SUPERVISOR
Mehdi Karevan,Jahangir Abedi-Koupai
مهدی کاروان (استاد مشاور) جهانگیر عابدی کوپائی (استاد راهنما)
STUDENT
Niloufar Najafi
نیلوفر نجفی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
Synthesis of Polyethylene/ ZnO nanocomposite cover for investigating photo-degradation, anti-algae, and antibacterial properties to reduce evaporation from free surface water
Water scarcity is one of the most important and greatest challenges of the current century and effects on many critical areas for society: food, energy, security, and the environment. One of the important strategies in the free-surface reservoir is evaporation control from the water surface, which in many cases is more economical to collect and store the same amount of water from other sources. The use of nanotechnology in the water industry as one of the most important foundamental of human life and the industry has become one of the requirements of science and knowledge of the present century. Therefore, in this study, polymer coverage based on nanotechnology have been developed to prevent and reduce the evaporation of water from free-surface reservoirs. According to the purpose of this study, high-density polyethylene and zinc oxide nanoparticles were used to produce the cover. High-density polyethylene/Zinc oxide nanocomposite was produced in a complete and continuous system of micro-extruder-micro-injection by adding zinc oxide nanoparticles in 1, 5, 10 and 12 wt% to high-density polyethylene. First of all, the properties of nanocomposites were evaluated by using FE-SEM, X-ray diffraction (XRD) and Fourier transformation infrared spectroscopy (FT-IR) tests. Then, mechanical properties including tensile, flexural, thermal properties, photo-degradatio have been evaluated and finally, the anti-algae and anti-bacterial properties of nanocomposite samples and the quality of water containing to the nanocomposite samples have been investigated. According to FE-SEM results, the best homogeneous and uniform distribution and adhesion between nanoparticles and polymer matrix were obtained for nanocomposites containing 1% wt. of zinc oxide nanoparticles. By investigating the photo-degradation, the mechanical properties at 48, 96 and 240 hours were generally increased compared to the before UV exposure but in all conditions, for nanocomposites containing 1 wt% of zinc oxide, the highest increase in properties were observed. The results of the XRD and DSC tests indicate that with increasing nanoparticles, more crystals are produced with smaller sizes. In the study of anti-algae properties, the lowest levels and the anti-algae properties were observed for nanocomposites, pure polyethylene, Plexiglas, wood, and bone fiber, respectively. The results of water quality assessment indicate that all parameters of pH, electrical conductivity, nitrate, phosphate, the reached of zinc element in the water were in the standard range; only potassium content was showed outside the range of relevant standards. Finally, antibacterial properties were observed and 10 and 12 wt% of ZnO nanoparticles showed 100% antibacterial ratio for common bacteria E. coli., But for the bacteria Staphylococcus aureus and the Pseudomonas aeruginosa, the antibacterial rate decreased. Key words Prevent evaporation of water, Nanocomposite, High-density polyethylene, Zinc oxide nanoparticles, Photo-degradation, Anti-bacterial, Anti-algae
کمبود آب از جمله مهمترین و بزرگترین چالشهای قرن حاضر است و در بسیاری از امور حیاتی برای جامعه مثل غذا، انرژی، امنیت و محیط زیست اثرگذار است. از جمله راهکارهای مهم در بحث منابع آبی روباز، کنترل تبخیر از سطح آب است که در بسیاری از موارد از جمع آوری و ذخیره همان مقدار آب از منابع دیگر اقتصادیتر است. استفاده از روش های حاصل از نانو فناوری در صنعت آب به عنوان یکی از مهمترین پایههای حیات و صنعت انسانها به یکی از ملزمات دانش و علم قرن حاضر تبدیل شده است. بنابراین در این پژوهش اقدام به تولید پوششهای پلیمری بر پایه فناوری نانو برای جلوگیری و کاهش از تبخیر آب از سطح آزاد مخازن شده است. با در نظر داشتن هدف این پژوهش، برای ساخت پوشش از پلی اتیلن سنگین و نانوذرات اکسید روی استفاده شده است. با اضافه کردن نانوذرات اکسید روی در درصدهای وزنی 1، 5، 10 و 12 به پلی اتین سنگین، نانوکامپوزیت پلی اتیلن/اکسید روی به روش سیستم مکمل و پیوسته میکرو اکسترودر- میکرو تزریق تولید شد. در ابتدا بررسی خواص نانوکامپوزیتها با استفاده از آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی(FE-SEM)، آزمون پراش اشعه پرتو ایکس (XRD) و آزمون طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FT-IR) صورت گرفت. سپس خواص مکانیکی شامل آزمونهای کشش،خمش، خواص حرارتی، تخریب پذیری نوری مورد ارزیابی قرار گرفته است و در نهایت به بررسی خواص ضد جلبک و ضد باکتری نمونههای نانو کامپوزیتی و کیفیت آب قرار گرفته شده در کنار نانوکامپوزیتها پرداخته شده است. با توجه به نتایج آزمون SEM FE-بهترین پخش همگن و یکنواخت و چسبندگی بین نانوذرات و ماتریس پلیمری برای نانوکامپوزیت حاوی 1 درصد وزنی نانوذرات اکسید روی حاصل شده است. ارزیابی خواص مکانیکی در دو بخش آزمون کشش و خمش تحلیل شد و به صورت کلی در بخش خواص مکانیکی بهترین خواص برای نانوکامپوزیت حاوی 1 درصد وزنی از اکسید روی مشاهده گردید. با بررسی تخریب نوری به طور کلی افزایش خواص مکانیکی در ساعتهای 48، 96 و 240 نسبت به حالت قبل از تخریب نوری حاصل شد اما در کلیه حالتها برای نانوکامپوزیت حاوی 1 درصد وزنی از اکسید روی بیشترین افزایش خواص را دارا بود. نتایج آزمون XRD و DSC حاکی از آن است که با افزایش میزان نانوذرات کریستالهای بیشتری با اندازه کوچکتری حاصل شده است. در بررسی خواص ضد جلبک، کمترین میزان نشست و مشاهده خواص ضد جلبک به ترتیب برای نانوکامپوزیتها، پلی اتیلن خالص، پلکسی گلاس، چوب و فیبر استخوانی بودند.نتایج بررسی کیفیت آب حاکی از آن است که کلیه پارامترهای pH، هدایت الکتریکی، نیترات، فسفات، میزان عنصر روی موجود آب در محدوده استاندارد قرار داشت؛ فقط میزان پتاسیم خارج از محدوده استانداردهای مربوطه قرار گرفت. در نهایت برای نانوکامپوزیتها خواص ضد باکتری مشاهده گردید و در درصدهای وزنی 10 و 12 از نانوذرات اکسید روی برای باکتری رایج اشرشیا کلی نرخ ضد باکتری 100% بدست آمد اما برای باکتری استافیلوکوک اورئوس و باکتری سودوموناس آئروژنیوز نرخ ضد باکتری کاهش یافت. کلمات کلیدی: جلوگیری از تبخیر آب، نانوکامپوزیت، پلی اتیلن سنگین، نانوذرات اکسید روی، تخریب نوری، ضد باکتری، ضد جلبک