مقایسه آلوم و PAC در تصفیه آب

لطفا به این لینک بروید

روشهای گندزدایی آب آشامیدنی

بسم الله الرحمن الرحیم

روشهای گندزدایی آب آشامیدنی

(حذف آلاینده های میکروبی)

این مقاله، ترجمه مطلبی است باعنوان :

WATER TREATMENT DEVICES - FOR DISINFECTION OF DRINKING WATER
برگرفته ازسایت: Water Talk سازمان بهداشت کانادا



مقدمه :

رشدآگاهیهای عمومی از قابلیت آلودگی آبهای زیرزمینی وسطحی ونیز افزایش تمایل به انجام فعالیتهای تفریحی درمحیطهای باز،در مناطقی که تحت پوشش آب شرب سالم وبهداشتی قرارندارندمنجربه افزایش بهره گیری ازسیستم های ضدعفونی کننده آب گردیده است. بطور کلی چشمه ها وچاهها،دریاچه ها،رودخانه ها ودیگر منابع آب سطحی ،بعنوان منابع منحصربه فردآب برای گروههایی ازمردم بویژه روستائیان،چادر نشینان،مسافران وگردشگران مورداستفاده قرارمی گیرند. برخلاف سیستم های آب شهری، این منابع ممکن است تحت پوشش آزمایشات روتین وروزمره برای تشخیص آلودگیهای میکروبی قرارنگیرند ویا حتی روشهای مناسب گند زدائی آب در خصوص این منابع به اجراء درنیاید.

چاههاوچشمه های شخصی درصورتیکه درمحل ویا شرایط نامناسب ایجاد شده باشند ویا مورد نفوذ آبهای سطحی آلوده قرار گیرند می توانند به راحتی آلوده گردند. در حقیقت سفره های آب زیرزمینی (در اثر عبورازلایه های زیرین خاک از جمله خلل وفرج سنگها یا ماسه ها ) حتی به تنهایی می توانند منشاء آلودگی باشند.آبهای سطحی وآبهای زیرزمینی حفاظت نشده همواره در معرض آلودگی مدفوعی از سوی انسانها ، احشام ، حیوانات وحشی وخانگی هستند.

آب برداشت شده از دریاچه ها ، رودخانه ها ، رودها وتالاب ها ممکن است تمیز وزلال بنظر برسد وطعم وبوی نامطلوب نداشته باشد، امامتاسفانه در هر صورت عوامل بیماریزایی درآب یافت می شوند که نه تنها مضر هستند بلکه قابل رویت با چشم غیر مسلح نیزنمی باشند ،ضمن اینکه ممکن است بدون طعم وبونیز باشند. این باکتریها ،ویروسها وتک یاخته ایها ممکن است موجب ایجادحالت تهوع یا تب ویا منجر به بیماریهای خطرناکتر از جمله اسهال شدید، هپاتیت ویا تب تیفوئید (حصبه) گردند. این گونه آبها همواره باید قبل از مصرف برای شرب یا طبخ غذا ضد عفونی شوند.



گند زدائی آب :

بسته به منابع آب،شرایط استفاده واهمیت ومیزان آلاینده های میکروبی، ممکن است گند زدائی بصورت مقطعی ودربازه های کوتاه زمانی ویابصورت پیوسته ومداوم انجام پذیرد.برای گندزدایی مقطعی ویا درشرایط اضطراری وکوتاه مدت ، چندین روش ساده وجود دارد که البته به سیستم های پیچیده وخاصی نیاز ندارد :

1–جوشاندن آب برای مدت یک دقیقه ارگانیزمهای بیماریزا را نابود وآب را ضد عفونی می نماید.

2-مواد سفید کننده خانگی بدون بو که محتوی 4تا5 درصد هیپوکلریت سدیم باشند در صورتیکه حداقل دو قطره از آن را به هر لیتر آب اضافه نموده وزمان تاثیر به مدت30 دقیقه برای آن در نظر بگیریم می تواند آب را ضد عفونی نماید.

3-قرصهای ضدعفونی کننده آب که مستقیماً کلریا یُد را به آب می افزایند وبویژه برای مسافران مفید می باشند مشروط به اینکه طبق دستورالعمل شرکت سازنده مورد استفاده قرار گیرند.

کیستهای تک یاخته ایها غالباً در آبهای سطحی یافت می شوند، ازآنجائیکه کیستها مقاوم تر از از باکتریها وویروسها هستند یُد وکلر نمی تواند برای غیرفعال کردن آنها اطمینان بخش باشد.در مواردی که آب باید بصورت مستمرگندزدائی شود- بخاطر کیفیت غیر قابل قبول منبع ، احتمال آلودگیهای پراکنده ویا حضور کیستها- استفاده از یک سیستم تصفیه آب مرکب از فیلتراسیون وگند زدائی بجای گند زدائی مختصر وکوتاه مدت توصیه می شود.



