بخشی از مقاله
چکیده
این مطالعه با هدف شناسایی تأثیر مواد افزودنی آلی و معدنی در زمان القا و پایداری نانوذرات کلرورنیکل صورت گرفته است. با استفاده از کریستالیزاسیون القایی، زمان القا جهت هسته زایی نانوذرات کلرور نیکل در دمای 25 درجه سانتیگراد و فوق اشباع های مختلف با استفاده از ضد حلال آمونیاک اندازه گیری شد. همچنین زمان القا و حجم مصرفی کلرور نیکل در اثر افزودن ماده فعال سطحی سدیم دو دسیل سولفات - SDS - مورد آزمون قرار گرفت. با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - از نانوذره عکس گرفته شد که اندازه نانوذره حاصله نشانگر تولید نانو ذره بود. نتایج حاصله مطابق با پیش بینی نظریه کلاسیک هسته زایی بود. نتایج نشان داد که در حضور آمونیاک با افزایش میزان فوق اشباعی، زمان القا نیز کاهش می یابد. لیکن در حضور سورفکتانت SDS با افزایش فوق اشباعی، زمان القا کاهش می یابد. در نمودارهای مرتبط با مدل هسته زایی با توجه به ضریب همبستگی مشاهده گردید مدل هسته زایی ثانویه غلبه بر مدل هسته زایی اولیه دارد
-1 مقدمه استفاده از ضدحلال و مواد فعال سطحی بطور همزمان برای تولید نانوذرات مختلف فرایندی است که به تازگی معرفی و با موفقیت به کاربرد رسیده است. توسعه روش مذکور با تکرار آن برای مواد مختلف موجب تثبیت روش به عنوان یک راهکار جدید در تولید نانوذرات تلقی خواهد شد6 .از آنجایی که در مطالعات موجود حول پدیده هسته زایی همواره بیشترین توجه به سمت عواملی همچون فوق اشباع و کشش سطحی بوده است , در این پژوهش زمان القای نانوذرات تولید شده در دمای 25 درجه سانتیگراد و فوق اشباع های مختلف اندازه گیری می شود . همان طور که از داده های آزمایشگاهی دریافت می شود نتایج حاصل از اندازه گیری زمان القاء طبق پیش بینی نظریه کلاسیک هسته زایی قرار دارند و زمان القاء با افزایش دما و فوق اشباع کاهش می یابد .3
موادی به نام سورفاکتانتها که در شوینده ها به مقدار زیادی یافت میشود باعث کاهش کشش سطحی میشوند5 که در این تحقیق با اضافه کردن سورفاکتانت از نوع SDS به ذرات کلرور نیکل میخواهیم بررسی کنیم که افزودن این مواد ، زمان تشکیل و تولید نانوذرات و میزان پایداری آنها را به چه میزان تغییر میدهد و همچنین کلوخه شدن آن در شرایط متفاوت به چه صورتی انجام می پذیرد . از آنجا که تمام مطالعات علمی بر پایه مفروضاتی بنا شده اند، در همین راستا مطالعه حاضر نیز فرضیه ای در نظر دارد که به صورت زیر بیان می گردد :
-1 هسته زایی با افزایش ضدحلال و مواد فعال سطحی بر محلول کلرور نیکل ، آغاز و نانوذرات ساخته می شوند .
-2 در مجاورت مواد فعال سطحی مانند SDS نانوذرات حاصل پایدار و در محلول بصورت SOL معلق می مانند .
-3 زمان تشکیل نانوذره با افزودن مواد فعال سطحی کاهش می یابد و بر میزان پایداری آن افزوده می شود .
گیوه کی و همکاران4 ، در مطالعه ای به بررسی پایداری کلوئیدی نانوذرات اکسیدآهن در فروسیال آب پایه با استفاده از فعالی سطح های پلیمری شانه ای پرداختند. عبدالکریمی مه آبادی ، منطقیان و همکاران1، به مطالعه زمان القا کریستالیزاسیون واکنشی نانوذرات مس پرداختند. در این مطالعه، زمان القا برای هسته زایی نانو ذرات مس در دماهای 25 و35 درجه سانتیگراد و فوق اشباع های مختلف اندازه گیری شد. نانو ذرات مس توسط واکنش کلرید مس با هیدرازین در محلول آبی ستیل تری متیل آمونیوم برم - CTAB - تولید شدند.همچنین قادر، منطقیان و همکاران2 به مطالعه زمان تاخیر در کریستالیزاسیون واکنشی نانوذرات نقره پرداختند.
