دانشکده فنی

پایان­نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

 در مهندسی شیمی گرایش پیشرفته

عنوان

استخراج نقطه­ ی ابری اورانیم و اندازه­ گیری آن در نمونه ­های آبی به ویژه آب دریا

اساتید راهنما

دکتر محمد علی صالحی- دکتر سعید علمدار میلانی

اساتید مشاور

دکتر حسین قناد زاده گیلانی – دکتر بهروز عباسی

زمستان 1390

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

فصل 1: کلیات 1

1-1. بیان مسئله2

1-2. اورانیم و ترکیبات آن در چرخه­ی سوخت هسته­ای 3

1-2-1. مقدمه3

1-2-2. تاریخچه 4

1-2-3. خواص فیزیکی اورانیم5

1-2-4. خواص شیمیایی اورانیم 6

1-2-5. خواص هسته­ای اورانیم 6

1-2-6. تنوع ایزوتوپی اورانیم7

1-2-7. پراکندگی کانی اورانیم 7

1-2-7-1. غلظت اورانیم در هوا 8

1-2-7-2. مقدار اورانیم در مواد غذایی 8

1-2-8.. راه­های ورود اورانیم به محیط 9

1-2-9. سمیت اورانیم 9

1-2-10. اهمیت اورانیم 11

1-2-11. کاربردهای اورانیم11

1-2-12. روش تهیه­ی فلز اورانیم 12

1-2-12-1. اکسید اورانیم طبیعی 12

1-2-12-2. اورانیل نیترات 12

1-2-12-3. آمونیم اورانیل کربنات 13

1-2-12-4. اورانیم تری اکسید 13

1-2-12-5. اورانیم دی­اکسید 14

1-2-12-6. اورانیم تترا فلورید 14

1-2-12-7. اورانیم هگزا فلورید 15

فصل 2: استخراج نقطه­ی ابری و پیش­تغلیظ 17

2-1. مقدمه18

2-2. استخراج نقطه ابری 19

2-2-1. مروری بر تاریخچه­ی روش استخراج نقطه­ی ابری (CPE)20

2-2-2. تاریخچه­ی مطالعاتی وتحقیقاتی استخراج نقطه­ی ابری 21

2-2-3. سیستم­های میسلی (سورفکتانت­ها)26

2-2-4 برهم­کنش گونه­ها با ساختارهای میسلی 27

2-2-5. دسته بندی سورفکتانت­ها 28

2-2-5-1. سورفکتانت­های آنیونی 28

2-2-5-2. سورفکتانت­های کاتیونی 28

2-2-5-3. سورفکتانت­های آمفوتری (دو خصلتی) 28

2-2-5-4. سورفکتانت­های غیریونی 29

2-2-6. بررسی رفتار فازی سیستم­های سورفکتانتی 29

2-2-7. مراحل انجام روش استخراج نقطه­ی ابری 31

2-2-8. عوامل موثر بر کارآیی استخراج نقطه­ی ابری 33

2-2-9. مزایا و معایب استخراج نقطه ابری 34

2-2-10. کاربردهای روش استخراج نقطه­ی ابری 35

2-2-10-1. استخراج نقطه­ی ابری برای آنالیز ترکیبات آلی 36

2-2-10-2. نمونه­های محیطی 37

2-2-10-3. نمونه­های زیستی 37

2-2-10-4. گونه­های زیستی و بالینی 37

2-2-10-5. نمونه­های جامد 39

2-2-10-6. آنالیز یون­های معدنی 40

2-2-10-7. کاربرد صنعتی روش استخراج نقطه­ی ابری 41

فصل 3: روش کار 43

3- مواد و دستگاه­ها44

3-1. مواد 44

3-2. دستگاه­ها 44

3-3. روش کار44

3-3-1. بررسی فرآیند استخراج نقطه­ی ابری 44

3-3-2. کالیبراسیون سیستم تعیین غلظت نمونه­های آبی 45

3-3-3. بهینه سازی فرآیند 46

3-3-3-1. بررسی اثر نوع سورفکتانت بر راندمان استخراج اورانیم 46

3-3-3-2. بررسی اثر نوع لیگاند بر راندمان استخراج اورانیم 46

3-3-3-3. بررسی اثر pH بر راندمان استخراج اورانیم 46