سیستم های تصفیه آب:

سیستم های تصفیه آب براساس نوع عملکردشان به دو گروه عمده تقسیم می شوند،هرکدام از این گروهها مشتمل برچندین نوع ازسیستمهایی می باشند که هریک مرتبط با موضوع خاصی از کیفیت آب می باشند. سیستم های تصفیه آبی که در خصوص گند زدائی آب کاربرد دارند در این مبحث مطرح می شوند.سیستمهایی که طعم ،بووظاهرآب رابهبود می بخشندویامواد شیمیایی نامطلوب راحذف می نمایند درمجموعه مطالبی از همین دست توسط سازمان بهداشت کانادا معرفی گردیده است. (جهت مطالعه مبحث مذکور به ترجمه مقاله ای تحت عنوان سیستم های تصفیه آب برای حذف طعم ،بو ومواد شیمیائی در بخش متون علمی همین وبلاگ مراجعه شود.)

سیستم های گندزدائی درنقطه مصرف (point of use) قابل اجرا برروی شبکه های لوله کشی شده ویا شیرهای نصب شده می باشند ومعمولاً برای تصفیه آب برداشت شده از یک شیرتکی یا چندتایی صرفاً برای آشامیدن وطبخ غذا مورد استفاده قرارمی گیرند. سیستم های گند زدائی در محل ورود آب ( point of entry) برروی منبع یا خط اصلی آب نصب شده وکل آب ورودی به خانه را ضد عفونی می نمایند.

سیستم های تزریق کلر،یُد وتابش پرتو فرا بنفش (UV) بیشتردرمواردیکه گند زدائی تمام آب برای مصرف کنندگان ضرورت داشته باشد کاربرد دارند( گند زدائی آب شبکه شهر). کلرویُد عمده ارگانیزمهای بیماریزا را نابود می کنند ضمن اینکه نیاز به زمان تماس کوتاه تا متوسط برای تاثیر عملکرد آنها می باشد.

در حقیقت استفاده ازکلردرسیستم های تصفیه آب شهری عملاً بیماریهای واگیر منتقله توسط آب از قبیل تیفوئید ووبا را حذف نموده است. به هر حال تصفیه با کلرویُد به تنهایی ممکن است ایمنی کافی در مقابل تک سلولیهایی ازقبیل ژیاردیا لامبلیا وکریپتوسپوریدیوم ایجادننماید.(درصورت تمایل به مطالعه مطلبی دراین زمینه به ترجمه مقاله ای تحت عنوان میکروارگانیزمهای ژیاردیاوکریپتوسپوریدیوم درآب آشامیدنی در بخش مقالات وب سایت شرکت آب منطقه ای یزدwww.yazdwater.ir مراجعه شود.)

اگردرآب موردمصرف وجود تک سلولیهای مذکور فطعی ویا موردتردیدمی باشد توصیه می شود که برای حذف این ارگانیزمها، ابتدا آب از یک فیلتر با منافذ 0/1میکرون یاریزتر عبورداده شودوسپس تصفیه شیمیائی برروی آن برای نابود کردن باکتریها وویروسها توسط کلریا یُد صورت پذیرد.

گندزدائی آب شرب با استفاده از یُد صرفاً بعنوان یک روش خاص برای کاربردهای اضطراری ومقطعی پیشنهاد می گردد( بعنوان نمونه در یک کلبه روستائی در تعطیلات آخر هفته ویا تفریحات خارج از خانه). از یُد برای گند زدائی مداوم ودرازمدت نبایداستفاده گردد زیرا این ماده ازلحاظ فیزیولوژیکی بسیارفعال بوده وممکن است مصرف مقادیرزیاده ازحدآن ایجاد ضرروزیان نماید.

سیستم های تابش UV علاوه براینکه برویروسها،باکتریهاوتک یاخته ایهاموثرند هیچ ماده شیمیایی رابه آب اضافه نمی کنندوهیچگونه طعم وبویی نیزدرآب ایجاد نمی نمایند.علاوه براین کافیست که آب فقط چند ثانیه درمعرض تابش UV قرارگیرد مشروط به اینکه آب موردنظرصاف وزلال (شفاف) باشد.

درهرصورت سیستم های UV به خاطر نداشتن با قیمانده ای از عامل گندزدا درآ ب ، ایمنی وسلامت آب را بعد از مرحله گندزدائی تضمین نمی نمایند، از اینروتوصیه می شود درمواردیکه سیستم آبرسانی برای مدتی بلا استفاده مانده است قبل ازبهره برداری مجدد،آب باقیمانده درشبکه تخلیه گردد.سیستم هایی از تابش UV نیزقابل دسترسی هستند که می توانندآب را در محل مصرف گند زدائی کنند. به هرحال در اینگونه موارد یک مرحله فیلتراسیون (پیش صافی ) برای کاهش کدورت مورد استفاده قرار می گیرد تا عملکرد وتاثیر گذاری تابش UV را بهبود بخشد.