-2 شرح آزمایش مراحل انجام این آزمایش بدین صورت می باشد که ابتدا از اتانول و استن بعنوان ضد حلال در غلظتهای مختلف استفاده شد که هیچگونه کدر شدنی صورت نگرفت. سپس از اسید نیتریک و اسید کلریدریک بعنوان ضد حلال استفاده شد که هیچ تغییر رنگی در محلول ایجاد نشد.در نهایت تصمیم گرفته شد که از آمونیاک بعنوان ضد حلال بر روی کلرورنیکل استفاده شود که با آزمایشات صورت گرفته کدر شدن محلول حاصل شد . در این مرحله، ابتدا از منابع علمی، حلالیت اشباع کلرورنیکل مورد نظر یافت و با در نظرگرفتن حلالیت اشباع اقدام به تهیه غلظت محلول مورد نظر گردید . مقادیر مختلف - 2.5، 3 ، 3.5 و - 4 گرم کلرورنیکل را با ترازو وزن کرده و سپس در 10cc آب مقطر حل نمودیم.برای اطمینان از اینکه ذرات حل نشده در محلول باقی نمانده باشد محلول را از کاغذ صافی عبور می دهیم. از این پس مقادیر گرم اولیه کلرورنیکل را با c - غلظت کلرورنیکل برحسب g/ccمحلول - نشان داده و در محاسبات از آن استفاده خواهد شد. محلول توسط همزن مغناطیسی با سایز مگنت دوسانتی متر و دور همزن 200 rpm هم زده شد تا به خوبی حل شود. سپس مقداری از آمونیاک را در بورت ریخته و قطره قطره آمونیاک را به محلول کلرورنیکل اضافه کرده و محلول کلرورنیکل را با آمونیاک تیتر می کنیم. همزمان با کرنومتر، زمان را اندازه گیری کردیم، به طوریکه پس از ریختن هر قطره، حدود 5 دقیقه صبر شد تا محلول کدر شود.درصورتیکه پس از گذشت 5 دقیقه محلول کدر نشد قطره ای دیگر را به محلول کلرور نیکل اضافه می کنیم. سپس زمان کدر شدن محلول یادداشت شد که این زمان، همان »زمان القا«می باشد. در طول آزمایش دمای محیط تقریباً œc 25 نگه داشته شد و از این محدوده تجاوز نکرد.
در طول این پروسه، تعداد، مساحت سطحی و جرم کریستالها افزایش می یابد و فوق اشباعیت تابعی از زمان می شود. ایجاد بهترین شرایط برای این پروسه به عواملی از قبیل میزان حلال و ضد حلال، دما، دور همزن و مدت زمان هم زدن بستگی دارد . افزایش دور همزن به دلیل تعلیق بهتر کریستالها در محلول، افزایش شدت انتقال جرم و رشد یکنواخت کریستالها از عوامل موثر در این پروسه به شمار می رود. با توجه به فرار بودن محلول، محدودیت افزایش دور همزن مانع از بالا بردن توان مکانیکی آن می شود بنابراین دور همزن برای تمامی نمونه ها ثابت - 200 rpm - نگه داشته شد. - در تستهای تعیین حلالیت، نمی توان دور همزن را به علت تبخیر زیاد کرد از این رو در مرحله کریستالیزاسیون القایی و بقیه مراحل دور همزن ثابت نگه داشته شد - . اگرچه افزایش دما و مقدار حلال به انحلال کلرورنیکل در آب کمک می کند ولی در این روش هر دو این کمیت ها ثابت نگه داشته شدند. دو عامل موثر میزان ضد حلال و مدت زمان همخوردگی باقی ماندند و می توان با تغییر این دو عامل به بهترین شرایط برای تولید کریستال با توجه به امکانات موجود، دسترسی پیدا کرد.
هنگام افزودن ضد حلال به محلول کلرورنیکل ، مشاهده شد که پس از گذشت زمان زیادی، محلول به صورت کدر مطلق در نیامده و یک حالت 2 فازی رخ داده است. از این مشاهدات دریافته شد که می بایست غلظت کلرورنیکل را کمتر کرد تا به محلول کاملا کدر دست یافت . از اینرو در این مطالعه، با مقدار 4 گرم کلرورنیکل به محلول کاملا کدر دست یافتیم . محلول کدر در ظرف نمونه گیری در جایی قرار داده شده و صبر شد تا محلول به صورت کاملا شفاف در آید. پس از گذشت حدوداً 15 ساعت ، محلول کدر به صورت کاملا شفاف درآمد. این زمان همان زمان پایداری نانوذرات می باشد . در مرحله بعدی محلول شفاف را در مکانی قرار می دهیم تا با گذشت زمان حلال و مایع همراه با محلول تبخیر شده و سپس مقدار گرم خالص کلرورنیکل را وزن کرده - آن را با : ∗ غلظت کلرورنیکل باقی مانده حاصل از بخار محلول شفاف بر حسب
