محمد یاسر معصومی

این تحقیق بر روی توسعه و کاربرد یک نوع جدید از مواد متخلخل به نام شبه چارچوب فلز-آلی UiO-66 تمرکزدارد. این مواد با داشتن سایت‌های فلزی باز، توانایی بالایی در جذب آلاینده‌های آلی از جمله رنگ آلی زرد آلیزارین جی جی دارند. سنتز شبه چارچوب فلز-آلی از طریق حذف جزئی لیگاندهای یک چارچوب فلزی-آلی شناخته شده به نام UiO-66، مشخصه‌یابی ساختار و خواص شبه چارچوب فلز-آلی با استفاده از تکنیک‌های مختلف مانند طیف‌سنجی مادون قرمز، میکروسکوپ الکترونی روبشی میدان یونی، آنالیز سطح BET، پراش اشعه ایکس و آنالیز عنصری، بهینه‌سازی شرایط جذب زرد آلیزارین جی جی توسط شبه چارچوب فلز-آلی با استفاده از روش طراحی باکس-بنکن، بررسی مدل‌های همدما و سینتیک جذب برای توصیف رفتار جذب و مطالعه ترمودینامیکی فرآیند جذب مراحل این تحقیق است. سنتز موفق شبه چارچوب فلز-آلی با ساختار دارای منافذ سلسله مراتبی و سایت‌های فلزی باز، ظرفیت جذب بسیار بالای شبه چارچوب فلز-آلی برای زرد آلیزارین جی جی، توصیف رفتار جذب با استفاده از مدل‌های همدمای لانگمویر-فروندلیچ و سینتیک شبه درجه دوم و ماهیت گرمازای فرآیند جذب از نتایج این تحقیق می باشد. از نوآری های این تحقیق می توان به توسعه یک شبه چارچوب فلزی-آلی جدید با کارایی بالا در حذف آلاینده‌های آلی، استفاده از روش حذف حرارتی لیگاند برای ایجاد نقص‌های ساختاری در چارچوب فلزی-آلی، بهبود قابل توجه ظرفیت جذب آلاینده با ایجاد سایت‌های فلزی باز اشاره کرد. در این پژوهش، شبه چارچوب فلز-آلی Q-UiO-66 به منظور افزایش کارایی جذب یون سرب ((II، با گروه‌های عاملی آمینو اصلاح شد. چارچوب Q-UiO-66 از طریق حذف جزئی لیگاندهای UiO-66 در دمای 350 درجه سانتی‌گراد سنتز گردید. سایت‌های زیرکونیوم خالی ایجاد شده در ساختار Q-UiO-66 امکان اتصال موثر گروه‌های آمینو را فراهم نموده و منجر به سنتز چارچوب Q-UiO-66-NH2 گردید. کارایی جذب فلز سرب توسط چارچوب‌ سنتز شده مورد بررسی قرار گرفت. تکنیک‌های مختلف مشخصه‌یابی از جمله XPS، SEM، EDS، XRS و FT-IR، تایید کننده سنتز موفقیت‌آمیز Q-UiO-66-NH2 بودند. تاثیر عوامل مختلف از جمله نوع جاذب، pH، مقدار جاذب و غلظت اولیه آلاینده‌ها بر روی فرآیند جذب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که چارچوب Q-UiO-66-NH2 کارایی بالایی در حذف سرب داشته و ظرفیت جذب حداکثری به ترتیب 3/1592میلی‌گرم بر گرم می‌باشد. مدل شبه مرتبه دوم و مدل لانگمویر به خوبی رفتار سینتیکی و همدمای جذب را توصیف نمودند. آنالیز ترمودینامیکی نشان داد که فرآیند جذب گرماده و خود به خودی است. در نهایت، چارچوب Q-UiO-66-NH2 به عنوان یک جاذب کارآمد برای حذف سرب از پساب معرفی گردید. در این پژوهش، با هدف ارتقا کارایی جذب این آلاینده‌ها، شبه چارچوب فلزی-آلی Q-UiO-66 با گروه‌های عاملی آمینو اصلاح شد. سنتز Q-UiO-66-NH2 از طریق حذف جزئی لیگاندهای UiO-66 در دمای 350 درجه سانتی‌گراد در محیط هوا انجام شد. این فرآیند منجر به ایجاد سایت‌های زیرکونیوم خالی در ساختار Q-UiO-66 گردید که بستری مناسب برای اتصال موثر گروه‌های آمینو فراهم