فیلترهایی باالیاف شیشه یا سرامیک برای تصفیه مقادیر کم آب بکار می روند ومعمولاًدر مواردیکه لازم است آب برای نوشیدن یا طبخ غذا تصفیه شود ویا برای تهیه آب شرب درتفریحاتی نظیراردوها ، قایقرانی وپیاده روی، کاربردمناسبی دارند.این فیلترهامی توانند باکتریها وتک یاخته ایها را ازآبهایی که به میزان متوسطی آلوده هستند حذف نمایند. درعین حال این سیستم ها برای حذف ویروسها یا تصفیه آبهایی با مقادیر بالای آلودگی مناسب نیستند. ازاینرودرموردتصفیه آبهای سطحی توصیه می شود که این فیلتر ها همراه با سیستم های گند زدائی بصورت پیوسته مورد استفاده قرار گیرند.

لازم به ذکراست سیستم های پرتابل(قابل حمل)مرکب ازفیلترهایی ازالیاف شیشه یاسرامیک ورزینهای آزاد کننده یُد نیزبرای گندزدائی آب توسط چادرنشینان ویا استفاده مسافرین درکشورهایی که کیفیت بهداشتی آب مورد تردید می باشدقابل دسترسی می باشند. برخی ازاین سیستم هادارای یک فیلتر کربن فعال برای حذف یُد اضافی از آب می باشند.

سیستمهای تقطیر کننده وتزریق کننده های ازن ازجمله سیستم های گند زدائی درنقطه مصرف می باشند که درمناطقی که انرژی الکتریکی وفضای کافی برای نصب تجهیزات مربوطه وجودداشته باشدمناسب می باشند. تقطیرعموماًبرای کاهش میزان تمام ترکیبات شیمیائی موجوددرآب شرب مورد استفاده قرارمی گیرد. سیستم های تقطیربرای حذف ترکیبات شیمیائی معدنی شامل فلزات سنگین وبرخی از مواد آلی کاملاً موثرندلیکن برای حذف تعدادی از ترکیبات شیمیایی فرارازقبیل تری هالومتانها وکلرواتیلن ها اغلب این سیستمها بایک فیلتر کربن فعال ترکیب می گردند. فرایندجوشاندن همچنین هرگونه میکروارگانیزم موجود درآب (شامل ویروسها ، باکتریها وتک یاخته ایها)رانابود می سازد. هنوزاطلاعات و شناخت کافی نسبت به مفید یا مضر بودن استفاده از آبهای عاری از مواد معدنی(آب مقطر) در ارتباط با سلامتی انسان وجود ندارد.

سیستم های تزریق ازن باتولیدمقدارکمی ازن- به عنوان یک عامل اکسید کننده قوی- درمدت زمان کوتاهی عوامل بیماریزارانابودمی سازند. فرایند ازوناسیون هیچ گونه طعم یابویی رادرآب ایجاد نمی نماید. ضمناًتاثیر فرایند گندزدایی به اختلاط مطلوب ازن باآب ارتباط مستقیم دارد.

برخلاف کلرویُد،ازن نیزهمانند UV آب رابعدازنقطه تزریق ازنظر آلودگی محافظت نمی کند(بعلت عدم ایجاد باقیمانده درآب).برای دستیابی به آب تصفیه شده باکیفیت به مراتب بهتر،غالبا سیستم های ازوناسیون با یک فیلتر کربن فعال ترکیب می گردند.



نتیجه گیری:

دربرنامه هایی نظیراردوها،قایقرانی یاگردش وپیاده روی،شما بایدفرض کنید که تمامی آبها دارای ارگانیزمهای بیماریزاهستند ولذاباید آبراقبل ازاستفاده برای شرب حتماً ضد عفونی نمایید.همچنین باید مراقبت کافی برای اجتناب ازخوردن آب تصفیه نشده درخلال فعالیتهایی ازقبیل مسواک زدن وغیره صورت پذیرد.

آب چشمه ها باید بصورت روتین ومستمربرای تعیین میزان آلاینده های میکروبی مورد آنالیز قرارگیرد.مطابق با آخرین استانداردهای موجود هیچ آبی برای شرب نبایدمحتوی بیش از10 عدد باکتری کلیفرم در100 میلی لیترازآن باشد. ضمن اینکه هیچ باکتری کلیفرمی ازنوع اشرشیا کلیفرم یادیگر کلیفرمهای مدفوعی نباید مشاهده گردد.درصورتیکه آب چشمه ای بااستانداردهای مذکورمطابقت نداشته باشدبایدبااستفاده ازمتدهای معرفی شده تحت عملیات گندزدایی قرارگیرد.

