نانو ذرات مغناطیسی آهن به عنوان هسته اصلی سیستم های تصفیه جدید جهت حذف آلودگی های آبهای زیرزمینی و فاضلاب های صنعتی به کار می رود. در این تحقیق از این نانو ذرات برای حذف آلاینده ی نیکل استفاده شده است. بدین منظور آزماشات به دو روش متفاوت طراحی و انجام شد. در روش اول ابتدا محلول های حاوی نیکل با مقادیر مختلفی از نانو پودر آهن مخلوط شدند و سپس محلول ها تحت تابش امواج فراصوت قرار گرفتند. بعد از مدت زمان های خاصی ذرات مغناطیسی توسط میدان مغناطیسی از محلول جدا شد و باقیمانده نیکل آنها توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر جذب اتمی تعیین مقدار گردید. نتایج حاکی از آن می باشند که نانو ذرات آهن بازدهی بالایی برای حذف نیکل از آب را دارا می باشند به طوریکه حداکثر و حداقل بازده به ترتیب برای محلول 15ppm با 99/99% و 35ppm با 41% به دست آمد. برای سایر محلول ها (25pmm و 50pmm) بازده حذف به ترتیب برابر 54% و 46% می باشد. سپس در مرحله دوم با استفاده از پدیده اسمز فرآیند جداسازی انجام گرفت. با استفاده از پدیده اسمز سامانه ای شامل محلول نیکل در آب و نانو سیال آهن در آب که به وسیله یک غشاء نیمه تراوا جدا شده بودند طراحی شد. در این حالت شرایط طوری تنظیم گردید که آب موجود در محلول نیکل به علت داشتن پتانسیل بالاتر به سمت دیگر غشا حرکت کند و به این ترتیب از نیکل جدا شود. در نهایت به کمک خاصیت مغناطیسی می توان نانو ذرات را جدا کرد و آب خالص را به دست آورد.

در جستجوی یافتن حسگرها برای شناسایی و تشخیص مواد آلاینده محیط زیست، در این رساله جذب برخی از مولکولهای آلاینده از قبیل آکرولئین و هیدروژن سیانید برروی صفحات نانو مقیاس گرافن طبیعی و گرافن های دوپه شده با اتمهای فلزی alو شبه فلزی si مورد مطالعه قرار گرفتهاند. بدین منظور از روش محاسباتی dft و از مجموعههای پایه b3lyp و x3lyp کمک گرفته شده است. در بخش اول جذب مولکول آکرولئین برروی صفحه گرافن طبیعی و گرافن حاوی اتم al مورد مطالعه قرار گرفته است. پردازش اطلاعات بهدست آمده از قبیل مقدار بار انتقالی، بررسی میزان تغییرات شکاف انرژی و مقدار انرژی جذب نشان میدهند که گرافن طبیعی نمیتواند به عنوان یک حسگر ویژه و قابل اتکا برای شناسایی حضور آکرولئین بهکارگرفته شود، در حالیکه گرافن حاوی اتم al چنین قابلیتی را دارا است. با حفظ چنین فرضی در قسمت دوم رساله، به مطالعه جذب hcn برروی صفحات گرافنی شامل اتمهای دوپه شده alو si پرداختیم. بررسی تغییرات شکاف انرژی نشان میدهد که احتمالا صفحه گرافنی که با اتمهای si دوپه شده است، پتانسیل لازم برای شناسایی hcn را درکاربردهای عملی نخواهد داشت در حالیکه چنین فرضی برای گرافن حاوی اتم فلزی al همچنان مفروض است. اگرچه نتایج در بخش اول حاکی از قابلیت بالای گرافن شامل اتم al در شناسایی آکرولئین دارد، اما بدلیل اینکه دوپه کردن اتمهای فلزی و بهطور کلی اتمی متفاوت با ساختار اولیه مورد بررسی نیازمند صرف هزینه و استفاده از دستگاههای دقیق هستند و علاوه براین دقت بسیار بالایی میطلبند، یافتن شناساگرهایی که نیازمند چنین بازآرایی های اتمی نباشند، هدف بخش دوم تحقیقات در رساله حاضر می باشد. در بخش دوم جذب دو مولکول متفاوت nh3 , no2 برروی صفحات آلومینیوم نیترید (aln) مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. مطالعات ساختاری و بررسی های انتقال بار حاکی از آن است که برهم کنش این دو گونه با صفحه جاذب متفاوت است و صفحه aln میتواند بطور گزینشیno2 را در حضور آمونیاک شناسایی کند.