بخشی از مقاله
چکیده
در کار حاضر ابتدا نانو سلولز به روش هیدرولیز اسیدی سنتز شد و سپس بوسیله توسیل کلراید، گروه عاملی OH روی سطح نانوسلولز جایگزین شد و به یک ترک شونده مناسب تبدیل شد و در مرحله بعدی با لیگاند 4- - 4 -chlorobenzylideneimino - -3-methyl-5-mercapto-1, 2, 4-triazole - CBIMMT - اصلاح شد. جهت تعیین اندازه فیبرهای نانوسلولز از میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده شد که اندازه فیبرها کمتر از 50 نانومتر بدست آمد و برای تایید تثبیت لیگاند CBIMMT روی نانو سلولز، از نانوکامپوزیت اصلاح شده، آنالیز وزن سنجی حرارتی - TGA - صورت گرفت به این صورت که این آنالیز نشان می دهد لیگاند به مقدار 23/8 درصد روی نانو سلولز نشسته است. همچنین برای تعیین مقدار سطح، قبل و بعد از اصلاح نانو سلولز توسط لیگاند از تکنیک BET استفاده شد که مساحت سطح موثر بر حسب متر مربع بر گرم جاذب بدست آمد بدین شکل که نانو سلولز تنها 318/29 متر مربع بر گرم و نانو سلولز اصلاح شده با لیگاند 276/85 متر مربع بر گرم - m2/g - سطح قابل جذب دارد.
واژه های کلیدی: نانو سلولز اصلاح شده، لیگاند، نانوکامپوزیت.
مقدمه
سلولز یکی از مهمترین پلیمرهای طبیعی است و بهعنوان یک ماده خام پایانناپذیر، و مادهای زیستسازگار در مقیاس صنعتی است. این ماده سالهاست که در قالب چوب و الیاف گیاهی بهعنوان یک منبع انرژی، مصالح ساختمانی و پوشاک بهکار برده میشود. نانوسلولز، متشکلاز فیبرهای سلولز با ابعاد نانو است، که نوعاً دارای ابعاد عرضی 5-20 نانومتر و ابعاد طولی در محدوده گستردهای از دهها نانومتر تا چند میکرون است .نانوسلولز دارای ظاهری بسیار چسبناک بوده و نواری ژل مانند و شفاف است. سلولز یک هوموپلیمر خطی - دارای مونومرهای مشابه - از واحدهای -D- گلیکوپیرانوزی است که با پیوند های گلیکوزیدی 1 - به - 4 از طریق نیروهای واندروالس و پیوندهای هیدروژنی درون و برونمولکولی به یکدیگر متصل شدهاند.طول یک مولکول سلولز طبیعی حداقل 5000 نانومتر است و مربوط به زنجیرهای دارای حدود 10000 واحد گلیکوپیرانوزی است. خواص نانوسلولز - مانند خواصمکانیکی، خواص لایه نازک، ویسکوزیته و غیره - آن را مادهای جالب برای بسیاری از برنامههای کاربردی میسازد.
در صنایع کاغذ و مقوا از نانوسلولز بهدلیل اثر تقویتی قوی بر روی مواد کاغذ بهره میبرند.در صنایع غذایی، پزشکی، آرایشی و دارویی این مواد بهدلیل مصرف در ابرجاذبهای آب و فیلمهای ضدباکتری کاربرد دارند. از جمله دیگر کاربردهای این مواد میتوان به ساخت کامپوزیتها، تجهیزات الکترونیکی، صنایع چوب و مواد ساختمانی، بازیافت نفت - در شکست زنجیرههای هیدروکربنی - و خودروسازی اشاره کرد. لیگاند استفاد شده بصورت گزینش پذیر عمل می کند و توانایی استخراج، پیش تغلیظ و حذف برخی فلزات سنگین در pH مخصوص به خودشان را دارد که در شکل 1 ساختار آن مشاهده می شود[1-7]اخیراً. نانو کامپوزت های اصلاح شده زیادی جهت کاربردهای فوق الذکر تهیه شد .[8-10] در کار تحقیقاتی حاضر سطح نانوسلولز توسط لیگاند BICMMT اصلاح می شود و از آن می توان در حذف فلزات سنگین و ترکیبات آروماتیک سمی و همچنین استخراج و جداسازی استفاده کرد.
