No category

منبع پایان نامه درمورد ظرفیت جذب، محیط زیست، انعطاف پذیری، مواد غذایی

ن در محلولهای اسید رقیق و pH کمتر از ۶ قابل حل می باشد.
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی کیتین و کیتوسان
از جمله اصلی ترین پارامترهایی که بر خواص کیتین و کیتوسان تاثیر مستقیم می گذارند می‌توان به وزن ملکولی، درجه استیل زدایی و میزان بلورینگی آنها اشاره کرد. لازم به ذکر است در بحث سامانه‌های دارورسانی و کاربردهای انسانی علاوه بر موارد بالا باید به درصد خلوص، میزان رطوبت و میزان پروتئین موجود در آنها نیز توجه کرد.
کاربردهای کیتین و کیتوسان
حلالیت پایین کیتین، مهم‌ترین عامل محدود کننده مصرف این پلیمر زیست سازگار محسوب می شود. علیرغم این محدودیت، تا کنون کاربرد های زیادی از کیتین و مشتقاتش گزارش شده است. از این رو کیتوسان به دلیل وجود گروه‌های آمینی آزاد در طول زنجیر پلیمر و توانایی تشکیل کیلیت و حلالیت خوب در اسید های ضعیفی چون اسید استیک، جایگاه مناسبی را در بین پلی ساکاریدها به خود اختصاص داده است. الیاف ساخته شده از کیتین و کیتوسان برای تهیه نخ های بخیه قابل جذب و همچنین تهیه پارچه هایی جهت بهبود زخم بسیار مؤثر هستند. همچنین محققانی در سالهای دور توانسته اند با استفاده از این الیاف یون‌های فلزات سنگین را از آب و فاضلاب جذب کنند[۳].
گرافن
گرافن یک ورق مسطح با ضخامت nm1 (یک اتم) است که از اتم‌های کربنی تشکیل شده است که در یک شبکه بلوری لانه‌زنبوری جای گرفته اند. گرافن عنصر مادر سایر آلوتروپهای کربن از جمله گرافیت، نانولوله های کربنی و فولرن است[۴], [۵]. طبیعت گرافیت به‌عنوان یک ماده معدنی نزدیک به ۵۰۰ سال است که شناخته شده می باشد. بااین‌حال گرافیت به علت برخوردار بودن لایه های کربنی بر روی همدیگر دارای ساختاری متزلزل است.زیرا این لایه ها تنها با پیوندهای واندروالسی به یکدیگر وصل شده اند. در سال ۲۰۰۴ ژیم۳ همکارانش در دانشگاه شهر منچستر توانستند لایه های منفرد کربنی را به دست آورند. این کشف انقلابی، بعد جدیدی از علم را به تحقیقات علم فیزیک، شیمی، زیست فناوری و مواد اضافه کرده است.گرافن باریکترین ماده شناخته شده تا کنون است که دارای هدایت الکتریکی عالی، هدایت حرارتی،شفافیت نوری و همچنین ضریب انبساط حرارتی پایین می باشد.ویژگی های منحصر به فرد گرافن علاقه بسیار زیادی را در بین دانشمندان جهان و همینطور صنعت و فناوری به خود جلب کرده است. به تازگی، از گرافن به‌عنوان جایگزین پرکننده های نانویی مبتنی بر کربن در تهیه نانو کامپوزیت‌های پلیمری استفاده می شود. زیرا استفاده از این نانوذره خواص مکانیکی،الکتریکی و حرارتی پلیمرها را تاحد بسیار زیادی بهبود می بخشد. انتظار می رود که در آینده نزدیک استفاده از این نانوذره در ساخت دستگاههای زیستی الکترونیکی تا حد بالایی افزایش یابد. همچنین گرافن به علت هدایت الکتریکی عالی و انعطاف پذیری مکانیکی بالا قادر است تا جایگزین مواد هادی فلزی در دستگاههای الکترونیکی شود. همچنین گرافن به دلیل داشتن سطح مقطع بالا و قابلیت عامل دار شدن با گروه‌های عاملی مناسب در سالیان گذشته مورد توجه بسیاری از دانشمندان جهان جهت جذب یون‌های فلزات سنگین از آب قرار گرفته است. در شکل ۴-۲ تک لایه گرافن و ساختار لانه زنبوری آن مشاهده می شود که این ساختار عنصر مادر و تشکیل دهنده مواد دیگر همچون گرافیت و کربن و فولرن و کربن نانولوله می باشد.

