نمودار۴-۲- بازیابی و استفاده مجدد از نانو کاتالیزگرمغناطیسی نانو باز شیف با بهره گرفتن از اوره هیدروژن پراکسید(UHP)

۵۱

 

فهرست طیف ها
عنوان و شماره صفحه

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

طیف شماره (۱): ۱H- NMR دی(پارا تولوئیل) دی سولفید ۶۲
طیف شماره (۲): ۱۳C-NMR دی( پارا تولیل) دی سولفید ۶۳
طیف شماره (۳): ۱H-NMRدی (۴-برمو فنیل ) دی سولفید ۶۴
طیف شماره (۴): ۱۳C-NMR دی(۴-برمو فنیل ) دی سولفید ۶۵
طیف شماره (۵): ۱H-NMR 1,2-بیس(۲-بنزوتیازول-۲-ایل) دی سولفن ۶۶
طیف شماره (۶): ۱۳C-NMR 1,2-بیس(۲-بنزوتیازول-۲-ایل) دی سولفن ۶۷
طیف شماره(۷): آنالیز CHN 1,2-بیس(۲-بنزوتیازول-۲-ایل) دی سولفن ۶۸

فصل اول:
مقدمه

 

-مقدمه و اهداف پروژه

امروزه دیگر شیمی انحصارا علمی برای فهم و ادراک بهتر پدیده­های پیرامون و طبیعت نیست، شیمی یک علم خلاق و تولید کننده است که مواد و اجسامی با ارزش افزوده بالا ایجاد می­ کند. هم اکنون در قرن بیست ویکم، ابداعات و اختراعات تأثیر شگرفی بر زندگی و تمدن بشری گذارده، از طرفی با وجود نقش حیاتی علم شیمی در خلق تمدن جدید، اما خطرات زیادی نیز از جانب محصولات و فرایندهای شیمیایی سلامت انسان و محیط زیست را تهدید می­ کند.
عکس مرتبط با محیط زیست
اصطلاح شیمی سبز در مورد فرایندهای شیمیایی و طراحی محصولاتی به کار می رود که در آن استفاده و ساخت مواد خطرناک کاهش یافته و یا کاملا از بین رفته است، در مجموع اهداف شیمی سبز را می­توان این گونه بیان نمود:

 

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

 

 

استفاده از حلال غیر سمی و قابل بازیافت:استفاده از حلال­های سمی و آتش­گیر از مهمترین مسائل مخاطره آمیز در صنایع شیمیائی است. ورود این حلالها به محیط زیست باعث ایجاد آلاینده­های مضر می­ شود و طبیعتا هزینه­ های هنگفتی صرف کنترل آنها خواهد شد، مشکلات ناشی از جدا سازی حلالها از محصولات، بازیافت کامل این حلالها و مخاطرات زیست محیطی از جمله عواملی هستند که توجه محققان را به سمت استفاده از حلال­های سبز معطوف داشته است.

افزایش راندمان یا بازده فراینده های شیمیایی: ساخت مولکولها با ساختار سه بعدی دقیق، در سنتزهای شیمی آلی و به صورت مرحله به مرحله صورت می گیرد. درحالت ایده­آل مولکولهای مدنظر با بازده ۱۰۰ درصد و انتخاب گری ۱۰۰ درصد بدون محصولات جانبی باید تولید شوند. روش ساخت مواد در فرایند­های شیمیایی باید به گونه­ ای طراحی شود که بیشترین استفاده از مواد واکنش دهنده انجام شود و حتی الامکان تمامی آنان به محصول تبدیل شوند.

استفاده از کاتالیزگرها:کاتالیزگرها، یکی از مهمترین ابزارها در شیمی سبز هستند. امروزه، بیش از ۸۰ درصد مواد شیمیایی در حضور کاتالیزورها تهیه می­شوند. افزایش انتخاب پذیری یک واکنش، کاهش دمای مورد نیاز، کاهش زمان واکنش­ها و محصولات جانبی، و افزایش بازده فرآورده ­های نهایی، از مزایای استفاده از کاتالیست­ها در فرایندهای شیمیایی است.

