SUPERVISOR
Sedigheh Borhani,Behzad Rezaei
صدیقه برهانی (استاد راهنما) بهزاد رضائی (استاد راهنما)
STUDENT
Razieh Ardekani
راضیه اردکانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390
TITLE
investigating the performance of polyacrylonitrile/polythiophen -TiO2 and Polyamid6/molecularly imprinted polymer nanofibers mats for adsorption of bisphenol A in water samples
Due to the importance of removing environmental pollutants to prevent human damage, the design of a substrate that can adsorb toxic and contaminating molecules in the industry, medicine and the environment is very necessary. Based on the properties and structure of nanofibers prepared by the electrospinning method, the purpose of this study was to produce a selective substrate using electrospinning of a polymer solution containing different modifiers such as metal oxides, conductive polymers, and molecularly imprinted polymers. In the first part, polyacrylonitrile nanofibers containing titanium dioxide nanoparticles and titanium dioxide modified with polythiophene were prepared. Photocatalytic properties of the nanofibers were investigated and compared with those of methyl orange, methylene blue and phenol. The prepared nanofibers had photocatalytic properties in response to different dyes, including methyl orang and methylene blue, and no significant changes in their performance were observed with different analyte types. So, the produced nanofibers responded to different analytes; as a result, they were not selective materials. Also, the capacity and performance of the nanofibers were decreased with increasing the initial concentration of the analyte and in some cases, a significant decrease was observed. Thus, it had no good sensitivity. Therefore, in the next part of the study, by using the molecularly imprinted polymer, the selectivity and sensitivity of the nanofibers were modified to adsorb bisphenol A. Molecularly imprinted polymer nanofibers were prepared using 3-aminopropyltriethoxy silane as the functional monomer and bisphenol A as a template molecule via the sol-gel process and the electrospinning technique. The molar ratio of the functional monomer to template molecule, as well as the amount of water and acid as a catalyst, were optimized to produce an MIP-NF with the suitable adsorption ability. EDS and FTIR spectra also exhibited that the MIPs were successfully synthesized via the sol-gel process. Raman, TGA and DSC measurements further demonstrated that there was a ?-form as well as an ?-form due to the existence of intermolecular interactions between nylon 6 and MIPs in the nanofibers. Also, there was no changes the thermal stability and crystallinity of the nanofibers. BET analysis also showed that the surface area of MIP-NFs was noticeably higher than that of NIP-NFs due to the existence of the imprinting sites in the MIP-NFs. The FESEM and TEM images also revealed that nanofibers had a smooth morphology without any beads, and the MIPs were formed on the surface as well as inside the nanofibers. The binding kinetics could be closely matched with the pseudo-second-order kinetic model, indicating a rapid adsorption process. The maximum binding capacity obtained from the Sips model for MIP-NFs and NIP-NFs was 115 and 46 mg/g, respectively. As shown by the results, the binding capacity of MIP-NFs was twice more than that of NIP-NFs, confirming the formation of specific holes in the nanofiber structure. MIP-NFs also exhibited good selectivity to phenol, 2-naphtol and naphtol AS as similar compounds. In addition, MIP-NFs showed good properties for the 5 cycle adsorption-desorption.
