الفهرس 
ExperimentalOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 311 |  |  |
| | | from | 311 | | |
Abstract
تهدف هذه الرسالة إلى دراسة إمكانية إزالة بعض العناصر الأرضية النادرة مثل اللانثانيوم والايروبيوم والجادولينيوم وكذلك الرصاص كعنصرمن العناصر الثقيلة ذات الأهمية النووية من المحاليل المائية وذلك باستخدام طريقة فصل جديدة نسبيا وهى الإمتزاز باستخدام المواد النانومترية المعدلة. وتتميز هذه المواد المحضرة بقدرتها العالية على الإدمصاص وتكلفتها الإقتصادية المنخفضة ، وتطبيقها فى معالجة المخلفات السائلة (سواء كانت مشعة أو صناعية). وتتألف هذه الرسالة من ثلاثة فصول رئيسة. وهى المقدمة والعملى والمناقشة والنتائج. وفيما يلى ملخص موجز لكل من الفصول الثلاثة:
الفصل الأول: المقدمة
ويتضمن توضيحاﹰ عن العناصر الأرضية النادرة وكذلك العناصر الثقيلة وأضرارها المختلفة وأهميتها النووية. وكذلك يلقى الضوء على التقنيات المختلفة المطبقة لمعالجة المخلفات السائلة المحتوية على تلك العناصر. وأيضا شمل هذا الفصل نبذة عن المواد النانومترية المستخدمة وأنتهى هذا الفصل بنبذة عن الدراسات السابقة على المواد والعناصرمحل الدراسة فى هذا العمل. ويمكن سرد النقاط التى تضمنها هذا الفصل على النحو التالى:
• نبذة عن أهمية العناصر الارضية النادرة وتطبيقاتها المختلفة.
• أماكن تواجد العناصر الأرضية النادرة فى مصر.
• نبذة عن العناصر الثقيلة وأهميتها النووية بالاضافة إلى أضرارها المختلفة.
• شرح موجز للعناصر محل الدراسة وهى اللانثانيوم والايروبيوم والجادولينيوم والرصاص من حيث كيمياء هذه العناصرو تأثيراتها على البيئة بالاضافة الى الأهمية والتطبيقات النووية المختلفة لهذه العناصر.
• شرح الطرق الكيميائية المختلفة لتركيز وتعيين العناصر محل الدراسة ومن بينها شرح كامل لعملية الامتزاز وأنواعه سواء فيزيائى او كيميائى.
• دراسة للمواد النانومترية المستخدمة فى عملية الامتزاز وأيضا الطرق المختلفة لتعديل تلك المواد من أجل رفع كفائتها الامتزازية.
• دراسة مرجعية شاملة لمعظم الأبحاث السابقة فى مجال امتزاز وتركيز كل من اللانثانيوم والايروبيوم والجادولينيوم والرصاص.
الفصل الثانى: العملى
يشمل هذا الجزء معلومات مفصلة عن المواد الكيميائية والكواشف والأجهزة المستخدمة فى هذه الدراسة. ويمكن تلخيص النقاط التى تضمنها الفصل الثانى على النحو الاتى:
• وصف تفصيلى لكل من طرق تحضير المواد المازة المستخدمة وهىnano- goethite (NG) وNH)) nano-hausmannite وأيضا تم وصف طرق عملmodification لهذه المواد النانومترية باستخدامAC) )activated carbon وباستخدام SA)) sodium alginate مما أدى الى تكوين متراكبات نانونية جديدة مثل GSA-1, GSA-2, HAC-1 and HAC-2
• وصف موجز للأجهزة العلمية المختلفة المستخدمة فى عملية توصيف تلك المواد النانومترية وأيضا الأجهزة المستخدمة فى قياس العناصر محل الدراسة.
• توصيف للتجارب المعملية المختلفة التى أجريت لدراسة إمتزاز عناصر اللانثانيوم والايروبيوم والجادولينيوم والرصاص من الأوساط المائية وتحت ظروف تجريبية مختلفة.
• وصف للمعادلات والقوانين المستخدمة لحساب كفاءة الامتزاز للمواد المازة المستخدمة وكذلك حساب معامل التوزيع للعناصر محل الدراسة.
• عمل وصف لامكانية امتزاز مخلوط من العناصر الأربعة محل الدراسة بنظام متعدد العناصر.
الفصل الثالث: المناقشة والنتائج
فى هذا الفصل تم عرض النتائج المتحصل عليها ومناقشتها . يتكون هذا الفصل من ثلاثة أجزاء على النحو الاتى:
الجزء الأول:
تناول نتائج التشخيص الفيزيائى والكيميائى للمواد النانومترية المحضرة المستخدمة فى عملية الامتزاز. وتمثلت نتائج التشخيص الفيزيائى فى قياس مساحة السطح وأيضا التصوير باستخدام الميكروسكوب الإلكترونى النافذ. أما التشخيص الكيميائى فتمثل فى التحليل بالأشعة تحت الحمراء والتحليل الحرارى والتحليل بحيود الأشعة السينية وتبين من هذه التحاليل ما يلى:-
مساحة السطح للمواد النانومترية المحضرة تساوى 11.33 و19.79 و 18.52و 15.72و147.38 و180.08 م2.جرام-1 لكل من NG ،GSA-1،,GSA-2 NH ،HAC-1،HAC-2 على التوالي. وتبين أن HAC-2 له مساحة سطح أكبر.
