چکیده: در اولین بخش این پایان نامه، کامپوزیت پوست گردو مغناطیس شده با نانوذرات Fe_۳O_۴ به روش شیمیایی سنتز شد و مشخصه یابی سطح آن با استفاده از تکنیک های متفاوت انجام گرفت. سپس کارایی این کامپوزیت (که هم ویژگی‌های جذب مناسب پوست گردو و هم خواص مغناطیسی نانوذرات Fe_۳O_۴ را داشت)، برای حذف رنگ‌های متیل ویولت و رودامین ۶G از محلول های آبی تک جزئی، مورد بررسی قرار گرفت. اثر متغیرهای آزمایشگاهی متفاوت (همچون pH، مقدار جاذب، غلظت اولیه رنگ و مدت زمان تماس) بر روی میزان درصد حذف رنگ‌های بیان شده مورد مطالعه قرار گرفت. سپس مقادیر این پارامترهای تجربی به عنوان ورودی برای تولید مدل‌های خطی و غیرخطی (همچون رگرسیون خطی چندگانه، جنگل تصادفی و شبکه عصبی مصنوعی) استفاده شد تا میزان درصد حذف این رنگ ها را در شرایط آزمایشگاهی مختلف پیش بینی کند. ارزیابی این مدل‌ها با استفاده از داده های تجربی تست (۱۰۸ داده) که در فرایند مدل‌سازی استفاده نشده بودند، انجام شد. نتایج نشان داد که شبکه عصبی مصنوعی (به عنوان یک مدل غیرخطی) توانایی بالاتری برای پیش بینی فرآیند جذب هر دو رنگ در شرایط مختلف آزمایشگاهی دارد. همچنین حذف همزمان این دو رنگ کاتیونی نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که به دلیل وجود اثر رقابتی بین رنگ‌ها، مقدار درصد حذف در محلول‌هایی که شامل مخلوطی از این دو رنگ باشند، نسبت به محلول‌هایی که فقط شامل یکی از رنگ‌ها باشند، کاهش می‌یابد. در بخش دوم این پایان نامه، مخروط کاج عامل دار شده با گروههای کربوکسیلات با استفاده از ایزوپروپیلیدن مالونات در یک واکنش بدون حضور حلال تهیه شد و با استفاده از تکنیک های متفاوت مشخصه یابی گردید. کارایی جاذب برای حذف رنگ‌های سافرانین و متیل‌ویولت از محلول‌های آبی تک-جزئی و دوجزئی مورد بررسی قرار گرفت. ماکزیمم ظرفیت جذب برای حذف رنگ‌های سافرانین و متیل ویولت در محلول‌‌های تک جزئی به ترتیب برابر ۲۰۸/۰ و ۲۲۵/۰ میلی‌گرم بر گرم به دست آمد. در حالی که در محلول‌های دو جزئی به دلیل اثر رقابتی که بین رنگ‌های مورد مطالعه وجود داشت، مقدار کمیت به ۱۱۲/۳ و ۱۱۶/۷ میلی‌گرم بر گرم کاهش یافت. در ادامه فاکتورهای آزمایشگاهی مؤثر بر فرایند جذب به عنوان ورودی به جنگل تصادفی و شبکه عصبی مصنوعی داده شد تا درصد حذف این آلاینده‌ها را در مخلوط دوجزئی پیش‌بینی کند. ارزیابی این مدل‌ها با استفاده از سری تست (۸۱ داده) انجام شد. پارامترهای آماری محاسبه شده نشان داد که نتایج شبکه عصبی مصنوعی به مراتب دقیق تر و بهتر است. در بخش سوم این پایان نامه نانوذرات سیلیکا از ساقه جارو استخراج گردید. بررسی ساختاری و ریخت‌شناسی نانوسیلیکا استخراج شده با فنون FT-IR، SEM و BET انجام گرفت. نتایج به دست آمده وجود نانوذرات کروی سیلیکا با میانگین اندازه ذرات کمتر از ۱۰۰ نانومتر و با مساحت سطح ۱۵۲ مترمربع بر گرم را تأیید کرد. برای اولین بار کارایی این نانوذرات (به عنوان یک جاذب مقرون به صرفه و در دسترس) برای حذف همزمان کریستال ویولت و متیلن بلو از محیط های آبی، مورد مطالعه قرار گرفت. تأثیر پارامترهای آزمایشگاهی مختلف نظیر pH، مقدار جاذب، غلظت اولیه رنگ و مدت زمان تماس بر روی میزان حذف همزمان دو رنگ مورد بررسی قرار گرفت و مقادیر بهینه پارامترها به دست آمد. در ادامه مدل سازی فرایند جذب در شرایط متفاوت آزمایشگاهی با استفاده از روش جنگل تصادفی و رگرسیون خطی چندگانه انجام شد. نتایج به دست آمده نشان داد که مدل ارائه شده توسط جنگل تصادفی قابلیت پیشگویی بهتری را دارد. در آخرین قسمت از پایان نامه، پوست گردو با استفاده از ایزوپروپیلیدن مالونات در یک واکنش بدون حضور حلال آلی با گروههای کربوکسیلیک اسید اصلاح گردید. با استفاده از تکنیک های متفاوت حضور این گروهها بر سطح جاذب تأیید شد. کارایی این جاذب اصلاح شده برای حذف همزمان متیلن بلو و سرب مورد بررسی قرار گرفت. بهینه سازی پارامترهای مهم بر فرایند جذب همزمان این دو آلاینده با استفاده از طرح عاملی باکس بنکن انجام شد. ماکزیمم ظرفیت جذب برای حذف یون های سرب و رنگ متیلن بلو از محلول دوجزئی به ترتیب برابر ۱۰۰/۴۰ و ۵۵/۷۸ میلی‌گرم بر گرم به دست آمد. بررسی مکانیسم واکنش نشان داد که نیروهای الکتروستاتیکی نقش اصلی را در فرایند جذب سرب به عهده دارند. در حالی که برای جذب متیلن بلو بر سطح جاذب، برهمکنش های π-π و پیوند هیدروژنی نقش مهم تری را دارند.