الفهرس 
INTRODUCTIONOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 115 |  |  |
| | | from | 115 | | |
Abstract
يكمن التحدي الكبير لهذا القرن في التخلص من المخلفات الناتجة عن الأنشطة الصناعية والمنزلية والزراعية دون أن تتأثر المياه - باعتبارها جزءًا حيويًا من دورة الحياة - بهذه الأنشطة التي تجعلها في النهاية غير صالحة للاستعمال .
يعتبر تلوث المياه أحد التحديات العالمية التي تحتاج إلى تقنيات غير تقليدية لمعالجتها بهدف تحسين جودتها وتقليل آثارها السلبية على صحة الإنسان والنظام البيئي بأكمله.
يُعد التلوث بالعناصر الثقيلة واحدا من أهم تلك الملوثات، لأنها غير قابلة للتحلل الحيوي ، وغالبًا ما تتراكم في البيئة مسببة آثارًا ضارة على المدى القصير أو الطويل على حد سواء، حتى في التركيزات المنخفضة. فقد أثبتت عملية الادمصاص أنها مجدية اقتصاديًا وفعالة عن التقنيات الأخرى ، خاصة لإزالة الملوثات من المحاليل المخففة. ومن هنا ، يتم دراسة الممتازات الجديدة القائمة على المواد النانومترية على نطاق واسع، ووضع هذا في الاعتبار.
لذا كان تطويرمواد نانومترية جديدة وفعالة ومنخفضة التكلفة لتطبيقها في مياه الصرف الصحي ذا أهمية كبيرة في السنوات الماضية ، بسبب الخصائص الخاصة مثل التفاعل العالي والادمصاص القوي.
تعتمد إحدى التقنيات الواعدة على أجهزة ومنتجات تكنولوجيا النانو. تقنية النانو هي هندسة الأنظمة الوظيفية على المستوى الجزيئي (1-100 نانومتر)،والتي تقدم منتجات جديدة وبدائل عملية لتنقية المياه ”
ومن المميزات الرئيسية لاستخدام الجسيمات النانومترية مقارنة بالمواد التقليدية هي مساحة الأسطح العالية ، مما يعني وجود مساحة كبيرة لتطوير التفاعلات الكيميائية ، والتبادلات الفيزيائية ، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك نجد أن المواد النانومترية تزيل الملوثات بشكل فعال حتى عند التركيزات المنخفضة ، وتنتج نفايات أقل بعد المعالجة.
تتعدد طرق معالجة المياه الملوثة وفيها تنتبع خطوات عديدة ومواد طبيعية وغير طبيعية للوصول بها إلى الإستخدام الآمن.
لذا اهتمت الدراسة بالاستعانة بأحدث التقنيات المعروفة :-
وهي تقنية النانوتكنولوجي من أجل التوصل لإزالة بعض العناصر الثقيلة من مياه ملوثة بها.
لذلك فقد اهتمت الدراسة بالآتي:
1- تصنيع أغشية رقيقة من بوليمر البولي فينيل كلوريد (PVC) بمفرده أو مع إضافة نسب مختلفة من مواد نانومترية متحصل عليها من أكسيد التيتانيوم بهدف دراسة فاعلية هذه الأغشية في إزالة العناصر الثقيلة من المياه الملوثة.
2- دراسة كفاءة بعض المواد الطبيعية منخفضة التكلفة مثل الكيتوزان لإزالة العناصر الثقيلة من المياه الملوثة.
3- دراسة إمكانية إعادة تأهيل الأغشية المستخدمة واستخدامها مرة ثانية عن طريق غسلها بمحاليل مختلفة مثل الماء المقطر،( كلوريد الصوديوم، حمض الستريك، المركب المخلبي EDTA ).
بهدف معرفة أي هذه المحاليل أكثر كفاءة في إعادة الأغشية الرقيقة للاستخدام ومن ثم تقييم إعادة استخدامها في إزالة العناصر الثقيلة خاصة عنصري الحديد والكروم.
4- دراسة كفاءة إعادة استخدام الأغشية الرقيقة المحتوية على المواد النانومترية والمشبعة بعنصري الحديد والكروم عدة مرات وذلك عن طريق غسيلها بحمض الستريك كمحلول أمثل ،كما أظهرت نتائج التجربة السابقة، حيث تم تكرار عملية تشبع الأغشية بعنصري الحديد والكروم وإعادة غسيلها أربع مرات متتالية.
