مقاله با موضوع پلیمر، شیمیایی، پلیمرهای

ع جداسازی فلزات توسط بیومس بدون رشد می‌باشد. نتایج متقاعد کننده هستند و ظرفیت‌های جذب بیومس خاص قابل مقایسه با رزینهای تبادل یونی کاتیونی مصنوعی تجاری می‌باشند. بیوجذب اساساً شامل کمپلکس شدن آلودگی با سطح سلول، تبادل یون و ته نشینی کم32 می‌باشد. درک بیوجذب هنگامی که مربوط به شرایط تک فلزی می‌باشد آسان است. اما در شرایط چند یونی ارزیابی جذب پیچیده می‌شود. کارایی بیوجذب به فاکتورهای زیادی از جمله ظرفیت و تمایل بیوجاذبها و شرایط فیزیکی و شیمیایی داخل محلول بستگی دارد[12].
2-7- جاذبهای طبیعی
روشهایی که در آن از جاذبهای طبیعی ارزان و فراوان برای حذف فلزات سنگین از آبها استفاده شده‌اند فراوانند. موادی مانند کتان، ضایعات چوب گردو، پوست بادام زمینی، ضایعات نیشکر و پوست پیاز، خاک قهوه، برگ چای، مواد زائد سیب، الیاف پشم، ساقه و برگ گیاهان و سبوس برنج و دیگر مواد سلولزی، پوست پنبه دانه، پوشال برنج، پوست سویا و پوشال درخت کتان مورد استفاده قرار گرفتند[64]. از فوائد زایدات طبیعی، احیاء آنها به دلیل ارزان بودن و در دسترس بودن آنها معمولاٌ انجام نمی‌شود. به همین دلیل امروزه بیشتر مورد استفاده قرار گرفته اند. پوست سویا و پوست پنبه دانه و پوشال برنج و تفاله‌های نیشکر از ترکیباتی هستند که بسیار مناسب برای حذف یونهای فلزی از محلولهای آبی می‌باشند[65]. پوست سویا و پنبه دانه ظرفیت جذب بالایی 7/99 تا 6/95 درصد برای 50 میلی لیتر از یونهای فلزی با غلظت 50ppm نظیر کروم، کبالت، مس، نیکل، روی دارند[77]. از پوست درخت کاج که قبلاً در محلول فرمالدهید تماس داده شده است، برای حذف کاتیونهای Zn2+، Cu2+، Pb2+ استفاده شده است. در شرایط مطلوب این جاذب قادر است Pb2+ را 95%-85%، Cu2+ را به 85%-55% و Zn2+ را 51%-57% حذف کند[66].
از کربن فعال تهیه شده با پوست بادام زمینی جهت حذف Cd(II) از فاضلابهای صنعتی استفاده شده است و همچنین گزارش شده است که کربن فعال تهیه شده از پوست بادام زمینی ظرفیت جذب آن 31 بار بیشتر از کربن فعال تجاری می‌باشد[67].
از پوست درخت صنوبر نیز برای حذف یونهای کروم، کادمیوم، سرب استفاده شده و بسیار موفقیت آمیز بوده است و همچنین استفاده از برگ درختان و برگ چای برای حذف یونهای فلزات سنگین بجای استفاده از مواد شیمیایی پیشنهاد شده است. یک گرم از این جاذب قادر است 100 میلی لیتر محلول حاوی 50 ppm از یونهای برای سرب 96% و نیکل 7/61% و یون روی 3/71% را حذف کند[68].
اخیراً گیاهان به دلیل توانایی در حذف آلودگی‌ها در محیط مورد مطالعه بسیار موثر گزارش شده‌اند. آنها با اثرات سمی تجمع‌های آلوده، نابود نمی‌شوند. عدم تحرک مواد حیاتی به عنوان یک روش خوب برای انباشتگی یونهای فلزی از آلودگی‌های آبی از مزایای استفاده از گیاهان است.