روش تجربی مواد شیمیایی و دستگاهها
تمامی مواد شیمیایی و حلال های مورد استفاده از شرکت مرک خریداری شده است. به منظور اندازه گیری pH، از دستگاه PH متر ساخت شرکت JENWAY مدل 3510 و جهت ته نشینی نانو جاذب از یک سانتریفیوژ ساخت شرکت KOKUSAN مدل H-11n استفاده گردید. برای تعیین اندازه نانو ذرات از دستگاه میکروسکوپ الکترونی عبوری ساخت کشور آلمان، - HF2000,Hitachi High-Technologies Europe Gmb H, Krefeld - ، جهت تعیین مساحت سطح از دستگاه آنالیز - Quantachrome, Chem BET 3000 TPR/TPD - BET ساخت کشور آمریکا، جهت همگن سازی مخلوط از دستگاه اولتراسونیک - Omni Ruptor 250 W - و جهت تعیین تثبیت لیگاند روی سطح نانوسلولز از آنالیز وزن سنجی حرارتی - TGA - ساخت شرکت Bahar مدل 503 استفاده شد.
روش تهیه نانوسلولز
نانوالیاف سلولزی که در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفتند، توسط هیدرولیز اسیدی تشکیل شده اند. به طور خلاصه، 0/2 گرم خمیر آلفا سلولز و 100 میلی لیتر 2/5 HBr مولار مخلوط و به مدت 3 ساعت در دمای 100 درجه سانتی گراد در همگن ساز اولتراسونیک قرار گرفت. سپس مخلوط چند مرتبه با آب مقطر شستشو داده تا اینکه pH آن به 5 برسد و در هر مرحله، محلول شستشو توسط دستگاه سانتریفیوژ جدا شد. در انتها رسوب حاوی نانو الیاف سلولزی در آون قرار داده تا خشک شد.
روش تهیه نانوسلولز اصلاح شده با لیگاند CBIMMT توسیل دار کردن نانوسلولز
3 گرم نانوسلولز، 5/4 گرم توسیل کلراید و 60mL پیریدین تهیه شد. حمام یخ را آماده و به دمای 10 درجه سانتی گراد رسانده، سپس بالن را در حمام یخ گذاشته و مواد فوق الذکر را به آن اضافه تا مخلوط شوند. سپس بالن حاوی مخلوط واکنش را در دمای اتاق بر روی همزن به مدت 48 ساعت گذاشته تا کاملا مخلوط شوند. در مرحله بعد 100 mL اتانول به مخلوط واکنش اضافه تا رسوب دهد، سپس آن را صاف کرده و با 50mL اتانول و آب مقطر شستشو و رسوب باقیمانده در کاغذ صافی را جدا کرده و به مدت 3 روز در آون خلا قرار داده تا خشک شود.
لیگاند دار کردن نانوسلولز توسیل دار شده
0/8 گرم از نانوسلولز توسیل دار شده را با 0/9 گرم لیگاند CBIMMT و 15 mL کلروفرم در دمای 80 درجه سانتی گراد به مدت 48 ساعت در شرایط رفلاکس گذاشته، سپس مخلوط واکنش را صاف کرده و در شرایط دیالیز به مدت 4 روز قرار گرفت. بعد از آن رسوب را داخل شیشه ریخته و در دمای 55 درجه سانتی گراد به مدت 2 هفته قرار داده تا خشک شود.
بررسی نتایج تعیین اندازه ابعاد فیبر های نانوسلولز توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری
شکل2 تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - از نانوسلولز است. همانطور که مشاهده می شود اندازه ابعاد فیبرها یا رگه های سلولز به ابعاد نانویی رسیده که پهنای این رگه ها کمتر از 50 نانومتر است. همچنین طولهای متفاوت در حد چند میکرون دارند.