نظربه اینکه سیستم های گندزداغالبا برای کارایی وتاثیر حداکثری نیازبه آب زلال وشفاف دارندلذاضروریست که همواره دوسیستم خاص یکی برای حذف ترکیبات گوناگون آلی ومعدنی یاکاهش کدورت آب ودیگری برای کاهش آلاینده های میکروبی بایکدیگرترکیب شوند.

درنهایت بهترین شیوه برای حصول اطمینان ازگندزدایی کامل آب مورد مصرف،استفاده ازیک فرایند چندقسمتی مرکب ازجمع آوری آب ازتمیزترین منبع ممکن،فیلتراسیون وگندزدایی می باشد.


منبع: http://www.abnema.blogfa.com

فتوکاتالیست چیست؟

فتو کاتلیست چیست؟ فتو کاتالیست ها مواد پاک کننده محیطی هستند ،هنگامی که نورخورشید و یا فلورسانس به آنها برخورد می کند  ازروی سطوح آلودگی ها را بر می دارند و می توانند ترکیبات آلی مثل باسیل ها و بو ها را از بین ببرند.  فرایند فتو کاتالیستی از اصول زیر پیروی می کنند.

اصول فرایندفتو کاتالیستی:

1.در معرض اشعه ماورای بنفش UV  در زمانی که نور اشعه UV به فتو کاتالیست بر خورد می کند ، الکترون به سطح بالا می آید.در این زمان حفره ای که الکترون از آن بیرون جهیده بود حفره مثبت نامیده می شود .                2.ظهور رادیکال های OHحفره مثبت دارای قدرت اکسیداسیون بالایی است و الکترون را از-OH (یون هیدروکسید )در آب می گیرد.در این زمان- OH،که الکترونش گرفته شده تبدیل به OH رادیکالی می شود که تا حد زیادی ناپایدار است. 3.تخریب ترکیبات آلی OH رادیکالی ،طی یک  اکسیداسیون قوی  الکترون را از نزدیک ترین ترکیب آلی همسایه دریافت می کند تا به پایداری بیشتری برسد.با این روش ترکیبات آلی با از دست دادن الکترون ودر نهایت تبدیل شدن به دی اکسید کربن و آب تخریب می شود و به اتمسفر بر می گردد.     1.سوال؟>>فتو کاتالیست ها با منبع نور کار می کنند.چه نیازی هست که منبع نور حتما مااورای بنفش باشد؟ TiO2 یک نیمه هادی است که با دریافت انرژی نور به سطوح بالاتری از انرژی بر انگیخته می شود   و الکترون ها را از سطح تابش شده رها می سازد.اگر میزان انرژی کافی باشد همه الکترونها از سطح که نوار ظرفیت (Valence band) نامیده می شود به نوار ظرفیت هدایتی Conduction band جهش می یابند.انرژی که به این سطح داده می شود از نوع انرژی نورانی است که مربوط به طول موج نور تابیده می باشد.از میزان جهش الکترونها چنین بر می آید که محدوده تابش نور UV می باشد.    
                       
انواع فتو کاتالیست ها:          

 عملکرد های کلی فتو کاتالیست ها بر چند نوع می باشد:

1.تخریب NOx:حذف کردن اجزائ مضر از  NOx و SOx و فرمالدئید از اتمسفربه عنوان مثال در حال حاضر هوا آلودگی زیادی دارد که در آن اکسید های سولفور و نیتروژن از جمله آز آنها می باشند که ناشی از اتو موبیل و سایر آلایند ه ها به شما ر می رود.فتو کاتالیست TiO2 می تواند این آلودگی ها را بشکند و تبدیل به گاز CO2 کند.در عایق کردن صوتی در ساختمان ها در ساختار بتونی بکار می رود.                 

 2.گند زدایی کردن:تخریب و جذب بوهای بد ناشی از بد بو کننده ها مثل استالدئید ،آمونیاک و سولفید هیدروژنبه عنوان مثال بو های ناخوشایند که بسیار آزار دهنده است می تواند تبدیل به گازهای بدون بو شود.که با مجاورت قرار دادن نور فلورسانس و نور خورشید یک فتو کاتالیست قادر به انجام این کار است.         

3.تصفیه آب:تخریب و برداشتن ترکیبات آلی فرار مثل تترا کلرو اتیلن و تری کلرو اتیلن که به عنوان آلاینده آب به شمار می روند.تست غلظت کلرین باقیمانده نشان می دهد که چه میزان حضور فتوکاتالیست موثر است.           