طراحی مواد و فراوردهای شیمیایی سالم­تر: در کنار کاهش خطرات فراورده­های شیمیایی، فراورده­های جدید را می­توان به گونه ای طراحی کرد که سالم­تر باشند و در همان حال، کار در نظر گرفته شده برای آنها را به خوبی انجام دهند.

افزایش بازده انرژی: روش ساخت مواد شیمیایی و جداسازی باید به گونه­ ای طراحی شده باشد که هزینه های انرژی به کمترین اندازه خود برسد.

کاهش تعداد مراحل فرایندها: وجود مراحل بیشتر، مستلزم استفاده از واکنش­گرهای اضافی و در نتیجه افزایش فراوده­های جانبی است.

زیست تخریب پذیری محصولات فرایندهای شیمیایی: طراحی محصولات شیمیایی باید به گونه ای طراحی شود که در پایان عمر مفید آن­ها، در اثر عوامل زیست محیطی تجزیه شده، باعث آلودگی محیط زیست نگردند.

کنترل فرایندهای شیمیایی: با کنترل لحظه به لحظه پیشرفت یک فرایند شیمیایی، زمان کامل شدن فرایند و یا تشکیل فراورده­های جانبی ناخواسته مشخص می­گردد]۲-۱[.

در این راستا در جهت نیل به این اهداف، در این پایان نامه نانوکاتالیزگر مغناطیسی باز شیف مس ((II تثبیت شده بر روی Fe3O4ساخته شد، در حضور این کاتالیزگر مشتقات مختلفی از دی­سولفیدها با واکنش گرهای تیول­ها و اکسیدکننده­ های پراکسید هیدروژن و اوره هیدروژن پراکسید (UHP) که واکنش­گرهای سبز هستند در دو مرحله مجزا سنتز شدند،که دی سولفیدها به علت ترکیبات بیولوژیکی و شیمیایی در سنتز آلی از اهمیت بالایی برخوردار می­باشند.

 

