فصلنامه نانو مواد
پیاپی 41 (بهار 1399)

در این پژوهش، اکسید آهن مغناطیسی (Fe3O4) با روش تجزیه گرمایی و با استفاده از پیش ماده های آهن استیل استونات، دیفنیل اتر، اولیلامین، اولئیک اسید و توسط دو الکل سیکلوهگزانول و اکتادکانول بطور جداگانه ساخته شدند که در نتیجه ساخت با این روش، نانوذرات اکسید آهن با ابعاد متفاوت بدست آمد. جهت مشخصه یابی این مواد از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترون عبوری (TEM) و طیف سنج نوری فرابنفش- مرئی (UV-Vis) استفاده گردید. فعالیت کاتالیستی این نانوذرات برای تخریب دو رنگ آلی متیل آبی و رودامین بی با غلظت M 10-5 و با گذشت زمان مورد بررسی قرار گرفت که نتایج بدست آمده نشان دهنده حذف رنگ های آلی بوسیله این نانوذرات می باشد. تخریب این رنگ ها بوسیله نانوذرات ساخته شده با سیکلوهگزانول به دلیل ابعاد کوچکتر، بیشتر است.

در این مطالعه، نانوذرات اکسیدآهن مغناطیسی به روش سبز و با استفاده از عصاره آبی تفاله های چای به عنوان عامل کاهنده تولید و در ادامه از آن ها به منظور تهیه نانوکامپوزیت مغناطیسی و زیست تخریب پذیر Fe3O4/Cellulose استفاده شد. نانوساختارهای تهیه شده با استفاده از اسپکتروفوتومتری UV-Vis، FTIR، XRD، SEM، TEM، TGA و VSM مشخصه یابی و باهم مقایسه شدند. داده های حاصل از آنالیزهای صورت گرفته نشان دادند که نانوکامپوزیت سنتز شده دارای ساختاری کروی با میانگین اندازه ذرات nm 5/15 می باشند که در مقایسه با اندازه نانوذرات Fe3O4 خالص از میانگین کمتری nm 28، برخوردار هستند. این نتایج همچنین نشان داد که نانوکامپوزیت تهیه شده دارای مقاومت حرارتی بالاتری (°C 450-800) در مقایسه با سلولز خالص می باشد. خاصیت مغناطیسی نانوکامپوزیت emu/g 25 تعیین شد که کمتر از مقدار بدست آمده در نانوذرات Fe3O4 خالص (emu/g 45) بود. در ادامه ظرفیت تورمی مورد مطالعه قرار گرفت و g/g 3/139 تعیین گردید، که بیشتر از ظرفیت تورمی محاسبه شده برای سلولز خالص (g/g 8/66)، بود. با توجه به نتایج بدست آمده در این مطالعه، نانوکامپوزیت تهیه شده به دلیل برخورداری از ویژگی های مناسب و قابل قبولی از قبیل ظرفیت جذب بالای آب، قابلیت انتقال کنترل شده به صورت مغناطیسی و زیست تخریب پذیری برای استفاده در فناوری های مختلف از قبیل دارورسانی و تصفیه آب پیشنهاد شد.

از فرآیندهای جدید در مقیاس نانو می توان در تصفیه آب های سطحی، آب های زیرزمینی و فاضلاب های صنعتی آلوده به یون های فلزی سمی، رادیونوکلوئیدها، املاح آلی و معدنی، باکتری ها و ویروس ها استفاده نمود. یکی از مواد بسیار پرکاربرد در این زمینه، دی اکسید تیتانیوم است که به دلیل داشتن خاصیت فتوکاتالیستی، بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. بر این اساس، در این پژوهش، سل- ژل پلیمری اکسید تیتانیوم- اکسید سیلیسیم همراه با افزودنی آهن تهیه شد و ساختار آن با استفاده از آنالیزهای طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) و الگوی پراش اشعه ایکس (XRD) شناسایی شد. فعالیت فوتوکاتالیستی کامپوزیت سنتزی نیز بر پایه میزان تخریب متیل اورانژ به عنوان مدل آلاینده در مجاورت آن و در حضور امواج فرابنفش بررسی شد و تغییرات غلظت محلول با استفاده از دستگاه طیف سنج ماوراء بنفش- مرئی (UV-Vis) محاسبه گردید. به منظور بررسی و مشاهده ریزساختار نمونه سنتزی، از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) استفاده گردید. در واقع با افزایش میزان ناخالصی آهن به مقدار 025/0%، گاف نواری نوری کاهش یافته است و مقدار جذب به سمت طول موج های بلندتر جابجا شده است. در این پژوهش با استفاده از روش سل-ژل، کامپوزیت تیتانیا- سیلیکا-آهن با داشتن فاز آناتار و قابلیت تخریب آلاینده متیل اورانژ با بازده 82%، به عنوان یک فوتوکاتالیست موثر در حذف متیل اورانژ به عنوان مدل آلاینده از آب سنتز شد.