4.ضد باکتری:پا کیزه کردن محیط بوسیله ضد باکتری ها و عمل استریلیزه کردن5   .ضد چرک شدگیاز چرک شدن دیوار و زمین جلوگیری می کند.          

 http://www.photocatalyst.co.jp/e/toha/toha.htm:مرجع مترجم

اثرات MTBE در آلودگی منابع آب

مقدمه:

Methyl tert-butyl ether
Chemical name	2-Methoxy-2-methylpropane
Other names	Methyl tert-butyl ether Methyl t-butyl ether MTBE tBME
Chemical formula	C5H12O
Molecular mass	88.15 g/mol
CAS number	[1634-04-4]
Density	0.7404 g/cm³
Melting point	−109 °C
Boiling point	55.2 °C
Flash Point	-10 °C
Refractive index	1.369
SMILES	CC(C)(C)OC
NFPA 704	3 1 0

متیل ترسیو یک ماده آلی مصنوعی اکسیژن دار است که پس از اثبات جنبه های سوء بهداشتی و زیست محیطی سرب بعنوان جایگزین آن معرفی و امروزه در ایران و برخی از کشورای جهان بصورت گسترده در بنزینهای بدون سرب استفاده می شود.توجه به این ماده در دهه ۷۰ میلادی آغاز و مصرف آن در دهه ۸۰ و ۹۰ میلادی در جهان افزایش یافت. در ابتدای انتخاب و استفاده از این ماده در سوخت مزایای زیست محیطی آن مورد توجه بود که مهمترین آنها افزایش عدد اکتان بنزین٫ کاهش نشر گازهای آلاینده منتشر از اگزوز خودرو مانند منواکسید کربن و ازن ٫ حذف سرب از بنزین به همراه تاثیر بهبود نسبی کیفیت هوا ٫تولید آسان و سهولت اختلاط با بنزین می باشد ولی اکنون پس از گذشت چند سال از مصرف آن در دنیا مشخص شده است که MTBE دارای امکان تاثیرات سوء روی بدن انسان و مضرات زیست محیطی بودند و آلودگی آبها زیر زمینی از مهمترین جنبه های زیست محیطی آن می باشد . در آمریکا از سال ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۱ میلادی دو سیستم تامین کننده نیاز آب شرب شهری بخاطر آلودگی MTBE برای این منظور غیر قابل استفاده شدند.در سانتامونیکای آمریکا حداقل ۵۰ درصد از کل آب شهری که از منابع زیرزمینی تامین می شدبرای شرب غیر قابل استفاده گردید بطوریکه ۵/۳ میلیون دلار برای جایگزینو تامین آب شرب منطقه هزینه شد. وجود MTBE در کالیفرنیا در نمونه های شهری عموما با مقادیر کمتر از ۲mg/l گزارش شده است. در شرایط خاص در جاهایی که قایقهای موتوری استفاده می شد غلظت این ماده در آن آبها به۱۲ppm هم می رسد. در تحقیقی که در سال۱۹۹۶ توسط USGS در ۱۶ شهر آمریکا انجام شد ٫ مقدار MTBE موجود در آبهای سطحی بین µg/L 100-2/0 گزارش شد که غلظتهای بیشتر بین ماه های اکتبر تا مارس واقع شده است.(۳).در آمریکا به خاطر تاثیرات این ماده در انسان و محیط زیست به ویژه آلودگی منابع آب اعتراضات فراوانی نسبت به ادامه مصرف آن وجود دارد ودر بعضی مناطق استفاده از MTBEممنوع شده است در این مقاله برسی توانایی MTBEدر آلودگی منابع آب سه محور اصلی مورد توجه است تاثیرات MTBE روی سلامتی انسان چگونگی ورود MTBE به منابع آب وسرنوشت MTBE در منابع آب خصوصیات MTBE :
متیل ترسیو بوتیلاتر یک ترکیب آلی با فرمول شیمیایی C5H12O می باشد در دما وفشار استاندارد مایعی بی بیرنگ ٫ قابل اشتعال و قابل احتراق است . جرم مولکولی آن ۱۵/۸۸ بوده و دارای نقطه ذوب ۹-ـ درجه سانتی گراد ونقطه جوش ۶/۵۳ - ۲/۵۵ درجه سانتی گراد می باشد . چگالی این ماده ۷۴۴/۰ ۷۵۸/۰ گزارش شده است . انحلال پذیری MTBE در آب بسیار بالاست 540mg/L گرارش شده است
تاثیرات MTBE روی سلامت انسان:

اسپین الکترون

الکترون در اتم ، علاوه بر این که تحت تاثیر نیروی جاذبه هسته ، به دور آن می‌‌چرخد، دارای یک حرکت چرخشی به دور خود نیز می‌‌باشد. این نوع چرخش را اصطلاحا اسپین الکترون می‌‌گویند. «اسپین» واژه انگلیسی (Spin) است که به معنای چرخش می‌‌باشد.