بدراسة التصوير باستخدام الميكروسكوب الإلكترونى النافذ وجد أن حجم الجزيئات فى حالة NG يصل الىnm 15 وفى حالة GSA-1 يصل الى nm 20 وأما فى حالة GSA-2 فقد وصل حجم الجزئيات الىnm 19. وأيضا وجد أن حجم الجزيئات وصل إلى nm33و nm 14و nm 42 فى حالة NHو HAC-1 و HAC-2 على التوالى.
وأظهرت أطياف الأشعة تحت الحمراء فى حالة NGعددا من القمم المتشابهة بعضها يقع عند 798و 892سم-1 والتى قد تعزى إلى ذبذبات الإستطالة لمجموعاتOHـــFe. وأيضا ظهور قمة حادة عند 567 سم-1 والتى تعد مميزة لذبذبات OـــFe . أيضا لوحظ ظهور عدد من القمم فى حالة GSA-1 و GSA-2عند:
448 cm-1, 667 cm-1, 798 cm-1, 892 cm-1, 1107 cm-1 , 1419 cm-1, 1635 cm-1 وهذه القيم قد حدث لها انحراف الى قيم أخرى مما يؤكد عملية التفاعل وتكوين المتراكب النانومترى بينNG و SA.
فى حالة NH وقد أظهر طيف IR عددا من القيم عند cm-1 514، cm-1 622 والتى تعد مميزة لMn-O . كما لوحظ أيضا وجود عدد من القيم فى HAC-1 و HAC-2 عند 514 و622 و883 سم-1 والتى حدث لها انحراف الى قيم جديدة عند 512و 534 و 636و 617 و888 و895 سم-1 مما يؤكد على التفاعل بين NH و . AC
كما أظهر التحليل الحرارى الكمى والتفاضلى لعينات المواد النانومترية المستخدمة وجود اثنين من القمم عند درجات حرارة 68 نتيجة لفقد جزيئات الماء السطحية وأيضا ظهور قمة طاردة للحرارة عند درجة حرارة مابين 175 و 290 نتيجة لفقد مجموعات الهيدروكسيل وتحول الجيوثيت الى هيماتيت. وأظهرت أيضا نتائج التحليل الحرارى فى حالة NH وجود قمة طاردة للحرارة عند 68 درجة مئوية نتيجة تبخر المياه السطحية الممتصة. ولوحظ أيضا ظهور قمة عند 400 درجة مئوية مع فقد فى الوزن بمقدار 0.72% نتيجة اختزال Mn3O4إلى .MnO
الجزء الثانى:
ويشمل نتائج دراسة العوامل المختلفة التى تؤثر على عملية امتزاز عناصر اللانثانيوم والايروبيوم والجادولينيوم والرصاص من المحاليل المائية باستخدام المواد النانومترية المحضرة. هذه العوامل تشمل درجة الحموضة للوسط المستخدم وتركيز الأيون الأولى و زمن الرج و وزن المادة المازة و درجة حرارة الوسط.
من خلال دراسة تاثير هذه العوامل على عملية الامتزاز، تم التوصل الى الظروف المثلى لعملية الامتزاز وهى أن:
1- الوقت اللازم للوصول إلى الإتزان هو 5 ساعات . وكانت كفاءة امتزاز اللانثانيوم (III) عند وقت الإتزان هى 50و57و64و78و18و57و104و 137 مجم\جرام لكل من NG, SA, GSA-1, GSA-2, NH, AC, HAC-1 and HAC-2 على التوالى.
2- الوقت الأمثل للوصول إلى الإتزان هو 6 ساعات فى حالة امتزاز الايروبيوم (III). وكانت كفاءة الامتزاز عند وقت الإتزان هى 59و95و115و122و25و85و99و 108 مجم\جرام لكل من NG, SA, GSA-1, GSA-2, NH, AC, HAC-1 and HAC-2 على التوالى.
3- الوقت الكافى لعملية الإتزان هو7 ساعات فى حالة امتزاز الجادولينيوم (III). وكانت كفاءة الامتزاز عند وقت الإتزان هى 45 و47و93و102و12و51و75و81 مجم/جرام لكل من NG, SA, GSA-1, GSA-2, NH, AC, HAC-1 and HAC-2 على التوالى.
4- الوقت المطلوب للوصول إلى الإتزان هو6 ساعات فى حالة امتزازالرصاص (II). وكانت كفاءة الامتزاز عند وقت الإتزان هى 108و100و192و205و37و78و205و 232 مجم/جرام لكل من NG, SA, GSA-1, GSA-2, NH, AC, HAC-1 and HAC-2 على التوالى.
5- كانت كفاءة إزالة الأيونات من المحاليل المائية تزيد بزيادة وزن المواد المازة حتى تصل إلى وزن معين. ومن خلال التجارب إتضح أن الوزن الكافي لإزالة أعلى تركيز من كل من أيونات اللانثانيوم(III) والايروبيوم(III) والجادولينيوم(III) والرصاص(II) هو 0.1 جرام.
