بخشی از مقاله
چکیده
امروزه به دلیل رشد روزافزون صنایع و ورود آلایندههای مختلف به محیطزیست استفاده از فناوری نانو بهعنوان یک روش پربازده و کمهزینه برای پاکسازی محیطزیست اهمیت بیشتری یافته است. در بسیاری از تحقیقات جهت استفاده بهینه از نانو ذرات، تثبیت و پایدارسازی آنها باید موردتوجه قرار گیرد. هدف از این تحقیق، ارزیابی پایدارسازی نانو ذرات اکسید آهن - Fe3O4 - با استفاده از بیوسورفاکتانت رمنولیپید است. جهت نیل به این هدف، میزان پایداری نانو ذرات اکسید آهن در غلظتهای مختلف محلول رمنولیپید شامل 0/1، 0/01 و 0/001 درصد و در زمانهای ماند 0 ، 1، 3، 6، 12 و 24 ساعت با استفاده از اندازهگیری میزان نشست نانو ذرات توسط دستگاه اسپکتروفتومتر در طی مدتزمان 3 ساعت اندازهگیری شد. نتایج نشان میدهد که محلول رمنولیپید با غلظت 0/1% قادر به تثبیت نانوذرات اکسید آهن در غلظتهای مختلف 50، 100 و 200ppm میباشد. همچنین بر اساس نتایج بهدستآمده افزایش زمانماند محلول نانوذره بر تثبیت بیشتر نانوذرات اکسید آهن مؤثر بوده و با افزایش زمانماند، نشست نانوذرات کاهش مییابد.
کلمات کلیدی
نانوذره، اکسید آهن ، پایداری، رمنولیپید، زمان.
-1 مقدمه
امروزه با توجه به رشد روزافزون آلودگیها، اهمیت زیادی به تکنولوژی تصفیه فاضلاب و آبهای آلوده داده میشود و از بین بردن تأثیرات خطرناک آلودگیها و بهبود وضعیت سلامتی زندگی انسانها اهمیت ویژهای دارد. آلودگیهای موجود در فاضلاب حاوی ترکیبات غیر آلی، آلایندههای آلی و شمار زیادی از دیگر ترکیبات پیچیده است. تمام این آلایندهها برای سلامتی انسان و محیطزیست بسیار مضر هستند، بنابراین نیاز به حذف این آلودگیها توجه زیادی را به خود جلب کرده است .[5] نانوذره، ذرهای است که حداقل یکی از ابعادش بین 1 تا 100 نانومتر باشد. فناوری نانو در بهبود فناوریهای ساخت، الکترونیک، مخابرات، بهداشتی و حتی پاکسازی محیطزیست کاربرد زیادی دارد. نانوذرات به دلیل داشتن خواص ویژه چون: اندازهی بسیار ریز، نسبت سطح به حجم خیلی زیاد، خواص مغناطیسی مناسب و سازگاری زیستی عالی مورداستفاده قرارگرفتهاند .[5]
نانوذرات اکسید آهن در اشکال مختلفی در طبیعت وجود دارند. مگنتیت - Fe3O4 - ، مگانایت - -Fe2O 3 - دو نمونه از اکسید آهن معمول در محیط هستند. سهولت در سنتز، پوشش دهی و اصلاح کردن و توانایی کنترل و یا دستکاری کردن این مواد در مقیاس اتمی تنوع زیادی را فراهم میکند. بهعلاوه نانوذرات اکسید آهن به دلیل داشتن سمیت کم، بیاثر بودن ازنظر شیمیایی و سازگاری زیستی پتانسیل بسیار بالایی برای حضور در ترکیبات مربوط به فناوری زیستی دارند .[5] همچنین خواص مغناطیسی و توانایی اصلاح سطح نانوذره اکسید آهن باعث جدا شدن آسان جاذب بعد از فرآیند جذبشده و به همین دلیل از آنها بهعنوان دو خاصیت ویژه یاد میشود .[8] سطح ویژه بسیار وسیع نانوذرات فعالیت سطحی بیشتری را نسبت به آهن در ابعاد میلیمتری باعث میشود. یکی از مزیتهای نانوذرات مغناطیسی این است که بعد از فرایند جذب میتوان آنها را از آلودگی جدا کرد. توانایی نانوذرات اکسیدآهن در پاکسازی فاضلاب در مقیاس آزمایشگاهی و تجاری به اثبات رسیده است .[5]