مقدمه
می‌‌دانیم که کره زمین دارای دو نوع حرکت وضعی و انتقالی است. حرکت انتقالی آن به دور خورشید بوده و حرکت وضعی به دور خودش می‌‌باشد. هر یک از این دو نوع حرکت ، دارای اندازه حرکت زاویه‌ای مخصوص به خود هستند که در مورد حرکت انتقالی ، اندازه حرکت زاویه‌ای مداری و در مورد حرکت وضعی ، اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی می‌‌گویند، بدیهی است که اندازه حرکت زاویه‌ای کل برابر با مجموع این دو اندازه حرکت است.

اگر مدلی را در نظر بگیریم که زمین فقط یک نقطه مادی باشد، انتساب تکانه زاویه‌ای به آن بی‌معنی خواهد بود، اما در مدل دیگری که زمین را با ابعاد محدود در نظر می‌‌گیریم، وجود اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی نیز امکان پذیر است. لذا اگر این قضیه را در مورد مدل اتمی ‌بوهر بکار ببریم، با این فرض که الکترون یک بار نقطه‌ای نبوده، بلکه یک کره کوچک فرض شود، در این صورت الکترون علاوه بر اندازه حرکت زاویه‌ای مداری دارای اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی نیز خواهد بود.

شیمی مولکولی

شاید تا بحال از خود پرسیده باشید که چرا مواد مختلف با هم متفاوتند؟ چرا برخی از آن‌ها محکم تر از سایرین هستند؟ چرا برخی از مواد رسانا و برخی نارسانا؟ چرا نور می‌تواند از بعضی از مواد عبور ‌کند و از بعضی دیگر نه؟
سئوالاتی از این دست ذهن را متوجه تفاوت‌‌های مواد از نظر خواص می‌‌کند و ما را در رابطه با علت این تفاوت‌‌ها، به تفکر بیشتر وادار می‌‌کند. با اطلاعاتی که ما از ساختمان عناصر و تفاوت‌‌های موجود در عناصر داریم شاید گمان کنیم که تفاوت‌‌‌‌های موجود در مواد مختلف حاصل تفاوت‌‌های عناصر تشکیل دهنده آنها است. با این تفکر مواد تنها متاثر از تنوع عناصر تشکیل دهنده خود خواهند بود و تمامی ویژگی‌‌های رفتاری مواد با شناخت عناصر تشکیل دهنده آنها روشن خواهد شد. بر این اساس مشخص شدن عناصر تشکیل دهنده یعنی تعیین ترکیب شیمیایی همه اسرار مربوط به خصوصیات مواد را آشکار می‌‌کند. براستی با دانستن ترکیب شیمیایی، خواص مواد معلوم خواهد شد؟
با کمی دقت و توجه به ترکیبات شیمیایی مواد پیرامون خویش در می‌‌یابیم که بسیاری از آنها با وجود این که در رفتار و خواص با یکدیگر بسیار متفاوتند، دارای عناصر تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی یکسان می‌باشند و برخی دیگراز مواد با داشتن عناصر تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی متفاوت با یکدیگر، دارای خواص و رفتار مشابهی هستند. پس چه چیزی بجز ترکیب شیمیایی موجب تفاوت در رفتار مواد می‌‌شود؟
برای جواب این سئوال لازم است که بیشتر با ساختار و ویژگی‌های مواد آشنا شویم.

ساختار مواد چیست؟

تیتراسیون های اکسایش کاهش (یدومتری)

هدف: یدومتری یک روش حجم سنجی شیمی تجزیه است که در تیتراسیون از ید به عنوان شناساگر نقطه پایانی استفاده میشود

تئوری:

روش شیمیایی وینکلر یا یدومتری :

یدومتری دقیق‌ترین و قابل اعتمادترین روش اندازه گیری  می‌باشد.‌ این روش یک روش تیتراسیونی است که بر اساس خواص اکسیدکنندگی اکسیژن محلول انجام می‌گیرد.

با افزایش  به محلول قلیایی شده آب ، هیدروکسید منگنز با اکسیژن محلول آب ترکیب شده ، ایجاد  می‌کند. با مصرف تمام اکسیژن موجود ، محلول اسیدی می‌شود. با افزودن یدور ،  در محیط اسیدی با یون یدور ، وارد واکنش شده ، ید آزاد می‌کند.

مقدار ید آزاد شده توسط محلول تیوسولفات تعیین می‌شود و از روی مقدار تیوسولفات مصرفی ، مقدار اکسیژن موجود در آب محاسبه می‌شود.

عناصر زیادی را می توان به روش یدمتری تعیین نمود. یکی از این عناصر، مس است. در این روش از واکنش زیر جهت احیا و رسوب دادن مس استفاده می کنند.