یکی از گیاهان زنده برای حذف نیکل به کار گرفته شده است، یونجه می‌باشد. این گیاه را در آبهای آلوده به فلزات سنگین کشت می‌دهند. گیاه یونجه پتانسیل خوبی در بین مواد طبیعی حیاتی از خود نشان می‌دهد[69]. حذف یون مس با استفاده از شن مورد بررسی قرار گرفته است و 10 گرم شن قادر به حذف 20 میلی لیتر مس با غلظت 25 ppm بین 97-70% بوده است[70]. خاک اره درخت سپیدار و صنوبر به عنوان جاذب با هزینه پایین برای حذف مس و کادمیوم مورد استفاده قرار گرفته اند[71].
2-8 – معادلات ایزوترم جذب
انواع متعددی ایزوترم به منظور استفاده از مدل سازی تعادل جذب، توسعه یافته‌اند. از معروف‌ترین معادلات مهم که در تشریح تعادل بین سطوح ماده جاذب و ماده جذب شونده وجود دارد، می‌توان معادلات لانگمیر و فرندلیچ را نام برد.
2-8-1- معادله ایزوترم لانگمیر
فرضیات معادله لانگمیر عبارت است از :
1. سطح محدودی از ماده برای جذب سطحی در دسترس می‌باشد.
2. ماده محلول جذب شده روی سطح جاذب فقط دارای ضخامت یک ملکول می‌باشد.
3. فرآیند جذب قابل برگشت بوده و به یک شرایط تعادلی می‌رسد. این روش درسال 1915 توسط آقای لانگمیر توسعه یافت. این معادله یک مدل نسبتاً مستقیمی می‌باشد و فرض بر این است که سطوح جاذب کاملاً یکنواخت می‌باشد، بطوری که سایتهای جاذب قادر به پیوند با حداکثر ملکول ماده جذب شونده می‌باشد و واکنش بین مولکولهای ماده جذب شونده وجود ندارد. مدل جذب لانگمیر به صورت زیر است[72]:
qc: جرم ماده جذب شده نسبت به جرم ماده جاذب (mg/g)
Q: حداکثر ظرفیت جذب بر روی ماده جاذب (mg/g)
KL: ثابت آزمایشگاهی
Ce: غلظت تعادل در جریان مواد زائد(mg/l)
2-8-2- معادله ایزوترم فرندلیچ
معادله فرندلیچ یک معادله تجربی است که از مدل لگاریتمی مشتق شده و در اغلب موارد روابط جذب سطحی در یک محدوده غلظت محلول را تعیین خواهد کرد. مدل جذب فرندلیچ به صورت زیر بیان می‌شود[73]:
qc = KF Ce1/n
qc: جرم ماده جذب شده نسبت به جرم ماده جاذب (mg/g)
KF: ظرفیت جذب در یک غلظت واحد (L / mg)(mg /g)
Ce: غلظت تعادل در مواد زائد (mg/l)
1/n: شدت جذب
اگر اطلاعات فوق را روی یک کاغذ لگاریتمی که محور افقی آن غلظت تعادلی Ce و محور عمودی جرم ماده جذب شده به جرم جاذب (qc) باشد ترسیم کنیم خط مستقیمی به دست می‌آید که شیب این خط برابر 1/n بوده و با قرار دادن در معادله KF به دست می‌آید فرم خطی معادله فرندلیچ به صورت زیر نوشته می‌شود:
log qc = log KF + (1/n) log Ce
در مورد مواد شیمیایی که به خوبی جذب می‌شوند 1/n بین صفر تا یک می‌باشد. در مورد موادی که به خوبی جذب نمی‌شوند 1/n بزرگتر از یک می‌باشد و در حالت کلی مقدار n وqc هرچه بزرگتر باشد استفاده از فرآیند جذب سطحی از نظر اقتصادی به صرفه‌تر می‌باشد[74].
امروزه از جاذب‌های متعددی چون کربن فعال، بنتونیت، رس، آنتراسیت و غیره جهت جداسازی فلزات سنگین بکار برده می‌شوند. یک دسته از جاذب های جدیدی که امروزه استفاده از آنها گسترش پیدا کرده است، جاذب‌های پلیمری هستند.
