28060

بررسي عوامل مؤثر بر ساخت و ويژگي‌هاي هيدروژل كامپوزيتي پلي وينيل الكل-نانورس

كارشناسي ارشد

مواد و متالورژي

1399

1401/12/22

دكتر هاجر قنبري-دكتر حسين سرپولكي

مواد و متالورژي

خواص ويژهي هيدروژلها موجب كاربرد آنها در حوزههاي مختلف مانند تصففيه آب شفدهاسفت. با توجه به وجود آاليندههاي مختلف رنگي، فلزات سنگين، داروها و ساير موارد در آب و خطرات جدي آنها بر سالمت انسان و محيط زيست تصفيه آب و پساب از اهميت ويژهاي برخوردار است. در اين پژوهش، اثر نوع افزودني و درصففد وزني آن در سففاخت هيدروژلهاي كامپوزيتي دوجزئي بر پايه پليوينيلالكل بررسففي شففده و از بنتونيت خام، بنتونيت خالص به دو روش متفاوت اعمال امواج فرا صوت و ر سوبدهي، نانورس آلي و زئوليت با هدف د ستيابي به هيدروژلي متخلخل داراي تخلخلهاي باز و قابليت جذب آاليندههاي آب به كمك روش انجماد-ذوب ا ستفاده شدها ست. فرآيند انجماد-ذوب م شتمل بر سه چرخهي انجماد و ذوب با زمان انجماد 12 ساعت و زمان ذوب 2 ساعت، پس از انحالل است. در ادامه، ظرفيت جذب آب، درصد تخلخل، چگالي ژل و درصفففد ژلي هيدروژلها بررسفففي شفففد و از آناليزهاي پراش پرتو ايكس (XRD-diffraction ray-X ،( طيفسنجي تبديل فوريه مادون قرمز )IR-FT, spectroscopy infrared transform-Fourier ،)طيفسنجي atomic ( اتمي جفذب طيفسفففنجي(، ultraviolet-visible spectroscopy, UV-Vis( مرئي-فرابنفش scanning electron microscope, ( روبشففي الكتروني ميكروسففكوا(، absorption spectroscopy, AAS SEM )و طيف سفففنجي پراش انرژي پرتو ايكس )spectroscopy ray-X dispersive energy )و آزمون ا ستحكام ف شاري به ترتيب براي مطالعات فازي، پيوندي، جذب آاليندههاي آلي رنگي و دارويي، ريز ساختار، جذب فلز سنگين سرب و اندازهگيري ا ستحكام ف شاري ا ستفاده شد. در صد تخلخل، ا ستحكام ف شاري و ظرفيت جذب آب در هيدروژل تكجزئي پليوينيلالكل به ترتيب برابر با 50±%285 ،%MPa 1/0 ±8/1 و (g/g (3±10 هسففتند. درصففد تخلخل، اسففتحكام فشففاري و ظرفيت جذب آب در هيدروژلهاي كامپوزيتي درصفففد باالترين. هسفففتند 11-24 (g/g) و 1/7 -2/7 MPa ،%300-%1350 محدوده در ترتيب به دوجزئي تخلخل و ا ستحكام ف شاري براي نمونه دوجزئي حاوي %.wt 5 پليوينيلالكل و %.wt 25/0 زئوليت و برابر 120±%1337 %و MPa 1/0±7/2 اسفففت. باالترين ميزان جذب آب برابر (g/g (1±24 و براي نمونه دوجزئي حاوي %.wt 5 پليوينيلالكل و %.wt 1 بنتونيت خالص اسففت. باالترين ميزان بازدهي جذب متيلنبلو براي هيدروژل كامپوزيتي با وزن حدود g 1/0 و حاوي %.wt 5 پليوينيلالكل و %.wt 1 بنتونيت خالص اسفففت. ا ستحكام ف شاري در اين نمونه MPa 3/0±0/2 و بازدهي جذب رنگدانهي آلي متيلنبلو و فلز سنگين سرب در محلول با غلظت اوليه ppm 50 پس از يك هفته به ترتيب برابر با 4±%99 %و 4±%84 %اسففت. هيدروژل كامپوزيتي دوجزئي با وزن حدود g 1/0 و حاوي %.wt 5 پليوينيلالكل و %.wt 1 نانورس آلي باالترين ز بازدهي جذب آالينده دارويي پارا ستامول را دارد و برابر با 1/0 ±%5/14 %ا ست. همچنين، اثر نوع افزودنيها و درصد وزني آنها بر خواص فيزيكي، مكانيكي، ريزساختاري، فازي و پيوندي هيدروژلها و بازدهي آنها در جذب آاليندههاي آلي رنگي، فلزات سفففنگين و دارو و مقايسفففه آنها با هيدروژل تكجزئي پليوينيلالكل بررسي شدهاست

1402/01/14

Investigation on the Effective Parameters in the Production and Characteristics of Nanoclay-PVA Hydrogel Composite

3/12/2024 12:00:00 AM

the unique characteristics of hydrogels made them an appropriate choice to use in various applications such as water treatment. According to the high amount of different contaminants such as dyes, heavy metals, pharmaceutical pollutants, etc in the ground and underground water, and their harmful effect on human health and the environment, water and wastewater treatment is essential. In this research, the effective parameters such as additives and their percentage in the PVA hydrogel composites to achieve hydrogel with open pores and the ability to absorb water pollutant by the freeze-thawing method was investigated. Raw bentonite, purified bentonite (by two different approaches; ultrasonication, and sedimentation), organoclay, and zeolite was applied as an additive. The freeze-thawing procedure contains three cycles, 12 h of freezing and 2 h of thawing. In addition to the formulas of water absorption, porosity, density, and gel fraction; X-ray diffraction (XRD), Fourier-Transform infrared (FT-IR) Spectroscopy, Ultraviolet-Visible Spectroscopy (UV-Vis), Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis and compressive strength were used for phase bonding, adsorption, microstructure, and strength studies. Porosity percentage, compressive strength, and water absorption capacity in PVA composite are 285%±50%, 1.8±0.1 MPa, and 10±3 (g/g), respectively. Porosity percentage, compressive strength, and water absorption capacity in PVA/additive composites are in the range of 300%-1350%, 1.7-2.7 MPa, and 11-24 (g/g), respectively. PVA/zeolite hydrogel (5 wt.% PVA, 1 wt.% zeolite) has the maximum porosity percentage and compressive strength, which are 7337%±120% and 2.7±0.1 MPa respectively. The PVA/purified bentonite (5 wt.% PVA, 1 wt.% purified bentonite) has the maximum water absorption (24±1 g/g). Optimum efficiency of methylene blue and Pb2+ absorption are 99%±4% and 84%±4%, which are achieved by 0.1 g PVA/purified bentonite (5 wt.% PVA, 1 wt.% purified bentonite) composite in 50 ppm initial solution after one week. The PVA/organoclay (5 wt.% PVA, 1 wt.% organoclay) has the maximum efficiency (14.5%±0.1%) in paracetamol removal.

هيدروژل كامپوزيتي، پلي‌وينيل‌الكل، بنتونيت، زئوليت، انجماد-ذوب

hydrogel composite; polyvinyl alcohol; bentonite; zeolite; freeze-thaw

fatemeh ahmadi

dr hahar ghanbari, dr hosein sarpoolaky