود به مهندسی و شیمی سطح وابسته است، بستگی دارد. در این پژوهش، با بهره گیری از ترکیب کوپلیمر استایرن-آکریلونیتریل (SAN) حاوی گروه های عاملی با قابلیت یونیزاسیون و رویکرد الکتروریسی، غشای نانولیفی متخلخل با قابلیت خیس شوندگی هوشمند برگشت پذیر حساس به محرک pH تهیه شد. نانو غشای SAN رفتار خیس شوندگی فوق آب گریزی-فوق روغن دوستی را نشان می دهد. برای بهبود کارایی خیس شوندگی، غشای SAN در محیط بازی اصلاح شد تا گروه های CN به گروه های با قابلیت یونیزاسیون COOH تبدیل شوند که این ساختار می تواند در محیط های بازی، خنثی و اسیدی رفتار خیس شوندگی متفاوتی نشان دهد. هنگامی که غشای اصلاح شده در محیط بازی یا خنثی قرار می گیرد رفتار خیس شوندگی فوق آب دوستی- فوق روغن گریزی را نشان می دهد. با این حال، هنگامی که غشاء در محیط اسیدی قوی قرار می گیرد رفتار خیس شوندگی فوق آب-گریزی- فوق روغن دوستی را نشان می دهد. این رفتار خیس شوندگی هوشمند در پاسخ به محرک pH می تواند از یونیزاسیون گروه های COOH ناشی شود. در محیط اسیدی قوی گروه های عاملی آب گریز همراه با برهمکنش درون مولکولی بین این گروه ها باعث می شود تا غشاء متحمل در هم تنیدگی زنجیری شده و اندازه تخلخل های ساختاری کاهش یابد. با این حال، در محیط های اسیدی ضعیف، خنثی و بازی غشاء حاوی گروه های آب دوست COO- می باشد. این ویژگی های منحصر بفرد زمینه را برای جداسازی مطلوب مخلوط های آب-روغن فرآهم می کند. برای بررسی بیشتر کارایی جداسازی آب-روغن، غشای حاوی نانوذرات تیتانیوم دی اکسید (TiO2) نیز تهیه شد. نتایج نشان می دهد که این غشاء در حضور نور فوق آب دوست-فوق روغن گریز شده و در گرما رفتار خیس شوندگی متفاوتی را نشان می دهد. بعلاوه، از رویکرد فاز معکوس برای تهیه فیلم های متخلخل SAN استفاده شد. ویژگی های ساختاری غشاها با استفاده از میکروسکوپ SEM، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه و تجزیه گر وزن سنجی حرارتی و همچنین کارایی خیس شوندگی غشاها با اندازه گیری زاویه تماس قطره مایع بر روی سطح بررسی شدند.

امروزه، اندازه گیری، شناسایی و حذف برخی داروها، مولکول های زیستی و آلاینده ها مورد توجه قرار گرفته است. به همین دلیل روش های مختلفی به این منظور استفاده شده اند. یکی از این روش ها استفاده از پلیمر های قالب مولکولی (MIPs) است. در این پایان نامه پلیمرهای قالب مولکولی وینیلی تهیه شد که به طور اختصاصی برای شناسایی و اندازه گیری کراتینین، مورفین و همچنین حذف بیسفنول A مورد استفاده قرار گرفت. ساختار مواد سنتز شده در تمام مراحل با استفاده از تکنیک های FT-IR، TGA، FESEM، EDS، TEM و XRD مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. گزینش پذیری پلیمرهای قالب مولکولی مورفین کراتینین و بیسفنول A در حضور آنالوگ های آن ها مورد بررسی قرار گرفت. همچنین بهترین شرایط جذب، قابلیت واجذبی و همچنین توانایی استفاده از آن ها برای چند بار با استفاده از دستگاه طیف سنجی UV-vis مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی های ایزوترم جذب پلیمرهای قالب مولکولی تهیه شده برای مورفین، کراتینین و بیسفنول A نشان داد که ایزوترم جذب این پلیمرهای قالب مولکولی از معادله لانگمویر پیروی می کند. بررسی های سینتیک جذب پلیمرهای قالب مولکولی نشان داد که سینتیک جذب پلیمرهای قالب مولکولی مربوط به بیسفنول A و کراتینین از معادله شبه درجه دوم و سینتیک جذب پلیمرقالب مولکولی مربوط به مورفین از معادله الویچ پیروی می کند.

تثبیت کاتالیزگرهای همگن به منظور جداسازی آسان کاتالیزگر از محیط واکنش و بازیابی مجدد آن اهمیت زیادی در دانش کاتالیز دارد. بااین حال تثبیت کاتالیزگرهای همگن معمولاً با کاهش فعالیت کاتالیزگری و انتخاب پذیری همراه است. در این مطالعه نانوالیاف هیبریدی آلی – معدنی بر پایه ی پلیمرپلی آکریلونیتریل و کمپلکس شیف باز کبالت سالن با استفاده از دستگاه الکتروریسی به دو روش تهیه شده است. در روش اول مخلوط همگنی از پلیمرپلی آکریلونیتریل و کمپلکس شیف باز کبالت سالن تهیه شده سپس الکتروریسی شده است. در روش دوم با اصلاح سطح نانوالیاف پلی آکریلونیتریل با استفاده از هیدرازین نانوالیاف هیبریدی پلی-آکریلونیتریل و کمپلکس شیف باز کبالت سالن تهیه شده است.نانوالیاف هیبریدی تهیه شده از پلی آکریلونیتریل/ کمپلکس کبالت سالن تهیه شده، به روش های فیزیکی و شیمیایی شناسایی شده و به طور موفقیت آمیزی در اکسایش استایرن در حضور هیدروژن پراکساید به عنوان منبع اکسیژن مورد استفاده قرار گرفته اند. تاثیر عامل های مختلف در واکنش با نرم افزار طراحی آزمایش نسخه ی 0.0.7 مورد بررسی قرار گرفته است.فعالیت کاتالیزی نشان دهنده ی درصد بالای تبدیل استایرن (95%) می باشد. کمپلکس کبالت سالن ناهمگن تا هفت بار بدون از دست دادن قابل توجه ی در فعالیت کاتالیزی آن مورد استفاده مجدد قرار گرفت .