ويمكن تلخيص أهم النتائج المتحصل عليها فيما يلي:
1- إمكانية تصنيع أغشية رقيقة تحتوي على مواد نانومترية مختلفة من مصادر طبيعية (الكيتوزان) منخفضة التكلفة أو مواد كيميائية (أكسيد التيتانيوم) واستخدامها في إزالة بعض العناصر الثقيلة خاصة الحديد والكروم من مياه ملوثة.
2- تبين بالتجربة أنه عند استخدام الميكروسكوب الإلكتروني النافذ أن الأغشية الرقيقة التي تم تجهيزها من بوليمر PVC تبلغ مساحة سطح 0.3 م 2 / جم بمتوسط قطر مسام يبلغ 6.7 نانومتر. بينما بعد إضافة المواد النانومترية متمثلة في الكيتوزان وأكسيد التيتانيوم ، زادت مساحة السطح المحددة إلى 282 م2/ جم بمتوسط قطر مسام يبلغ 5.3 نانومتر.
3- كشف طيف FTIR للكيتوزان عن نطاق امتصاص كبير يتراوح بين 1220 سم-1 و 1020 سم-1 يمثل المجموعة الأمينية الحرة (NH2) في موضع C2 من الجلوكوزامين ، وهي مجموعة رئيسية موجودة في الكيتوزان، كما أوضح أيضًا أن أكسيد التيتانيوم النانومتري يتميز بقمم مميزة في نطاقات 500-700 سم-1 و 995 سم-1 ، والتي ترجع إلى التمدد Ti-O-Ti و Ti-O.
4- أوضحت نتائج حساب درجة نزع مجموعة الاستيل للشيتوزان بواسطة التحليل الطيفي بواسطة الأشعة تحت الحمراء (FT-IR) ، أن درجة ال DDA للكيتوزان كانت قد سجلت 91.85٪.
5- تبين من نتائج الأشعة السينية بالنسبة للـ PVC وجود القيمتين عند θ2 تساوي ◦16.5 و◦24.9 في حين أنه بإضافة مواد نانومترية للـ PVC مع الكيتوزان و TiO2 أدى إلى زيادة مساحة بين◦17 درجة و◦27 درجة مئوية، وذلك يشير إلى زيادة في الجزء غير المتبلور مما يمكن أن يحسن عملية الامتصاص.
6- وجد أنه بزيادة وقت التلامس يزيد تأثير امتصاص المعادن الثقيلة بواسطة الأغشية الرقيقة المختلفة حيث تم دراستها من 30 إلى 150 دقيقة والتي تبين منها أن الزيادة في نسب بوليمر الشيتوزان والزمن مصحوبة بزيادة امتصاص المعادن الثقيلة ، حيث اتضح زيادة في الامتصاص بزيادة زمن التلامس وبالتالي زيادة كفاءة الإزالة والتي وصلت إلى 93 و 97٪ في 150 دقيقة.
7- أظهرت نتائج استخدام نموذج الدرجة الثانية و تحليل معدلات امتصاص المعادن الثقيلة في الأغشية الرقيقة المختلفة أن ثوابت معدل الرتبة الثانية k لها قيم أقل عند Fe و Mn و Zn و Cu و Pb و Cd و Ni و Co و Cr كانت 0.0149 و 0.0134 و 0.0087 و 0.0056 و 0.0149 و 0.0052 و 0.0079 و 0.0079 و 0.0076 على التوالي .
8- سجلت نتائج نموذج الدرجة الثانية أن مادة الادمصاص ملاءمة وممتازة في إزالة المعادن الثقيلة من المحلول المائي بتركيز عالٍ ، و أيضًا قيمة متكاملة عالية لمعاملات الارتباط (R2) بالنسبة للمعاملات حيث يشير نموذج الدرجة الثانية إلى الادمصاص العالي للعناصر الثقيلة.