نمود. کارایی جذب Cr(VI) توسط Q-UiO-66-NH2 سنتز شده به طور جامع مورد بررسی قرار گرفت. تکنیک‌های مختلف مشخصه‌یابی از جمله طیف‌سنجی فوتو الکترون اشعه ایکس (XPS)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف‌سنجی پراکندگی اشعه ایکس (EDS)، طیف‌سنجی اشعه ایکس پراکنده (XRS) و طیف‌سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه (FT-IR) موفقیت‌آمیز بودن سنتز Q-UiO-66-NH2 را تأیید نمودند. تاثیر عوامل مختلف بر فرآیند جذب، شامل نوع جاذب، pH، مقدار جاذب و غلظت اولیه آلاینده‌، با استفاده از طرح‌های آماری به طور دقیق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که Q-UiO-66-NH2 کارایی قابل توجهی در حذف و Cr(VI) از محلول آبی دارد و ظرفیت جذب حداکثری آن به ترتیب 6/2005 و میلی‌گرم بر گرم است. مدل‌های سینتیکی و همدما جذب به ترتیب با مدل شبه مرتبه دوم و مدل لانگمویر به خوبی انطباق داشتند. آنالیز ترمودینامیکی نشان داد که فرآیند جذب گرماگیر و خود به خودی است، و نشان‌دهنده تمایل ذاتی آن به حذف Cr(VI) از پساب است. در مجموع، Q-UiO-66-NH2 به عنوان یک جاذب کارآمد و امیدوار کننده برای تصفیه فاضلاب آلوده به یون فلزی سرب معرفی می‌شود. این جاذب پتانسیل قابل توجهی برای کاربرد در سیستم‌های تصفیه آب و کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی ناشی از یون های فلزی سنگین دارد. در این پژوهش، یک فرم اصلاح شده از چارچوب فلزی-آلی UiO-66 با نام Q-UiO-66-SH از طریق اصلاح پس از سنتز برای دستیابی به جذب انتخابی جیوه (II) از محلول سنتز شد. این کار با حذف جزئی کنترل شده لیگاندهای UiO-66 در دمای 350 درجه سانتی‌گراد انجام شد. فرآیند حذف لیگاند منجر به تشکیل شبه چارچوب فلز-آلی Q-UiO-66 شد که افزایش قابل توجهی در سایت‌های زیرکونیوم اشباع نشده را نشان داد. این سایت‌های اشباع نشده قادر به هماهنگی با سیستامین بودند که منجر به تشکیل Q-UiO-66-SH شد. مهم‌تر از آن، این اصلاح پس از سنتز پایداری ساختاری و حرارتی چارچوب اولیه UiO-66 را به خطر نینداخت. عوامل موثر شامل نوع جاذب، سطح pH، مقدار جاذب و غلظت اولیه جیوه (II) و یون‌های همزیست به طور گسترده مورد بررسی و روشن‌سازی قرار گرفتند. حداکثر ظرفیت جذب در حضور Q-UiO-66 عامل دار ‌شده با تیول در pH 8.0 برابر با7/666 میلی‌گرم بر گرم با ضریب توزیع قابل توجه 106 ×7/6 میلی‌لیتر بر گرم محاسبه شد. مدل‌های سینتیکی و همدما جذب توافق خوبی با سینتیک شبه مرتبه دوم و مدل لانگمویر نشان دادند که نشان‌دهنده جذب شیمیایی تک لایه است. از دیدگاه ترمودینامیکی، مشخص شد که حذف جیوه (II) منجر به یک واکنش گرماگیر با افزایش بی‌نظمی به عنوان یک فرآیند خود به خودی می‌شود. علاوه بر این، Q-UiO-66-SH دارای راندمان حذف بالا و انتخاب‌پذیری برای جیوه در محدوده وسیعی از غلظت‌ها و pH در محلول با توانایی حذف جیوه از نمونه‌های مدل و واقعی به دلیل پایداری حرارتی و شیمیایی آن در محیط آبی است. بنابراین، جاذب Q-UiO-66-SH پتانسیل بسیار زیادی به عنوان یک جاذب موثر و امیدوارکننده برای حذف جیوه (II) در آب نشان می‌دهد.