ازجمله مشکلاتی که هنگام حضور نانوذرات در محیطهای آبی به وجود میآید، کلوخه شدن و ناپایداری نانو ذرات است که سبب کم شدن شعاع حرکتی آنها در محدودهی چند سانتیمتری محل تزریق میشود، ضمن اینکه نانو ذرات مغناطیسی مستعد اکسید شدن در هوا میباشند .[4] یکی از راههای مقابله با کلوخه شدن نانو ذرات در محیطهای آبی، استفاده از تثبیتکنندههای سطحی است. تثبیتکنندهها با پوشش دادن سطح ذرات موجب ایجاد نیروی دافعه الکترواستاتیک یا نیروی استریک شده و باعث پایداری نانو ذرات میشوند .[3]
سورفاکتانتها مولکولهای دوگانه دوست - آبدوست و آبگریز - هستند که شامل دو بخش قطبی و غیر قطبی بوده که به آنها امکان میدهد در فاز مشترک بین فازهای مخلوط نشدنی - نظیر نفت/ آب یا نفت/هوا - تجمع یابند و کشش سطحی بین فازی کاهش دهند. فعالیتهای سطحی این مولکولها باعث میشود که عوامل امولسیون کننده، کفزا و پخشکننده محسوب شوند. غلظتی که در آن میسلها - micells - شروع به تجمع میکنند غلظت بحرانی - concentration - critical micelle یا CMC نامیده میشود. این غلظت به نقطهای مربوط است که در آن سورفاکتانتها کمترین کشش سطحی را نشان میدهند. در غلظتهای پایینتر از غلظت بحرانی، میسلها ظاهر نمیشوند.[3] بیوسورفاکتانتها متابولیتهایی دارای فعالیت سطحی هستند که از باکتری، مخمر و قارچهای رشتهای در منابع مختلف کربنی تولید میشوند. بخش آبگریز بیوسورفاکتانتها،معمولاً دارای زنجیرهی هیدروکربنی از یک یا چند اسید چرب هستند که در حالات اشباع، غیراشباع، هیدروکسیل شده یا شاخهای به بخش آبدوست متصل میشوند. بخش آبدوست میتواند استر، یک گروه هیدروکسی، فسفات یا کربوهیدرات باشد .[7]
رمنولیپید1 یک بیوسورفاکتانت آنیونیک است و مانند دیگر بیوسورفاکتانتها دارای دو بخش آبدوست و آبگریز است، این نحوه-ی توزیع در بیوسورفاکتانت رمنولیپید باعث میشود که کشش سطحی رمنولیپید کاهش یابد. رمنولیپید به دلیل داشتن این خواص در بسیاری از صنایع مانند داروسازی، لوازم آرایشی، تولید نانوذرات، پاکسازی زیستی و آلودگیهای محیطزیست مورداستفاده قرار میگیرد. بیوسورفاکتانتها شامل گلیکو لیپید، لیپوپپید و لیپوپروتئین، اسیدهای چرب و فسفولیپیدها و بیوسورفاکتانتهای پلیمریک هستند. رمنولیپیدها گلیکولیپیدهایی با یک یا دو حلقهی رمنوز - Rhamnose - هستند - شکل . - 1 بهصورت کلی رمنوز توسط باکتری سودوموناس تولید میشود .[7]
رمنولیپید میتواند کشش سطحی آب را از 72 mN/m به کمتر از 30 mN/m کاهش دهد. این ویژگیها آن را برای استفاده در زمینههای مختلف مانند پاککنندهها، امولسیون سازها، روغنکاری و کفسازی مناسب میکند . رمنولیپید همچنین توانایی فعالیت در دمای بالا و در بازهی وسیعی از - 10-5 - pH را با داشتن سطح فعال بالا دارد
بهارالی و همکاران - 2013 - ، تأثیر رمنولییپید را در تثبیت نانو ذرات نقره بررسی کردند. ترکیب ساختهشده توسط دستگاه میکروسکوپ الکترونیکی - SEM - موردبررسی قرار گرفت. اندازهی این ذرات همچنان در محدودهی نانو قرار داشته و علت یکپارچگی توزیع اندازهی نانو ذرات، عملکرد بیوسورفاکتانت رمنولیپید در محلول گزارش شد. رمنولیپید توسط گروه -OH و -CH با نانو ذرات نقره پیوند برقرار میکنند و سطح نانو ذرات نقره را پوشش میدهند شکل - 1 ساختار رمنولیپید نوع - Rhl1 - RhaC10C10 - و رمنولیپید نوع
تیواری و همکاران به تولید نانوذرات فلزی Au و Ag و Ag-Au پرداختند و برای تثبیت آن از سورفاکتانت کاتیونی جمینی - Gemini - استفاده نمودند. برای بررسی نتایج حاصل از این آزمایش از روشهایی چون زتا پتانسیل، XPS2، و اسپکتروفتومتر استفاده شده.