با توجه به خواص و ساختار نانوالیاف تهیه شده به روش الکتروریسی، هدف از این رساله تولید بسترهای انتخابپذیر با استفاده از روش الکتروریسی محلول پلیمری حاوی اصلاحگرهای مختلف از جمله اکسیدهای فلزی، پلیمرهای هادی و پلیمرهای حکاکی شده مولکولی است. در ابتدا با توجه به حساسیت نانوذرات اکسیدفلزی به تابش نور، نانوالیاف پلیاکریلونیتریل حاوی نانوذرات تیتانیمدیاکسید و تیتانیمدیاکسید اصلاح شده با پلیتیوفن تهیه شد. خواص فتوکاتالیستی نانوالیاف نسبت به متیلاورانژ، متیلن بلو و فنول مورد بررسی قرار گرفت. نانوالیاف تولید شده تحت تابش نور مرئی قادر به تخریب رنگزا بود و نسبت به رنگزاهای مختلف از جمله متیلاورانژ و متیلنبلو عملکرد خوبی از خود نشان دادند و با تغییر نوع رنگزا تغییر قابل توجهی در عملکرد آن مشاهده نشد. بنابراین نانوالیاف تولید شده به گونههای مختلف واکنش نشان میدهند و در نتیجه انتخابپذیر نمیباشند. همچنین ظرفیت و عملکرد نانوالیاف با افزایش غلظت اولیه آنالیت کاهش یافته و در برخی موارد کاهش قابل توجهی از خود نشان داده است و در نتیجه دارای عملکرد مناسبی نیز نمیباشند. از این رو در قسمت بعدی پژوهش به منظور تولید نانوالیافی که از حساسیت و انتخابپذیری مناسبی نسبت به گونه خاصی برخوردار باشند از پلیمرهای حکاکی شده مولکولی (MIPs) استفاده شد. لذا با استفاده از پلیمر حکاکی شده مولکولی خواص انتخابپذیری و حساسیت نانوالیاف نایلون 6 نسبت به جذب بیسفنلآ بررسی گردید. در این روش نانوالیاف حکاکی شده پلیمری با استفاده از 3-آمینوپروپیلتریاتوکسیسیلان به عنوان منومر و بیسفنلآ به عنوان مولکول الگو به روش سُل-ژل و الکتروریسی تهیه شدند. نسبت منومر عاملی به مولکول الگو و همچنین میزان آب و اسید به عنوان کاتالیزور جهت تولید پلیمر حکاکی شده با قابلیت جذب و تشخیص مناسب بهینهسازی شد. نتایج حاصل از بررسیهای FTIR، تشکیل و حضور پلیمرهای حکاکی شده در نانوالیاف نایلون 6 را تأیید کرد. تصاویر FESEM و TEM تشکیل نانوالیاف حکاکی شده با مورفولوژی یکنواخت و بدون بید را نشان دادند و همچنین مشاهده شد که پلیمرهای حکاکی بر روی سطح و همچنین داخل نانوالیاف حضور دارند. علاوه بر این آزمون EDS حضور و توزیع یکنواخت پلیمرهای حکاکی شده مولکولی در ساختار نانوالیاف را تأیید کرد. آزمونهای رامان، DSC و TGA نشان دادند که علاوه بر ساختار ?، ساختار ? به دلیل برهمکنش بین MIPs و نایلون 6 تشکیل شده است و همچنین پایداری حرارتی و میزان بلورینگی نانوالیاف نایلون 6 با حضور MIPs در نانوالیاف تغییر نکرده است . نتایج حاصل از آزمون تخلخلسنجی نیز حضور مزوحفرهها را نشان داد. دادههای حاصل از سینتیک جذب نمونهها با سینتیک شبه درجه دوم تطابق زیادی داشته و نشان میدهد فرآیند جذب سریع میباشد. ایزوترم جذب نمونهها با استفاده از سه مدل ایزوترم لانگمیور، فرندلیچ و سیپس مورد بررسی قرار گرفت. ایزوترم سیپس با بالاترین ضریب تعیین (9931/0R 2 =) تطابق زیادی با دادههای تجربی نشان داد. با توجه به مدل سیپس بالاترین میزان جذب برای نانوالیاف حکاکی شده mg/g 115 و نانوالیاف حکاکی نشده mg/g 46 بدست آمد. نتایج نشان داد میزان جذب نانوالیاف حکاکی شده نسبت به نانوالیاف حکاکی نشده بیشتر از دو برابر است،که تأییدی بر تشکیل حفرههای ویژه در ساختار نانوالیاف حکاکی شده است. همچنین نانوالیاف حکاکی شده انتخابپذیری خوبی نسبت به گونههای مشابه (فنول، 2-نفتول و نفتول آ-اس) از خود نشان داد. علاوه بر این، نانوالیاف حکاکی شده تا 5 مرتبه قابلیت بازیابی داشته و خواص مطلوبی از خود نشان میدهند.