حال مقدار ید آزاد شده توسط محلول تیوسولفات تعیین می‌شود و از روی مقدار تیوسولفات مصرفی (با استفاده از روابط استوکیومتری) ، به مقدار واکنش دهنده ی اولیه ی مورد نظر (در اینجا یون مس) دست می یابند. واکنش ید با تیوسولفات به وسیله ی معادله ی زیر داده شده است:

نقطه ی پایانی تیتراسیون به سادگی توسط محلول نشاسته مشخص می شود. لحظه ی مناسب برای اضافه کردن شناساگر وقتی است که رنگ محلول از قهوه ای به زرد کمرنگ تغییر می کند. پایان تیتراسیون هنگامی است که محلول بیرنگ می شود.
یون یدید

یون یدید یک عامل کاهنده ی نسبتاً موثری است که به طور وسیعی برای تجزیه ی اکسنده ها به کار می رود.
به طور کلی به واکنش هایی که در آن ید اکسید می گردد، یعنی ید از محلول یدیدها آزاد می گردد یدومتری گویند. روشهای زیادی بر اساس خواص کاهندگی یون یدید استوارند. ید که محصول واکنش است، معمولاً با محلول استاندارد تیوسولفات تیتر می شود.
عناصر زیادی را می توان به روش یدمتری تعیین نمود. یکی از این عناصر، مس است. در این روش از واکنش زیر جهت احیا و رسوب دادن مس استفاده می کنند.

‌ این روش یک روش تیتراسیونی است که بر اساس خواص اکسیدکنندگی اکسیژن محلول انجام می‌گیرد. با افزایش به محلول قلیایی شده آب ، هیدروکسید منگنز با اکسیژن محلول آب ترکیب شده ، ایجاد می‌کند. با مصرف تمام اکسیژن موجود ، محلول اسیدی می‌شود. با افزودن یدید ، در محیط اسیدی با یون یدید ، وارد واکنش شده ، ید آزاد می‌کند. مقدار ید آزاد شده توسط محلول تیوسولفات تعیین می‌شود و از روی مقدار تیوسولفات مصرفی (با استفاده از شناساگر نشاسته) ، مقدار اکسیژن موجود در آب محاسبه می‌شود.

روش کار :

·       مجهول را به حجم می رسانیم

·       مقدار مشخصی از آن بر می داریم ( 25 cc )

·        به آن اضافه می کنیم

·       محلول را صاف کرده و رسوب را با 5cc آب شستشو می دهیم

·       محلول را با تیوسولفات 0.1N تیتر می کنیم تا رنگ زرد کاهی نمایان شود

·       2ml چسب نشاسته 0.1% + 0.5gr KSCN را به آن اضافه می کنیم

·       تیتراسیون را تا تغییر رنگ مجدد ادامه می دهیم

مرجع: http://www.iaushimi.blogfa.com/post-189.aspx

جداسازی ایزوتوپ ها و فناوری نانو

 

همانگونه که میدانیم هیچ ماده ای در طبیعت به طور خالص و صد در صد یافت نمی شود و این موضوع برای هر سه حالت ماده یعنی جامد ، مایع و گاز برقرار است. برای مثال آهن ، مس یا طلا همیشه در سنگهایشان ناخالصی دارند و باید آنها را خالص سازی کرد .
در مورد مایعات نیز باید مراحل مختلفی طی شود تا مخلوط های مایع در مایع یا جامد در مایع را جدا سازی کنیم . در مورد گازها نیز جدا سازی لازم است .
در جدا سازی مواد باید به خصوصیات آنها مثل جرم ، حجم و خواص شیمیایی آنها توجه کرد . بر حسب هر خاصیتی ، روش فیلتر کردن مخصوصی استفاده می شود .
فرآیندهای جدا سازی به دو صورت هستند :
1. غربال ملکولی ( Molecular sieving )
2. غربال کوانتومی ( Quantum sieving )

غربال ملکولی :
غربال ملکولی فرآیندی است که طی آن به خاطر تفاوت اندازه ( حجم ) و خواص شیمیایی ملکولها ، میتوان آنها را از یکدیگر جدا کرد . برای این کار از موادی استفاده می شود که دارای روزنه های بسیار ریز یا به اصطلاح میکرو روزنه ( Micro porose ) می باشند.
از لحاظ کلاسیک نمیتوان با استفاده از غربال های ملکولی ایزوتوپهای یک ملکول را جدا کرد زیرا دارای اندازه و خواص یکسانی هستند .
تکنیکهای خاص و پر هزینه ای برای جدا سازی ایزوتوپها وجود دارد:
1. تبادل شیمیایی ( Chemical exchange )
2. جداسازی نفوذی ( Diffusion separation )
3. جداسازی بیولوژیکی ( Biological separaton )
4. جداسازی ایزوتوپی لیزری ( Laser isotope separation )

غربال کوانتومی :
پژوهشگران دانشگاه pittsburg راه جدیدی برای جداسازی ایزوتوپهای سنگین و سبک یک عنصر پیشنهاد دادند.
شبیه سازی کامپیوتری آنها نشان داد که نانو لوله ها Nanotube با قطر کم میتوانند به عنوان غربال کوانتومی برای جدا سازی مخلوط هیدروژن و ایزوتوپهای آن (تریتیوم یا دوتریوم) استفاده شوند . این غربال کوانتومی میتواند برای مخازن خنک کننده سوخت اتمی به کار برود .  