در این مطالعه، با استفاده از افزودن حلال آلی غیر پروتونی دی متیل فرمامید (DMF) با هدف کاهش کشش سطحی محلول ژلاتینی با غلظت بالا (%wt. 20) و همچنین کاهش مقدار حلال اسیدی استفاده شد. با تغییر نسبت سه نوع حلال آب/دی متیل فرمامید/فرمیک اسید، مقدار بهینه این حلال ها برای انجام الکتروریسی محلول ژلاتین تعیین شد. تصاویر FESEM نشان داد که اندازه متوسط الیاف ژلاتینی در شرایط بهینه در حدود nm ±35 122 است. تصاویر FESEM الیاف پس از اتصال عرضی، تشکیل ساختار شبکه ای را نشان داد. بررسی پایداری ساختار الیاف الکتروریسی شده در زمان های 7، 14 و 21 روز پس از قرار گرفتن در محیط کشت سلول (DMEM) نشان داد که الیاف الکتروریسی شده پس از اتصال عرضی می توانند پایدار بمانند در صورتی که قبل از اتصال عرضی حتی در اثر برخورد بخار آب کاملا تخریب شدند. همچنین بررسی تخریب دمایی الیاف الکتروریسی شده در حضور گلوکز به عنوان عامل اتصال دهنده عرضی نشان داد که در دمای °C 450 مقدار 49/39 % از وزن اولیه نمونه باقی می ماند و این در حالی است که مقدار نمونه باقیمانده در این دما برای الیاف بدون اتصال عرضی تنها 8/4% است.

در این پژوهش، نانوذرات گارنت ایتریوم-آهن با فرمول y=0, 0.1, 0.2)=x (Y3-xCaxFe5-yVyO12; به روش سل-ژل احتراقی ساخته شد. نانوذرات ساخته شده با استفاده از XRD، FESEM، AGFM و ترازوی فارادی بررسی شدند. طیف XRD برای نمونه ها نشان داد نانوپودرها دارای ساختار بلوری مکعبی هستند و فاز مورد انتظار گارنت در دمای C° 1200 بطور کامل تشکیل شده است. متوسط اندازه دانه ها با استفاده از داده های XRD و فرمول شرر nm 39 بدست آمد. تصاویر FESEM نیز نشان می دهد که پس از پخت اندازه ذرات از حد نانو بزرگتر شده و حضور عناصر جانشانی شده موجب کاهش دمای پخت می شود. منحنی مغناطش نمونه ها نیز نشان داد که جانشانی وانادیوم و کلسیم به عنوان یون های غیرمغناطیسی به جای آهن در ساختار گارنت موجب کاهش مغناطش می شود. زیرا جایگاه های چهاروجهی d24 توسط وانادیوم اشغال می شود که موجب می شود Jad اندرکنش غالب درون شبکه ای در زیرشبکه ها باشد. همچنین نتایج نشان می دهد که دمای کوری نیز با افزایش وانادیوم و کم شدن تعداد پیوندهای Fe3+-O2+-Fe3+ کاهش می یابد. اما جانشانی هم زمان وانادیم و کلسیم موجب افزایش دمای کوری می شود، زیرا جانشانی کلسیم باعث قوی تر شدن پیوندهای کاتیون آهن و اکسیژن می شود. به عبارتی افزایش دمای کوری می تواند ناشی از اعوجاجات ساختاری ثابت شبکه به دلیل جانشانی یون های بزرگ کلسیم به جای آهن باشد.

در این پژوهش، بهبود خواص تراوایی گازهای کربن دی اکسید و متان با استفاده از غشاهای نانوکامپوزیت پلی وینیل الکل اتصال عرضی شده همراه با نانوذرات سیلیکا بررسی گردید و همچنین اثر درصد وزنی نانوذرات سیلیکا بر خواص تراوایی و گزینش پذیری گازهای کربن دی اکسید و متان مورد ارزیابی واقع شد. نتایج تراوش گازها در غشاهای نانوکامپوزیت نشان داد که غشای پلی وینیل الکل با 15 درصد وزنی سیلیکا بهترین خواص جداسازی گاز را ارائه می دهد و افزایش تراوایی گازهای متان و کربن دی اکسید به ترتیب 456/1و 548/7 بارر (Barrer) برای غشای 15 درصد وزنی سیلیکا می باشد. همچنین با افزایش میزان نانوذره از 0 تا 15 درصد وزنی تراوش پذیری گازها افزایش و انتخاب پذیری کاهش می یابد. طوریکه انتخاب پذیری غشاء نانوکامپوزیتی از 0 تا 15 درصد در حدود 55 درصد کاهش یافته و تراوایی دی اکسید کربن در غشاء بدون نانوذره در فشار 4 بار با کمترین تراوایی 4/5 بارر و با 15 درصد نانوذره در فشار 2 بار به بیشترین تراوایی در 548/7 بارر رسید. در نهایت مورفولوژی و ساختار غشای تولید شده طبق شرایط بهینه با آزمایش های متعدد طیف سنجی مادون قرمز، پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. در این آزمایشات مشخص شد که غشای پلی وینیل الکل اتصال عرضی شده دارای ضخامت 22/22 میکرومتر می باشد که این ضخامت عبورپذیری خوبی را ایجاد خواهد کرد.