2-9- پلیمرهای هادی
در سه دهه اخیر موادی که می‌توانند با تغییر شرایط فیزیکی و شیمیایی به طور برگشت‌پذیر، ساختارشان تغییر یافته، مورد توجه قرار گرفته‌اند که اصطلاحاً به مواد هوشمند معروفند. پلیمرهای رسانا به عنوان دسته‌ای از این مواد طبقه‌بندی شده‌اند. مهمترین پلیمرهای رسانا، پلی‌پیرول، پلی‌آنیلین و پلی‌تیوفن را می‌توان نام برد[75].
از زمان پیدایش پلیمرها، این مواد به عنوان یک عایق استفاده می‌شدند، بطوریکه کاربرد پلاستیکها به عنوان یک رسانا قابل پیش‌بینی نبود. کشف نحوه هادی ساختن پلی استیلن به عنوان اولین پلیمر هادی در سال 1970 توسط یک دانشجو کارشناسی ارشد در آزمایشگاه هیروکی شیراکاوا به طور اتفاقی در انستیتو تحقیقاتی توکیو اتفاق افتاد[76].
خواص فیزیکی و شیمیایی آنها ممکن است محدود کننده فعالیت آنها باشند. یکی از این محدودیتها عدم حلالیت پلیمرهای هادی در حلالهای معمولی و همچنین عدم ذوب این پلیمرها است. مثلاً پلی‌پیرول قبل از ذوب شدن تجزیه می‌شود که این امر امکان قالب‌گیری آنها مانند پلیمرهای معمولی را از بین می‌برد و همچنین بسیاری از آنها در معرض رطوبت و هوای محیط تخریب می‌شود ولی توانستند با متصل ساختن گروههای شیمیایی دیگر به استخوان بندی کربن که خواص مولکول را تغییر می‌دهد، بر این مشکل فایق آیند[77].
با وجود تمامی مشکلات، باطریهای آلی که در آنها پلیمر جانشین فلز گردیده است، اکنون به بازار راه یافته‌اند و افق روشنی را در این صنعت نمایان کرده‌اند. امروزه هیچ چیز نمی‌تواند مانع ورود ترانزیستورهای آلی به بازار الکترونیک و یا ساخت عصبهای مصنوعی در پزشکی گردد[78].
با انجام تغییراتی در پلیمرها می‌توان آنها را هادی ساخت. این مواد خواص الکتریکی فلزات را همراه با ویژگیهای قابل توجه پلیمر با هم دارند. برای هادی شدن پلیمرها با فرایند دوپه کردن مواد شیمیایی را وارد پلیمر می‌کنند[79].
یکی از روشهای رسانا ساختن پلیمرها امتزاج آنها با مواد رسانای الکتریسیته است. با توسعه و تولید بیشتر این نوع پلیمرها در سالهای اخیر استفاده از آنها در زمینه‌های گوناگون نیز افزایش یافته است. برای مثال در دستگاههای استفاده از انرژی خورشیدی، تابلوهای برق، دستگاههای مصرف انرژی و قسمتهای الکتریکی اتومبیل‌ها از این پلیمرها استفاده می‌شود. موادی که جهت امتزاج با مواد پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد عبارتند از: دوده رسانا، پودر رسانا، پودر فلزات یا الیاف فلزات. میزان رسانندگی الکتریکی پلیمرهایی که از طریق امتزاج با مواد پیش گفته رسانا شده‌اند حد و مرزی دارد که بیش از آن امکان‌پذیر نیست. علاوه بر این مصرف بیش از حد این مواد در پلیمر باعث تخریب و تغییرات بسیار زیاد خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمر می‌گردد. از این رو جهت رفع این گونه نواقص، خواص رسانش الکتریکی را می‌توان به طور مستقیم در خود پلیمرها به وجود آورد[80].