شکل ‏۲-۴ ساختار لانه‌زنبوری گرافن که عنصر مادر و تشکیل دهنده مواد دیگر همچون گرافیت و کربن و فولرن و کربن نانولوله می باشد[۴]

کاربرد کیتین و کیتوسان در حذف یون‌های فلزات سنگین
یون های فلزات سنگین یکی از مهم‌ترین دسته های آلاینده‌های آب هستند که از طریق هرم مواد غذایی وارد بدن انسان ها شده و مشکلات بسیار زیادی را برای آنها ایجاد می کنند.یون های فلزات سنگین از طریق فعالیت های صنعتی مختلف وارد محیط زیست شده و سبب آلودگی آن می‌شوند. کیتین و کیتوسان و مشتقات آنها به طور گسترده به‌عنوان جاذب در حذف یون‌های فلزات سنگین از آب و فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند. پتانسیل جذب بالا در کیتوسان را می‌توان به سه دلیل دانست:
الف – آبدوستی بالای کیتوسان به دلیل دارا بودن تعداد زیادی گروه‌های هیدروکسیل موجود در واحدهای گلوکز
ب – حضور تعداد زیادی از گروه‌های عاملی در ساختار(همانند گروه‌های آمینی)
ج – واکنش پذیری شیمیایی بالای این گروه‌های عاملی
د – ساختار انعطاف پذیر زنجیره های پلیمری این ماده.[۶]
کادمیوم و ترکیبات آن حتی در غلظت های بسیار کم برای موجودات زنده و زیست بوم طبیعی به شدت سمی هستند.بیماری شناخته شده “اوچ اوچ۴” در ژاپن که منجر به شکستگی های متعدد در بدن می شود، با کادمیوم در ارتباط است. کیتین به‌عنوان یک جاذب در حذف یون کادمیوم از محلول آبی توسط محققان مورد استفاده قرار گرفته است.[۷]در این تحقیق ظرفیت جذب برای کیتین ۱۴mg از یون کادمیوم به ازای ۱ gr کیتین مشاهده شد. همچنین در تحقیق دیگری از میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM) جفت شده با پراش اشعه ایکس نیز جهت بررسی و مشاهده گره های حاوی کادمیوم در سطح کیتین و به تعادل رسیدن کادمیوم و کیتین استفاده شد. محققان اثر تاثیر یون‌های فلزی مس و روی دو ظرفیتی را بر جذب کادمیوم در دمای ?۲۵ و در شرایط ثابت بررسی کردند[۸]. میزان جذب یون‌های فلزات سنگین به صورت زیر گزارش شد:
مس کادمیومروی
یون روی دو ظرفیتی بر افزایش میزان جذب یون‌های کادمیوم توسط روی در شرایط آزمایش تاثیر گذاشته بود؛ در حالی که حضور یون مس دوطرفیتی سبب کاهش میل جذب کادمیوم توسط کیتین شده بود.
راندمان حذف یون کادمیوم توسط کیتوسان نیز مورد بررسی قرار گرفته است[۹]. ظرفیت جذب یون کادمیوم در این تحقیق برابر با mg5.93 به ازای gr1 کیتوسان در محدوده pH بین ۴ تا ۸.۳ گزارش شده است. این میزان جذب در حضور اتیلن دی آمین تترااستیک اسید به میزان چشمگیری کاهش پیدا کرد. این امر به دلیل اتیلن دی آمین تترااستیک اسید و دیگر آمینو پلی کربوکسیلیک اسید های شناخته شده است که با یون‌های فلزات سنگین کمپلکس های بسیار پایدار تشکیل می دهند[۱۰].
جیوه، مس، نیکل، روی، سرب و منگنز برخی دیگر از یون‌های فلزات سنگین هستند که در حال حاضر در غلظت های بالاتر از حد مجاز در محیط زیست قرار دارند. حذف این یون‌های فلزات سنگین از آب توسط محققان زیادی توسط کیتین و کیتوسان و مشتقات آنها مورد بررسی قرار گرفته است. مک کی۵ و همکارانش جذب برخی از یون‌های فلزات سنگین توسط کیتوسان را مورد بررسی قرار دارند[۱۱]. با انجام آزمایش‌ها مشخص شد که ظرفیت جذب کیتوسان برای جیوه، مس، نیکل و روی دو ظرفیتی به ترتیب برابر با mg815، mg222، mg164 وmg75 به ازای gr1 کیتوسان بود.
استفاده از تکه۶ های کیتوسان در حذف یون مس دو ظرفیتی از آب مورد آزمایش قرار گرفته و گزارش شده است[۱۲]. کیتوسان توانایی بسیار عالی جهت جذب یون مس در حدودmmol 1.8 تا mmol2.2 به ازایgr 1 پودر خشک را از خود نشان داد. همچنین ظرفیت جذب در حضور غلظت زیادی از یون‌های کلراید در محلول به شدت و با شیب بسیار زیادی افزایش می یابد. تغییرات pH محلول منجر به ایجاد رقابت جهت جذب یون مس توسط کیتوسان می شود. میزان بهینه جذب مس بر روی تکه های کیتوسان در حدود ۶.۰-۵.۴ گزارش شده است.
عملکرد منابع تجاری در دسترس کیتین، کیتوسان و کیتوسان دارای اتصال عرضی شده با بنزوکینون برای یون‌های فلزات سنگین مختلف مورد بررسی قرار گرفته است[۱۳]. pH اولیه محلول فلزی به طور قابل توجهی تحت تاثیر ظرفیت جذب فلز قرار دارد. بیشترین مقادیر جذب فلزات با کیتوسان حل شده با غلظت gr/Lit 1و در pH برابر ۴ و با غلظت اولیه فلزات برابر با mgr/Lit400 به ترتیب به میزان mg137، mg124، mg108و mg 58 به ازای ۱g کیتوسان برای فلزات مس، کروم، روی و آرسنیک گزارش شده است.
حذف همزمان یون‌های فلزات مختلف(روی، مس، کادمیوم و سرب) با استفاده از تکه های کیتوسان تجاری در دسترس از محلولهای آبی و در شرایط فیزیکی و شیمیایی متغیر گزارش شده است[۱۴]. نتایج به دست آمده نشان داد که میزان قابل توجهی از این یون‌های فلزی توسط کیتوسان جذب می‌شوند. تکه های کیتوسان حداکثر ظرفیت جذب را برای یون‌های مس به نمایش گذاشته اند. میزان جذب یون‌های فلزات سنگین با کیتوسان به صورت زیر کاهش یافته است:
مسسربکادمیومروی
جذب این فلزات توسط کیتوسان به شدت به pH بستگی دارد. میزان جذب این یون‌ها توسط کیتوسان با افزایش pH از ۴ به ۷ افزایش یافت. این امر به قابل دسترس بودن بیشتر گروه‌های آمینی در pH های بالاتر نسبت داده شد. از سوی دیگر کاهش میزان جذب یون‌های فلزات سنگین را در pH اسیدی می‌توان به این امر نسبت داد که با کاهش pH، یون‌های فلزات سنگین که دارای بار مثبت هستند، برای جذب شدن بر روی گروه‌های نیتروژنی یا محل های فعال۷ باید به رقابت با H3O+ بپردازند.
چندین تغییر شیمیایی توسط محققان برای افزایش میزان جذب دانه۸ های کیتوسان با اتصالات عرضی انجام شده است[۱۵]. در میان این آزمایش‌ها، آمینه کردن دانه های کیتوسان به وسیله واکنش شیمیایی با اتیلن دی آمین و کربو دی آمین سبب افزایش چشم گیر میزان جذب یون جیوه توسط این دانه ها شد. ظرفیت جذب دانه های آمینه شده کیتوسان در حدود mmol2.26 جیوه به ازای gr1کیتوسان خشک در pH برابر با ۷ برآورد شد. شکل ۵-۲ طرح‌واره‌ای از واکنش شیمیایی کیتوسان با اتیلن دی آمین و کربو دی آمین را نمایش می دهد. این مقدار یکی از بالاترین ظرفیت های جذب در میان جاذب های زیستی می باشد. همچنین دانه های کیتوسان دارای ویژگی رقابتی بین جذب یون جیوه و هیدروژن می باشند که این رقابت با استفاده از مدل تعادل هم‌دما با موفقیت شبیه سازی شد.