۱-۲- نانو کاتالیزگرها

کاتالیزگر، گونه­ای است که انرژی فعال سازی واکنش (انرژی اولیه برای انجام واکنش) را کاهش داده و در نتیجه سرعت واکنش را افزایش می دهد. فلزات واسطه ی جدول تناوبی عناصر، رایج­ترین کاتالیزگرها هستند.
کاتالیزگرها به دو دسته همگن و ناهمگن تقسیم می شوند.
کاتالیزگر همگن، تک اتم، یون یا مولکول است و با واکنش دهنده­ها هم­فاز می باشد. به بیان دیگر، ذرات کاتالیزگر همگن می توانند به راحتی در مخلوط واکنش حل شوند. کاتالیزگر همگن در واکنش مصرف شده و مجددا بازیافت[۱] می­ شود. فعالیت بسیار بالا، گزینش پذیری[۲] و بازده[۳] خوب و غیر سمی بودن از محاسن این گونه از کاتالیزگرها می باشد. بهبود در عملکرد کاتالیزگرهای همگن می تواند با اتصال گروه­های متفاوت آلی و معدنی به ذره اصلی فراهم شود. مشکل اصلی در فناوری کاتالیزگرهای همگن در آنجاست که پس از اتمام واکنش، جداسازی کاتالیزور حل شده از مخلوط نهایی کار ساده­ای نیست. این مشکل به ویژه در زمانی که کاتالیزگر در مقادیر کم مصرف شود، خود یک چالش بزرگ است.و با توجه به اینکه بسیاری در موارد، از قبیل صنایع غذایی و دارویی، جداسازی مقادیر بسیار کم کاتالیزگر و محصولات جانبی ناخواسته (درحد ppmویاحتیppb) از محصولات نهایی بسیار حائز اهمیت است، بنابراین این محدودیت­ها کاربرد کاتالیزگرهای همگن را با وجود فعالیت و گزینش پذیری بالا محدود کرده است ]۳[.کاتالیزگرناهمگن، با واکنش­دهنده در یک فاز نیست. اندازه و خصوصیت ذرات کاتالیزگر ناهمگن به صورتی است که به راحتی در محیط واکنش حل نمی­ شود، از این رو فعالیت آن محدود می­گردد (بازده کل واکنش کاهش می یابد). بر خلاف کاتالیزگرهای همگن، کاتالیزگرهای ناهمگن به راحتی (با صرف هزینه، زمان و مواد کمتر) از مخلوط واکنش جدا می­شوند و موجب ناخالصی محصولات نمی­گردند. کاتالیزگر ناهمگن به علت اینکه نسبت سطح به حجم محدود آن است سرعت واکنش محدود است و کاتالیزگر به­ آسانی می ­تواند از مخلوط واکنش جداسازی شود برای آن­ که کمبود سطح فعال در این گونه ترکیبات جبران شود، استفاده از یک بستر[۴] در نقش تکیه­گاه کاتالیزگر، ضروری است. بستر معمولا یک ساختار متخلخل[۵] با سطح فعال بالامی­باشد.کاتالیزگر مناسب باید سطح فعال زیاد داشته و قابل جداسازی باشد. با آنکه سطح فعال نانوکاتالیزگرها بسیار بالاتر از کاتالیزگر­های معمولی است، سطح فعال یک نانو کاتالیزگر همواره از یک کاتالیزگر همگن پایین­تر است (کاتالیزگر همگن با انحلال خود در تماس کامل با محتویات واکنش قرار دارد). در مقابل، کاتالیزگرهای نانو ذرات[۶] به دلیل ابعاد بزرگ­ترنسبت به ذرات کاتالیزگر همگن، در محلول واکنش حل نشده و به سادگی قابل جداسازی هستند. سطح فعال زیاد به همراه قابلیت جداسازی کاتالیزگر در پایان واکنش، از نانوکاتالیزگرها پلی میان کاتالیزگرهای های همگن و ناهمگن ساخته­ا­ست ]۴[.کاتالیزگرهای نانوذرات به دلیل افزایش سطح به حجم خود و کوچک بودن اندازه ذرات باعث افزایش فعالیت و سرعت در واکنش می­ شود به علاوه نانو ذرات آن به راحتی توسط یک آهنربای مغناطیسی خارجی جداسازی می­شوند.از سوی دیگراتصال کاتالیزگر با نانو ذرات مغناطیسی باعث حفظ این مواد شده و چون این نانو ذرات همانند کاتالیزگرهای ناهمگن به صورت ذرات جامد سنتز می­شوند خاصیت مغناطیسی این نانو ذرات مانع از عبور ذرات نانو از کاغذ صافی به هنگام جداسازی می­ شود و قابلیت بازیافت بودن کاتالیزگر طی چرخه­های متوالی بدون از دست دادن فعالیت چشمگیر را دارند و ضمن اینکه از تصفیه مجدد کاتالیزگر جلوگیری می­ شود که آن را کاتالیزگر سبز[۷] می­نامند. ممکن است فرایند پیچیده تولید برخی از نانوکاتالیزگرها هزینه­بر به حساب بیاید، اما از آنجا که فناوری نانو مقدار کاتالیزگر، انرژی و زمان مورد نیاز برای انجام واکنش را تقلیل می­دهد، این مورد قابل چشم پوشی است. در این میان نانو ذرات Fe3O4 توجه بیشتری به دلیل خواص مغناطیسی و زیست پزشکی منحصر به فرد خود جلب کرده است نظیر انتقال دارو ]۶-۵[، تصویر برداری رزونانس مغناطیسی ]۸-۷[، هیپوترمی ]۱۰-۹[، تشخیص پزشکی ]۱۲-۱۱[، بی حرکتی کاتالیزگر ]۱۴-۱۳[، جداسازی، خالص سازی و یا تشخیص سازمان بیولوژیکی (به عنوان مثال پروتئین، DNA، سلول­ها، ویروس­ها و باکتری­ ها)]۱۶-۱۵[، دارا می باشند.