نتایج حاصل از اندازهگیریها نشان داد که سورفاکتانت جمینی توانایی پوشش دادن و پایدار کردن نانوذرات فلزی Au و Ag و Ag-Au در pH=8-9 را دارا میباشد و میتوان برای تثبیت این مواد از یک نوع از این سورفاکتانت استفاده نمود .[7]
فرزانه و بهزادمهر در تحقیقی به بررسی تأثیر پایدارکنندهی PAA پرداختند و اثر دما بر این فرآیند را موردمطالعه قراردادند. با توجه به نتایج بهدستآمده اکسید آلومینیوم وسط PAA به پایداری رسیده که در دمای پایین این تثبیتکننده عملکرد بهتری داشته است. علت آن حلالیت اندک سیال مایع در پلیمر PAA بوده و در دمای پایین انرژی جنبشی ذرات نیز کم است و محتوای انرژی جنبشی نانوذره نمیتواند بر نیروی استریک غلبه کند و نانوسیال پایدار میشود. با افزایش دما انرژی جنبش نانوذرات افزایشیافته و توانایی غلبه بر نیروی استریک را دارد .[2]
در پژوهش انجامشده توسط گلزار و همکاران - 2014 - ، از پلیاکریلیک اسید برای تثبیت نانوذره اکسید آهن استفاده شد.
نتایج تحقیق نشان داد که میتوان از پلی آکریلیک اسید بهعنوان تثبیتکنندهی نانوذره اکسید آهن استفاده کرد. همچنین در این مطالعه مشخص شد که کمترین نشست، در نسبت وزنی 2:1 پلیاکریلیک اسید به نانوذره رخ میدهد .[6]
با توجه به اهمیت پایدارسازی نانو ذرات در افزایش کارایی آنها، تحقیق حاضر باهدف تثبیت نانو ذرات اکسید آهن توسط بیوسورفاکتانت رمنولیپید در آب انجامگرفته و برای این منظور اثر پارامترهای مهم زمان و غلظت رمنولیپید بر میزان تثبیت، موردبررسی قرارگرفته است.
-2 مواد و روشها
-1-2 مواد
در این تحقیق از نانوذرات اکسید آهن - Fe3O4 - خریداریشده از موسسه انستیتو پاستور، با درجهی خلوص %95 و اندازهی متوسط 44/5 نانومتر استفاده شد. برای انجام آزمایش تثبیت از بیوسورفاکتانت رمنولیپید با خلوص %100 خریداریشده از پژوهشکدهی ملی ژنتیک ایران استفاده گردید. لازم به ذکر است که رمنولیپید استفادهشده در این تحقیق از ترکیب رمنولیپید نوع 1 و 2 میباشدضمناً. برای تنظیم pH نمونهها از 0/1 NaOH مولار و %1 HNO3 خریداریشده از شرکت Merck آلمان استفاده شده است.
-2-2 روش انجام آزمایش
برای تولید محلول رمنولیپید، با غلظت مشخص از آب مقطر استفاده گردید و توسط 0/1 NaOH مولار و 1% HNO3 به pHهای 6، 6/5، 7، 7/5، 8، 10 و 12 رسانیده شد. سپس نانوذرات اکسید آهن با غلظتهای مختلف 50، 100 و 200ppm در محلول رمنولیپید ریخته و در دستگاه اولتراسونیک4 به مدت 1 ساعت قرار داده شد تا نانوذرات در محلول توزیع شوند. در ادامه میزان نشست نانو ذرات اکسید آهن در محلول رمنولیپید با استفاده از روش بررسی تغییرات جذب نور توسط اسپکتروفتومتر5 مدل UV-1200 در طولموج 512 نانومتر و در مدتزمان 180 دقیقه ارزیابی گردید. شایانذکر است که در مدت ذکرشده میزان جذب نور، هر 1 دقیقه یکبار اندازهگیری و اطلاعات بهدستآمده از دستگاه اسپکتروفتومتر بهصورت نمودار توسط دستگاه رسم گردید. نتایج اولیهی بررسی pH