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه با موضوع بهبود عملکرد، مصرف کنندگان، بهبود کیفیت، تقسیم بندی

شکل ‏۲-۵ ایجاد اتصالات عرضی و بررسی سازوکار ساختار پس از چند اصلاح:
(الف) سازوکار اتصال عرضی کیتوسان با استفاده از گلوتارآلدهید
(ب)سازوکار کربوکسیله کردن و آمینه کردن دانه های کیتوسان[۱۵]
به منظور افزایش جذب یون کادمیوم توسط کیتوسان ،رورر۹ و همکارانش آزمایش هایی را برای افزایش تخلخل دانه های کیتوسان با اضافه کردن محلول کیتوسان اسیدی به محلول سدیم هیدروکساید انجام دادند[۱۶]. دانه های کیتوسان با استفاده از گلوتار آلدهید شبکه ای شده و سپس سرمایش خشک۱۰ شدند. قطر ذرات به دست آمده بین mm1 تا mm3 تخمین زده شد. ذره های با قطر mm1 دارای سطح مقطع بیش از m^2/gr150 بوده و میزان متوسط اندازه منافذ آنها در حدود A^° ۵۶۰ و غیرقابل حل در محلول‌های اسیدی با pH برابر با ۲ بودند. جذب سطحی هم‌دما در ?۲۵ و pH حدود ۶.۵ و محدود غلظت کادمیوم mg/Lit1690-1 انجام شد و بیشینه جذب برای ذرات با قطر mm3 و mm1 در حدود mg518 و mg188 کادمیوم به ازای gr1 دانه کیتوسان

دیدگاهتان را بنویسید