 

۱-۲-۱- نانو ذرات مغناطیسی

نانو ذرات موادی با فرمول NPs که طول آنها کمتر از ۱۰۰ نانومتر است و بسته به نوع کاربردشان، از چند صد ماده نانو با سایز متفاوت از مواد آلی یا معدنی با خواص منحصر به فردشان ساخته شده ­اند.
نانو ذرات مغناطیسی هم از لحاظ علمی و هم از لحاظ تکنولوژیکی از اهمیت بسیاری برخوردار هستند. کاربرد این نانو ذرات در جاهایی مثل دخیره سازی اطلاعات، سنسورها، کاتالیزگرها و مخصوصا در بیوپزشکی محرکی قوی برای تحقیقات بر روی سنتز نانو ذرات مگنتیت با خواص مناسب می باشد ]۱۷[. دو روش مهم ساخت نانو ذرات مغناطیسی، روش مایسل معکوس و روش هم­رسوبی است. در روش مایسل معکوس نانو ذرات درون حوضچه­هایی با ابعاد چند نانومتررسوب­دهی می­شوند و بنابراین می­توان کنترل خوبی روی ابعاد نانوذرات داشته و توزیع اندازه ذرات تیزتر است. اما معایب آن پرهزینه بودن و وقت گیر ­بودن آن است و همچنین ذرات سنتز شده از نظر مغناطیس اشباع ضعیف هستند.
روش هم­رسوبی یکی از قدیمی ترین روش های ساخت نانو ذرات است که اولین بار جهت سنتز نانو ذرات مگنتیک استفاده شد. مزیت این روش ارزان بودن و وقت گیر نبودن آن است و هم­چنین می توان در حجم کم واکنش، مقدار زیادی نانو ذره ساخت. در این روش یونهایFe2+ وFe ۳+ تحت واکنش زیر رسوب داده می­شوند]۱۸[.

۱-۲-۲- روش های آنالیز نانو ذرات مغناطیسی

اندازه نانو ذرات ، همچنین آنالیز نانو ذرات با بهره گرفتن ازروش های متداول مانند طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز، آنالیز حرارتی وطیف سنجی الکترونی روبشی انجام می­گیرد.
۱-۲-۲-۱- طیف سنجی FTIR
طیف سنجی مادون قرمز یکی از روش های خوب و متداولی است که از سالها پیش برای تجزیه و شناسایی پلیمرها و برخی افزودنیهای آنها، مورد استفاده قرار گرفته است. فرکانس تشعشع الکترومغناطیس در ناحیه مادون قرمز (IR)فرکانس ارتعاش طبیعی اتم های یک پیوند است و پس از جذب امواج مادون قرمز در یک مولکول باعث ایجاد یک سری حرکات ارتعاشی در آن می­ شود. که اساس و مبنای طیف سنجی مادون قرمز را تشکیل میدهد]۱۹[.

 

۱-۲-۲-۲- آنالیز توزین حرارتی

آنالیز حرارتی(TGA)1[8] روشی برای به دست آوردن اطلاعات کیفی و کمی در مورد تاثیر حرارت بر انواع مختلف مواد از جمله ترکیبات شیمیایی، پلیمرها (لاستیک- پلاستیک و کامپوزیت)، سرامیک ها، آلیاژها؛، مواد معدنی، غذا و دارو است. طبق نظریه اتحادیه بین المللی، آنالیز حرارتی گروهی از روش های تجزیه و تحلیل حرارتی است که در آن خواص فیزیکی یک ماده و یا محصولات واکنش آن به عنوان تابعی از دما در شرایطی که ماده تحت یک برنامه دمایی کنترل شده قرار دارد، اندازه گیری می شود اندازه گیری پیوسته افت وزنی در اثر تجزیه یا از دست دادن آب، و افزایش وزن به دلیل جذب یا اکسید شدن با بهره گرفتن از این دستگاه انجام می­ شود]۲۱-۲۰[.