کلیه پلمرهای هادی دارای پیوند دوگانه و یا به عبارتی دارای آرایش مزدوج می‌باشند. این پلیمرها ضمن تشابه با یکدیگر از خواص کاملاً متفاوتی برخوردار می‌باشند. در این پلیمرها، میزان رسانایی، انحلال پذیری، سهولت غالب‌گیری و فرایند نفوذپذیری به نوع مونومر و روش سنتز آن بستگی دارد[81].
از مهمترین پلیمرهای هادی می‌توان به پلی‌استلین (PA)، پلی‌پارافنیلن (PPP)، پلی‌پیرول (PPy) پلی‌آنیلین (PAn)، پلی‌تیوفن (PT)، پلی‌فنیلن سولفاید (PPs) و پلی‌فنیلن وینیلن (PPv) را بیان کرد. در شکل (2-1) ساختار شیمیایی این پلیمرها ارائه شده است.
پلی‌پیرول
پلی‌آنیلین
پلی‌تیوفن
پلی‌فنیل سولفید
پلی‌استیلن:
سیس
ترانس
شکل (2-1): ساختار شیمیایی مهمترین پلیمرهای هادی
پلی‌آنیلین، پلی‌پیرول، پلی‌تیوفن و پلی پارافنیلن بخاطر مجموعه خصوصیاتشان به مقدار زیادی مورد توجه قرار گرفته‌اند. اما پلی‌استیلن هنوز الگوی پلیمرهای هادی محسوب می‌شود. همچنین نشان داده شده است که بیشترین هدایت الکتریکی مربوط به این پلیمر می‌باشد[82].
2-9-1- دوپه کردن پلیمرهای رسانا
یکی از ویژگیهای بی‌نظیر پلیمرهای رسانا در مقایسه با نیم رساناهای تجاری و فلزات این است که با عمل دوپه کردن توسط معرفهای اکسنده یا کاهنده، رسانش این مواد را می‌توان از محدوده عایق تا فلز کنترل کرد. دوپه کردن عموماً به دلیل دارا بودن شکل شناسی رشته‌ای می‌تواند عملی پیچیده و مبهم باشد. بنابراین درک عمل دوپه کردن نیاز به شناخت بسیار دقیق پلیمر دارد، یعنی درباره اینکه دوپه کننده به درون الیاف و رشته‌های ناشی از یک واکنش شیمیایی با درون یا سطح زنجیرهاست یا یک جذب سطحی در سطح پلیمر، باید اطمینان‌حاصل کرد. امروزه عمل دوپه کردن برای بسیاری از سیستم‌های پلیمری بکار گرفته شده است[83].
به طور کلی پلیمرهایی که سیستم ? مزدوج دارند می‌توانند به طور برگشت‌پذیر در دمای اطاق دوپه شوند. اصطلاح دوپه کردن مترادف واکنش اکسایش یا کاهش می‌باشد. دوپه کردن به دو صورت انجام می‌گیرد که عبارتند از برداشتن الکترون از نواروالانس (دوپه کردن نوع مثبت) و یا افزودن الکترون به نوار هدایت (دوپه کردن منفی) که به ترتیب دوپه کردن نوع P و دوپه کردن نوع N نامیده می‌شوند. دوپه کردن پلیمر سبب می‌شود که:
الف- انتقال بار صورت گیرد.
ب- یک بار مخالف به درون شبکه پلیمر نفوذ کند.
ج- بتوان بطور همزمان با عمل دوپه کردن پتانسیل شیمیایی را کنترل کرد.
دو خاصیت ساختاری مهم در پلیمر وجود دارد که عمل دوپه کردن پلیمر را آسان می‌سازد:
1- فضای شکل شناختی زیاد و نیروهای بین زنجیره ضعیف، نفوذ یون دوپه کننده را به میان زنجیره‌های پلیمر ممکن می‌سازد.
2- به دلیل قوی بودن پیوندهای درون

مطلب مشابه :  دانلود پایان نامه دربارهاخلاق کار، اندرزنامه، فلسفه اخلاق

Author: y7oozita

دیدگاهتان را بنویسید