3-3-3-4. بررسی اثر غلظت سورفکتانت بر راندمان استخراج اورانیم 47

3-3-3-5. بررسی اثر غلظت لیگاند بر میزان استخراج اورانیم 47

3-3-3-6. بررسی اثر دمای تعادل بر راندمان استخراج اورانیم 47

3-3-3-7. بررسی اثر زمان تعادل بر راندمان استخراج اورانیم 47

3-3-3-8. بررسی اثر زمان ماند در سانتریفوژ بر راندمان استخراج اورانیم 48

3-3-3-9. بررسی اثر غلظت محلول اورانیم بر میزان استخراج اورانیم 48

3-3-3-10. کارآیی تجزیه­ای 49

3-3-3-10-1. بازیابی (درصد جداسازی) 49

3-3-3-10-2.  فاکتور پیش­تغلیظ 49

3-3-3-10-3. حد تشخیص (LOD) و نحوه­ی محاسبه آن 50

فصل 4: بحث و نتیجه­گیری 52

4. نتایج 53

4-1. کالیبراسیون سیستم تعیین غلظت نمونه­های آبی 53

4-2. تاثیر نوع سورفکتانت بر راندمان استخراج اورانیم 53

4-3. تاثیر نوع لیگاند بر راندمان استخراج اورانیم 54

4-4. تأثیر pH بر راندمان استخراج اورانیم 55

4-5. تأثیر غلظت سورفکتانت بر راندمان استخراج اورانیم 56

4-6. تأثیر غلظت لیگاند بر میزان استخراج اورانیم 57

4-7. تاثیر دمای تعادل، زمان تعادل و زمان ماند در سانتریفوژ بر میزان استخراج اورانیم 58

4-7-1. پارامترهای ترمودینامیکی 60

4-8. تأثیر غلظت اولیه­ی اورانیم بر میزان استخراج آن 61

4-9. اثر یون­های مزاحم بر استخراج اورانیم 61

4-10. کارآیی تجزیه­ای 62

4-11. کاربرد 62

فصل 5: بحث و نتیجه­ گیری 64

5-1. جمع­بندی 65

5-2. پیشنهادات66

فهرست منابع 68

چکیده انگلیسی76

فهرست جدول­ها

جدول 1-1 غلظت اورانیم در برخی سنگ­ها، پوسته­ی زمین و آب دریاها 8

جدول 2-1 مقایسه­ی تعدادی از روش­های تجزیه­ای 19

جدول 2-2 جداسازی تک عنصری با استفاده از روش استخراج نقطه­ی ابری 24

جدول 2-3 جداسازی دو عنصری با استفاده از روش استخراج نقطه­ی ابری 25

جدول 2-4 جداسازی سه عنصری با استفاده از روش استخراج نقطه ی ابری 26

جدول 2-5 طبقه بندی سورفکتانت­ها 29

جدول 2-6 CMC و CPT برای شماری از سورفکتانت­های غیریونی30

جدول 2-7 برخی از کاربردهای CPE در تجزیه­ی نمونه­های محیطی 38

جدول 2-8 برخی از کاربرد­های CPE در آنالیز نمونه­های زیستی 38

جدول 2-9 کاربردهای استخراج نقطه­ی ابری در استخراج و پیش­تغلیظ گونه­ها 42

جدول3-1 ساختار سورفکتانت­ها و لیگاندهای استفاده شده 45

جدول4-1 پرتوزایی محلول­های با غلظت­های مختلف اورانیم53

جدول4-2 کمیت­های ترمودینامیکی مربوط به استخراج نقطه­ی ابری یون اورانیل 61

جدول4-3 میزان مزاحمت یون­های فلزی غیر از اورانیل 62

جدول4-4 نتایج تجزیه­ و تحلیل نمونه­های حقیقی 63

جدول5-1 مقایسه­ی روش پیشنهادی با سایر روش­ها 67

فهرست شکل­ها

شکل1-1 شکافت هسته­ای اورانیم 7

شکل 2-1 طرح­واره­ی استخراج نقطه­ی ابری یون روی 21

شکل 2-2 تعداد مقالات سالیانه­ی چاپ شده در زمینه­ی CPE.22

شکل 2-3 ساختار کلی یک سورفکتانت 27

شکل 2-4 تعادل بین منومرهای سورفکتانت و میسل در غلظت­های بالاتر از غلظت بحرانی میسل 27