6- إعتمد إمتزاز أيونات المعادن من محاليلها المائية على درجة حموضة الوسط حيث تحقق أعلى امتزاز لأيونات كل من اللانثانيوم(III) والايروبيوم(III) والجادولينيوم(III) والرصاص(II) عند درجة حموضة تساوى 5.0.
7- بدراسة تأثير درجة الحرارة على عملية الامتزاز وجد أنه زادت قدرة إمتزاز المواد النانومترية المحضرة لأيونات اللانثانيوم(III) والايروبيوم (III) والجادولينيوم(III) والرصاص(II) بزيادة درجة الحرارة من o25 حتي o65 مما يدل على أن عملية الامتزاز هى عملية ماصة للحرارة.
الجزء الثالث:
وفيه تم تحليل بيانات امتزاز أيونات اللانثانيوم(III) والايروبيوم (III) والجادولينيوم(III) والرصاص(II) طبقا لعدد من النماذج العددية مثل معادلات Freundlich، Langmuir ،Sips. وكان نموذج Sips هو أكثر ملاءمة لوصف بيانات الامتزاز لكل العناصر محل الدراسة مع كل المواد المازة فى هذه الدراسة من نماذج Langmuir و Freundlich. ووجد أنه الأفضل لشرح عملية الامتزاز، مما يعني تشكيل إمتزاز متعدد الطبقات من أيونات اللانثانيوم والايروبيوم والجادولينيوم والرصاص على السطح الخارجي للممتزات المستخدمة.
فى هذا الجزء أيضا تم حساب متغيرات الديناميكا الحرارية للنظام المستخدم وأوضحت النتائج أن التفاعل ماص للحرارة كما تشير قيم الحرارة المنطلقة (GO∆) الى أن طبيعة التفاعل تلقائية .
تمت دراسة استرجاع أيونات اللانثانيوم(III) والايروبيوم (III) والجادولينيوم(III) والرصاص(II) من المواد النانومترية المستخدمة NG، SA،GSA-1، GSA-2 ، NH،AC، HAC-1،HAC-2 ووجد أن 2.0 و 1.0 مولار من حمض النيتريك كافى لاسترجاع أيونات الأيروبيوم((III واللانثانيوم ((III وكذلك تم استنتاج أن 2.0 و 1.0 مولار من حمضHCl يستخدم لاسترجاع أيونات الجادولينيوم (III)و الرصاص ( (IIمن كل المواد المازة المستخدمة فى هذه الدراسة والمحملة بأيونات هذه العناصر .
الجزء الرابع:
يتناول دراسة تركيز أيونات اللانثانيوم(III) والايروبيوم(III) والجادولينيوم(III) والرصاص(II) باستخدام NG GSA-1, SA, NH, AC, HAC-1, HAC-2, وذلك فى حالة التركيزات الدقيقة وأيضا حساب معامل التركيز لهذه المواد. وقد تبين من هذه الدراسة أن معامل التركيز فى حالةNG هو 90 ، 80 ، 60 ، 90 لكل من اللانثانيوم(III) والايروبيوم(III) والجادولينيوم(III) والرصاص(II) على التوالى.
أيضا وجد أن معامل التركيز فى حالةGSA-1 هو 90 لكل من اللانثانيوم(III) والايروبيوم(III) والجادولينيوم(III) والرصاص(II) . معامل التركيز فى حالة GSA-2 هو 90 لكل من اللانثانيوم(III) والجادولينيوم(III) والرصاص(II) و 60 للايروبيوم(III). معامل التركيز لكل من اللانثانيوم(III) والايروبيوم(III) والجادولينيوم(III) هو80 و 60 للرصاص وذلك فى حالة NH. فى حالة HAC-1 وجد أن معامل التركيز هو 60 للانثانيوم (III) و 90 لكل من الايروبيوم(III) و الجادولينيوم (III)والرصاص(II).
فى حالةHAC-2 تبين أن معامل التركيز هو 50 و 90 لكل من اللانثانيوم(III) والايروبيوم(III) لكن فى حالة الجادولينيوم (III) والرصاص(II) وجد أن معامل التركيز هو80 لكل منهما.
فى هذا الجزء أيضا تم دراسة عملية الامتزاز للمواد المستخدمة فى حالة النظام متعدد العناصر وتم عمل مقارنة لهذا النظام المتعدد مع النظام أحادى العناصر وأخيراَ تم عمل مناقشة لمقارنة النتائج التى تم الحصول عليها فى هذه الرسالة مع النتائج السابقة فى هذا المجال.
وختاما تظهر هذه النتائج امكانية إستخدام هذه المواد النانومترية المعدلة المستخدمة فى هذه الدراسة كمواد مازة لإمتزاز وتركيز أيونات اللانثانيوم(III) والايروبيوم(III) والجادولينيوم(III) والرصاص ((II من المحاليل المائية وامكانية تطبيق هذه المواد فى عمليات معالجة المخلفات السائلة المشعة والصناعية.