شماره ركورد
25363
شماره راهنما
CHE3 264
عنوان
بررسي جزئيات مولكولي حذف آلاينده آرسنيك از آب توسط ساختارهاي MIL-88B با استفاده ازشبيه سازي ديناميك مولكولي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
شيمي - شيمي فيزيك
دانشكده
شيمي
تاريخ دفاع
1404/07/30
صفحه شمار
204 ص .
استاد راهنما
ناهيد فرضي كاهكش
كليدواژه فارسي
شبيه¬سازي ديناميك مولكولي , چارچوب¬هاي فلز-]لي , آلاينده¬هاي آب , آلودگي دي¬هيدروژن آرسنات
چكيده فارسي
نوشيدن آب مهمترين منبع ورود آرسنيك به سامانههاي زنده است. قرارگرفتن دائمي در معرض آرسنيك بر سامانه عصبي مركزي، كليه، پوست، كبد و ريه تأثير مخرب ميگذارد. مسموميّت شديد آرسنيك باعث بيماري قلبي، افزايش فشارخون و تأثير بر عروق بدن ميشود. تماس طولاني¬مدت با آب آلوده به آرسنيك منجر به تجمع رنگدانهها در پوست و گسترش پينههاي سخت در كف دست انسان ميشود.
در اين پژوهش در راستاي حذف آلاينده¬ي آرسنيك از آب، از چارچوب¬هاي فلز-آلي آهن¬دار استفاده شده است. با كمك شبيه¬سازي ديناميك مولكولي، نرم¬افزار لمپس و ميدان نيروي دريدينگ، جزئيات جذب سديم¬ دي¬هيدروژن آرسنات روي سه نوع از ساختارهاي MIL-88B بررسي شد. تأثير غلظت¬هاي متفاوت سديم دي¬هيدروژن آرسنات، دما و يون¬هاي مزاحم در جذب آرسنات مطالعه و بيشينه¬ي جذب توسط هر يك از جاذب¬ها با استفاده از همدماهاي جذب تعيين گرديد. در نهايت توانايي جذب هر سه جاذب با يكديگر مقايسه شد.
ظرفيت جذب دي¬هيدروژن آرسنات، توسط سه نوع MIL-88B، كه عبارتند از MIL-88B(Fe) (جاذب A)، MIL-88B-tpt (جاذب B) و Fe-MIL-88B (جاذب C)، تحت شرايط يكسان شبيهسازي و مقايسه گرديد. براي اين منظور، تأثير تغييرات غلظت دي¬هيدروژن آرسنات بر جذب بررسي ¬شد و حداكثر مقادير جذب توسط هر يك از جاذبها به¬دست آمد. نتايج حاصل از داده¬هاي تابع توزيع شعاعي، ميانگين مربعات جابه¬جايي و انحراف ريشه¬ي ميانگين مربعات يون¬هاي دي¬هيدروژن آرسنات، داده¬هاي فاصله، انرژي و نيروي بين جفت اتم¬هاي مورد نظر نشان¬ داد كه درصد جذب يون آرسنات توسط نانوذرات در جعبه¬ي شبيهسازي تا مقدار مشخصي از يون آرسنات افزايش مييابد، اما فراتر از آن، درصد جذب¬سطحي و بازده جذب نانوذرات كاهش مييابد. در نتيجه، بيشترين مقدار براي جذب مستقيم دي-هيدروژن آرسنات توسط 8 واحد فرمولي جاذب A، برابر با 5، براي 8 واحد فرمولي جاذب B، برابر با 6 و براي 9 واحد فرمولي جاذب C، برابر با 8 يون دي¬هيدروژن آرسنات است. به عبارت ديگر، بيشترين مقدار گرم سديم دي¬هيدروژن آرسنات جذب¬شده به¬ازاي يك گرم جاذب A برابر با 1410/0، جاذب B برابر با 1515/0 و جاذب C برابر با 1205/0 است. كه اين مقدار در مورد جاذب A با شواهد تجربي همخواني داشت. البته بررسي تجربي فقط براي جاذب A انجام شده ¬بود. سازوكار جذب برخي از يونهاي آرسنات از طريق تشكيل پل As-O-Fe به سطح نانوذرات و برخي ديگر نيز با يونهاي آرسنات متصل¬شده¬ي قبلي، پيوندهاي هيدروژني تشكيل¬داده و به نانوذره متصل¬ شدند. نشان¬ داده شد كه هر سه جاذب از همدماي جذب لانگموير و سينتيك جذب شبه¬مرتبه¬ي دوم پيروي مي¬كنند.