شکل2-5 ساختارهای منظم مولکولی ایجاد شده توسط مولکول­های سورفکتانت 27

شکل2-6 نمودار فازی برای سورفکتانت­های غیریونی و سورفکتانت­های دو خصلتی 29

شکل2-7 نمایش طرح­وار استخراج نقطه­ی ابری، حل شدن آنالیت­ها در مجموعه­ی میسلی32

شکل2-8 طرح­واره­ای از کاربرد صنعتی روش استخراج نقطه­ی ابری.41

شکل4-1 منحنی تغییرات میزان پرتوزایی بر حسب غلظت 53

شکل4-2 تاثیر نوع سورفکتانت بر راندمان استخراج اورانیم 54

شکل4-3 اثر ترکیب سورفکتانت­ها بر راندمان استخراج اورانیم 54

شکل4-4 تغییرات راندمان استخراج اورانیم با نوع لیگاند 55

شکل4-5 توزیع کمپلکس­های U(VI) –HQ 8  به صورت تابعی از pH 56

شکل4-6 راندمان استخراج اورانیم به صورت تابعی از pH محیط 56

شکل4-7 راندمان استخراج اورانیم به صورت تابعی از غلظت سورفکتانت 57

شکل4-8 راندمان استخراج اورانیم به صورت تابعی از غلظت لیگاند 58

شکل4-9 تغییرات راندمان استخراج اورانیم با دمای تعادلی 59

شکل4-10 راندمان استخراج اورانیم به صورت تابعی از زمان انکوباسیون 59

شکل4-11 راندمان استخراج اورانیم بر حسب زمان ماند در سانتریفوژ 59

شکل4-12 تغییرات لگاریتم ضریب پیش­تغلیظ با عکس دما 60

شکل4-13 راندمان استخراج اورانیم به صورت تابعی از غلظت اولیه­ی اورانیم 61

چکیده

یک روش جدید مبتنی بر استخراج نقطه­ی ابری به منظور استخراج اورانیم از نمونه­های آبی و اندازه­گیری آن با استفاده از طیف سنجی آلفا بر پایه سوسوزنی مایع مورد بررسی قرار گرفته ­است. استخراج اورانیم از نمونه­های آبی در حضور تعدادی از سورفکتانت­ها و معرف­های کی­لیت ساز قابل دسترس با استفاده از این روش انجام پذیرفته است. یون­های کی­لیت ساز با تشکیل کمپلکس در دمای بالای دماهای بالاتر از نقطه­ی ابری به درون فاز غنی از سورفکتانت استخراج گردید. تفکیک کامل فازها با استفاده از سانتریفوژ به انجام رسید. پس از جدایی فازها، میزان اورانیم موجود در فاز آبی با استفاده از دستگاه شمارگر سوسوزن مایع اندازه­گیری و به این ترتیب راندمان استخراج محاسبه و لیگاند و سورفکتانت مناسب انتخاب گردید. هم­چنین عوامل مؤثر بر فرآیند استخراج نقطه­ی ابری اورانیم شناسایی و میزان تأثیر این عوامل (pH محیط، غلظت لیگاند، غلظت سورفکتانت، تداخل یون­های مزاحم، دما و زمان تعادل، زمان ماند در سانتریفوژ) مورد ارزیابی قرار گرفت. شرایط بهینه برای استخراج اورانیم از محلول­های آبی با بهره­گیری از روش استخراج نقطه­ی ابری تعیین گردید. در شرایط بررسی شده راندمان استخراج بالا بوده (99%) ومنحنی کالیبراسیون در گستره­ی ^4-10×25_/6 تا 1_/0 میکروگرم بر لیتر خطی است. هم­چنین ضریب همبستگی 99_/0 نشان دهنده­ی رابطه­ی خطی مناسب بین غلظت گونه­ها و سیگنال تجزیه­ای می­باشد. حد تشخیص (LOD) محاسبه شده، که عبارت است از 3 برابر نسبت انحراف معیار شاهد به شیب منحنی کالیبراسیون m)/ S_d3(، برابر 1/0 میکروگرم بر لیتر  به ازای 50 میلی­لیتر نمونه می­باشد. ضریب پیش­تغلیظ که از نسبت غلظت گونه­ی مورد نظر در فاز سورفکتانتی به غلظت آن در فاز آبی محاسبه می­شود 5_/48 به­دست آمد.

روش پیشنهاد شده، برای اندازه­گیری اورانیم در نمونه­های حقیقی آب به­کار گرفته شد. دو نمونه آب شیر و آب دریا مورد اندازه­گیری قرار گرفت. آزمایش­های افزایش و بازیابی نیز انجام شد و بازیابی بین 9_/98 و 23_/113 ذرصد بود. نتایج، دقت و عملی بودن روش برای تجزیه­ی نمونه­هایی از این نوع را نشان داد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.