 

ایزوتوپ های هیدروژن
نانولوله های کربنی میتوانند هیدروژن بسیار زیادی را جذب کنند ، تا حدی که میتوان از آنها به عنوان مخزن سوخت هیدروژن استفاده کرد . ساختمان نانوتیوب های کربنی به گونه ایست که هر اتم کربن با سه اتم دیگر پیوند دارد که در این صورت میتواند با یک هیدروژن واکنش دهد . هیدروژن های جذب شده قابلیت تراکم دارند .
همانطور که میدانید ، درابعاد کوچک ،اصل عدم قطعیت هایزنبرگ جلوه گر میشود: X P > h E t > h t مقادیر مجاز زمان ، E مقادیر مجاز انرژی و P محدوده تکانه مجاز ذره است . بر طبق این اصل اگر جسمی در مسافت X محدود شود ، تکانه اش دارای عدم قطعیتی به اندازه حداقل x/h خواهد شد . یعنی تکانه دیگر مقداری معین و معلوم نخواهد بود.

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ Heisenberg uncertainly principle طبق مدل اتمی بور، الکترون، به عنوان ذره ای باردار در اطراف هسته در حرکت است. برای تعیین مسیر هر جسم دانستن مکان و سرعت جسم در هر لحظه ضروری است. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ نشان می دهد که تعیین دقیق مکان و اندازه حرکت جسمی به کوچکی الکترون نا ممکن است. هر چه تلاش کنیم که یکی از این دو کمیت را دقیق تر تعیین کنیم، از دقت کمیت دیگر، نامطمئن تر هستیم.

هر قدر که جرم ذره بیشتر باشد ، جنبش آن نیز بیشتر است . پس زمانی که ایزوتوپها در نانولوله محدود می شوند ، به حرکت درمی آیند و چون جرم هیدروژن از ایزوتوپ ها کمتر است ، کمتر تکان می خورد و به راحتی از نانولوله رد می شود ، ولی ایزوتوپهای دیگر به دلیل جرم بیشتر درون نانولوله گیر می کنند و جذب کربنها می شوند. ا ین عمل جدا سازی با نانو لوله هایی با قطر حدود 6 آنگستروم و در دمای 20 کلوین ا نجام می شود و تریتیوم 10000 بار بیشتر از هیدروژن جذب می شود .
دانشمندان این جداسازی را در مورد H2 – HD , T2 – H2 , CH4 – CD4 و ایزوتوپ هلیوم انجام دادند که موفقیت آمیز بود .
آنها متوجه شدند که با افزایش دما ، قدرت جذب نانولوله ها کاهش می یابد.
قبل از به کارگیری نانو تیوبها ، دانشمندان از موادی به نام زئولیت استفاده می کردند. این مواد انواع مختلفی دارند و دارای روزنه های بسیار ریز میباشند ، ولی این روزنه ها یکسان نیستند و بعضی از آنها آنقدر بزرگند که مواد را به خوبی جدا نمی کنند. ولی امروزه علم نانوتکنولوژی به ما کمک می کند که این کار را با صرف هزینه های کمتر به راحتی انجام بدهیم .
 

زئولیت ها Zeolite :  زئولیت ها سیلیکاتهای آبدار می باشند، و پیوند آبدار در آنها بسیار سست است، به طوریکه در دمای پایین، آب خود را از دست می دهند. قابلیت تعویض یونی آنها زیاد است. زئولیت ها هم به روش طبیعی و هم به روش مصنوعی تشکیل می گردند. یکی از موارد مصرف زئولیت ها فیلتر ملکولی می باشد. چنانچه زئولیت ها در دمای 350 تا 400 درجه سانتیگراد برای مدت چند ساعت حرارت داده شوند آب موجود در مجاری و فضای کانال مانند، آزاد و به زئولیت بدون آب تبدیل می‌شود. قطر فضاهای کانال مانند، مشخص و تابع ترکیب شیمیایی زئولیت است. قطر این فضا در زئولیت پتاسیم‌دار 13 آنگستروم، سدیم‌دار 4 آنگستروم و برای کلسیم‌دار 5 آنگستروم است. موادی که ابعاد ملکول آنها کمتر از قطر فضای زئولیت باشد جذب شده و آنهایی که بزرگ‌تر هستند جذب نخواهند شد.

 

مرجع: http://www.nanoclub.ir/modules.php?name=News&file=article&sid=111