همچنين تأثير يونهاي مزاحم سرب(II)، فسفات و نيترات بر فرايند جذب بررسي¬ شد و مشخص گرديد كه يونهاي سرب و فسفات ميتوانند بازده جذب را كاهش ¬دهند و يونهاي نيترات هيچ تأثيري بر ميزان جذب نشان ¬ندادند. ميزان جذب آرسنات با تغيير دما از 288 تا 338 كلوين بررسي شد و مقادير آرسنات جذبشده تفاوت چنداني نشان ¬نداد، اگرچه در دماي محيط، 298 كلوين، ميزان جذب كمي بيشتر بوده و نمودارهاي عدد كئورديناسيون مقدار بالاتري را نشان ¬دادند. در نهايت معلوم شد نانوذره B نسبت به دو نانوذره ديگر عملكرد بهتري در جذب يون¬هاي آرسنات دارد.
كليدواژه لاتين
Molecular dynamics simulation , metal-metal frameworks , water pollutants , dihydrogen arsenate pollution
عنوان لاتين
Molecular details of arsenic removal from water by MIL-88B structures using molecular dynamics simulations
گروه آموزشي
شيمي فيزيك
چكيده لاتين
Drinking water is the most important source of arsenic entry into living systems. Continuous exposure to arsenic has a detrimental effect on the central nervous system, kidneys, skin, liver, and lungs. Severe arsenic poisoning causes heart disease, increased blood pressure, and affects the bodyʹs vessels. Long-term contact with arsenic-contaminated water leads to the accumulation of pigments in the skin and the development of hard calluses on the palms of the hands.
In this study, iron-containing metal-organic frameworks have been used to remove arsenic contaminants from water. With the help of molecular dynamics simulation, Lamps software, and the Dredging force field, the details of the adsorption of sodium dihydrogen arsenate on three types of MIL-88B structures were investigated. The effect of different concentrations of sodium dihydrogen arsenate, temperature, and interfering ions on the adsorption of arsenate was studied, and the maximum adsorption by each of the adsorbents was determined using adsorption isotherms. Finally, the adsorption capacity of all three adsorbents was compared with each other. The adsorption capacity of dihydrogen arsenate was simulated and compared by three types of MIL-88B, namely MIL-88B(Fe) (Absorbent A), MIL-88B-tpt (Absorbent B), and Fe-MIL-88B (Absorbent C) under the same conditions. For this purpose, the effect of changes in the concentration of dihydrogen arsenate on the adsorption was investigated, and the maximum adsorption values by each of the adsorbents were obtained. The results of the radial distribution function data, the mean square displacement and the root mean square deviation of the dihydrogen arsenate ions, the distance, energy and force data between the pairs of atoms of interest showed that the percentage of arsenate ion adsorption by nanoparticles in the simulation box increases up to a certain amount of arsenate ion, but beyond that, the percentage of surface adsorption and the adsorption efficiency of nanoparticles decrease. As a result, the maximum value for the direct adsorption of dihydrogen arsenate by 8 formula units of adsorbent A is equal to 5, for 8 formula units of adsorbent B, it is equal to 6, and for 9 formula units of adsorbent C, it is equal to 8 dihydrogen arsenate ions. In other words, the maximum amount of sodium dihydrogen arsenate absorbed per gram of adsorbent A is 0.1410, adsorbent B is 0.1515, and adsorbent C is 0.1205. This value was consistent with experimental evidence for adsorbent A. However, the experimental investigation was only conducted for adsorbent A. The adsorption mechanism of some arsenate ions was through the formation of As-O-Fe bridges to the surface of nanoparticles, and some others formed hydrogen bonds with previously attached arsenate ions and were attached to the nanoparticles. It was shown that all three adsorbents follow the Langmuir adsorption isotherm and pseudo-second-order adsorption kinetics.
Also, the effect of interfering ions of lead(II), phosphate, and nitrate on the adsorption process was investigated, and it was found that lead and phosphate ions can reduce the adsorption efficiency, and nitrate ions did not show any effect on the adsorption rate. The adsorption rate of arsenate was investigated by changing the temperature from 288 to 338 K, and the amounts of adsorbed arsenate did not show much difference, although at ambient temperature, 298 K, the adsorption rate was slightly higher, and the coordination number diagrams showed a higher value. Finally, it was found that nanoparticle B has a better performance in the adsorption of arsenate ions than the other two nanoparticles.
تعداد فصل ها
3
فهرست مطالب pdf
150451
نويسنده