9- كانت الكمية المزالة من العناصر الثقيلة بواسطة الأغشية الرقيقة المحتوية على البوليمر بنسبة 100% لكل من الحديد، المنجينز، الزنك، النحاس، الرصاص، الكادميوم، النيكل، كوبلت والكروم هي 32.7 و 20.3 و 24.6 و 23.8 و 6.59 و 4.28 و 3.68 و 14.9 و 31.35 على التوالي حيث سجلت النتائج زيادة في هذه الكميات عند إضافة الشيتوزان وأكسيد التيتانيوم إلى طبقة البوليمر الرقيقة حيث وصلت إلى 107 و 90.6 و 81.6 و 84.3 و 24.2 و 47.2 و 85.1 و 178.8 و 110.8 بنفس الترتيب، وأوضحت النتائج أن كمية العناصر الثقيلة بالنسبة إلى كتلة مادة الادمصاص من 3 إلى 32 لكل من عنصري النيكل والحديد على التوالي في الغشاء الرقيق المحتوي على الPVC فقط، ووصلت إلى 85 و 107 لنفس العنصرين باستخدام الأغشية الرقيقة المعدلة بمواد نانومترية.
10- أوضحت الدراسة الكفاءة العالية للأغشية الرقيقة في إزالة العناصر الثقيلة التالية : الحديد، المنجينز، الزنك، النحاس، الرصاص، الكادميوم، النيكل، كوبلت والكروم حيث سجلت النتائج 29.5 ، 19.7 ، 26.7 ، 25.2 ، 24.5 ، 8.07 ، 3.85 ، 7.45 و 26.5٪ على التوالي. تؤدي إضافة الكيتوزان بتركيز 0.64٪ إلى 20٪ PVC إلى زيادة هذه القيم إلى 54.3 و 48.5 و 51.3 و 50.4 و 46.5 و 45.9 و 35.5 و 43.3 و 49.9 على التوالي.
11- سجلت النتائج ارتفاعا ملحوظا في كفاءة إزالة الأغشية الرقيقة المعدلة بمواد نانومترية متمثلة في الكيتوزان وأكسيد التيتانيوم والتي وصلت إلى 93 وحتى 97%، والتي تزيد بشكل كبير وملحوظ من كفاءتها لإزالة المعادن الثقيلة من المياه الملوثة.
12- أظهر التحليل الإحصائي ، في كثير من الحالات ، فروق معنوية عالية بين المعادن والأغشية الرقيقة حيث أوضحت تفوق الأغشية المحتوية على (20 PVC + 80 Cz +0.08 TiO2) وعلى انخفاض الأغشية الرقيقة (100 PVC) في إزالة العناصر الثقيلة من المياه الملوثة.
13- تبين من النتائج أن إضافة الكيتوزان وأو أكسيد التيتانيوم أدت إلى زيادة كفاءة أغشية PVC في ادمصاص العناصر الثقيلة وبالتالي سهولة التخلص منها، حيث زادت نسبة إزالة الحديد بحوالي 3 أضعاف (من 30٪ إلى 97٪).
14- أظهرت الدراسة إمكانية إعادة استخدام الأغشية الرقيقة المصنعة لأكثر من مرة عن طريق إزالة الملوثات من على سطحها باستخدام محاليل مختلفة وهي الماء، كلوريد الصوديوم، EDTA وحمض الستريك، حيث تفوق حامض الستريك في غسل كل من الحديد والكروم يليه EDTA وكان الأقل بالماء .
15- تكشف النتائج أن أغشية PVC الرقيقة المعدلة بالمواد النانومترية مستقرة للغاية عند تعرضها لمعادن الحديد والكروم لعدة مرات (أربعة مرات متتالية من تشبع الغشاء الرقيق بكل من عنصري الحديد والكروم وإعادة غسيلة في كل مرة ) وتعمل بكفاءة، حيث أظهر الغشاء كفاءة إعادة التدوير التي لا تزال جيدة بعد أربعة استخدامات.
من النتائج الموضحة سابقا, وجد أنه أمكن تصنيع أغشية رقيقة تحتوي على مواد نانومترية مختلفة من مصادر طبيعية منخفضة التكلفة (الكيتوزان) أو مواد كيميائية (أكسيد التيتانيوم) واستخدامها في إزالة بعض العناصر الثقيلة خاصة الحديد والكروم من مياه ملوثة.
أوضحت الدراسة إمكانية إعادة استخدام الأغشية الرقيقة المصنعة عن طريق إزالة الملوثات من على سطحها باستخدام محاليل مختلفة، وكان أكثر المحاليل فاعلية هو حمض الستريك.
أوضحت النتائج أن اضافة الكيتوزان و/ أو أكسيد التيتانيوم أدت إلى زيادة كفاءة أغشية PVC في ادمصاص العناصر الثقيلة وبالتالي سهولة التخلص منها.