بخشی از مقاله
چکیده
نانوذرات مغناطیس فریت منگنز و اکسید سریم با استفاده از از روش سریع شیمیایی در حلال آب سنتز شده است. تاثیر عامل رسوب دهنده و سورفکتانت های مختلف بر روی اندازه ذرات و مورفولوژی مورد مطالعه قرار گرفته است. آنالیزهای پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی برای شناسایی محصولات استفاده شد. کاربرد فتوکاتالیستی سریم اکسید در تخریب رنگهای سمی تحت نور ماورابنفش مورد بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
در سال های اخیر، استفاده از نانو مواد بسیار افزایش یافته است و به خصوص نانو ذرات اکسید فلزی که در محصولات تجاری و فرایندهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از نانو ذرات عملکرد محصولات را بهبود می بخشد اما برخی از این مواد ممکن است برای سلامت انسان و محیط زیست خطرناک باشند .[1] در میان نانو ذرات فلزی، نانو ذرات اکسید سریم به دلیل خواص الکترونیکی و اپتیکی برجسته آنها همراه با کاربردهای مختلفی مانند: پزشکی، کاتالیزوری، نوری و تکنولوژی سنسورها، بسیار عالی هستند.[2] سریا که نیمه رسانا، فراوان، غیرسمی و ارزان است، کاربرد گسترده ای در واکنش های کاتالیزوری دارد، CeO2 ناحیه سطحی بالایی دارد و می تواند واکنش انتقال الکترون در یک پتانسیل پایین را افزایش دهد.
همچنین به دلیل انتقال سریع و ظرفیت ذخیره سازی بزرگ اکسیژن، فعالیت الکتروشیمیایی خوبی دارد و کاربردهای مختلفی در زمینه های تجزیه، سلول های سوختی و سنسورها داردCeO2 .[3] یک نیمه رسانا با بند گپ انرژی شبیه TiO2، دارای فعالیت فوتوکاتالیستی خوبی برای تخریب آلاینده های رنگی آلی مختلف شبیه متیلن بلو - - MB و متیلن اورنژ - MO - است.[5] اخیراً، استفاده از نانو ذرات مغناطیسی - MNP - به علت خواص چند منظوره منحصر به فردشان افزایش یافته است. مواد مغناطیسی در ابعاد نانو کاربردهای مختلفی در پزشکی، ذخیره سازی مغناطیسی، فروسیالات و... دارد.[6] نانو ذرات فریت اسپینل - NPS - به دلیل خواص فیزیکی جدید آنها در مقایسه با مواد بالک بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است.
در ابعاد نانو، یک مغناطیس چند حوزه در انرژی پایداری نیست و پیکربندی تک حوزه ارجح تر است.[7] فریت منگنز - MnFe2O4 - نوعی فریت نرم است با ثابت آنیزوتروپی مغناطیسی خیلی پایین.K~103J/m3 نانو ساختار فریت منگنز دارای ساختار اسپینل معکوس است. فریت های نرم مانند MnFe2O4 ، به دلیل آماده سازی ساده و ویژگی های مغناطیسی خوب اغلب در دستگاه های مایکروویو، تراشه های حافظه کامپیوتر، رسانه ضبط مغناطیسی، ساخت سیم پیچ با فرکانس رادیویی، هسته ی ترانسفورماتور، آنتن های میله ای و بسیاری از شاخه های ارتباط از راه دور و مهندسی الکترونیک به کار برده می شود. اخیراً متوجه شدند که نانو ذرات مغناطیسی MnFe2O4 به عنوان یک جاذب عالی برای حذف رنگ آزو و اسید قرمز B از آب مورد استفاده قرار می گیرد.[6] سنتز کنترل شده مواد نانوساختار شامل نانو مواد مغناطیسی پایه و اساس پژوهش علوم و فناوری است زیرا شکل، اندازه و ساختار مواد نقش مهمی در تعیین خواص نوری، کاتالیزوری، مغناطیسی و مکانیکی دارد.[3]
خصوصیت منحصر به فرد فریتها ، نسبت به آهن و دیگر مواد فرومغناطیس، عایق بودن آنها است. از این رو فریتها را در محدود بسامدهای مایکروویو استفاده میکنند، علت این امر آن است که میدانهای مایکروویو میتوانند بدون تضعیف و انعکاس زیاد در مواد عایق منتشر شوند، در حالیکه این میدانها به علت ایجاد جریانهای گردابی نمیتوانند درهادیها منتشر شوند. مغناطش خالصفریتها با وجود پاد موازی بودن اسپینهای مجاور، صفر نیست. دلیل وجود این مغناطش خالص تفاوت قدرت اسپینهای مجاور است. به همین دلیل بیشینهی مغناطش فریتها اصولاً از مواد فرومغناطیس کمتر است، مقدار این بیشینه نوعاً حدود3 × 103 گوس است، در حالیکه در مواد فرومغناطیس مقدار این بیشینه2 ×104 گوس است.
از طرفی در وسایل توان بالا از فریتها نمی توان استفاده کرد. علت اول آن است که تنها قسمتی از فریت مغناطیس است - بقیه ماده که ساختمان آن را به هم پیوند میدهند غیر مغناطیس است، پس میدان اشباع فریت، از میدان اشباع مواد فرومغناطیس خیلی کمتر است - . علت دوم اینکه مقاومت مکانیکی فریتها کم است و شکنندهاند، بنابراین نمیتوان از آنها در وسایل توان بالاکه غالباً تحت فشارهای مکانیکی هستند، استفاده کرد. در فوتوکاتالیز ناهمگن، واکنش در سطح مشترک بین یک فوتوکاتالیز جامد - فلز یا نیمهرسانا - و یک سیال شامل واکنش دهندهها و محصولات واکنش رخ میدهد. بنابراین، عبارت "فوتوکاتالیز ناهمگن اساسا در مواردی استفاده می شود که یک فوتوکاتالیست نیمهرسانای جاذب نور، با یک فاز مایع یا گاز در تماس باشد.
با توجه به محدود بودن منابع آب و گسترش روزافزون واحدهای صنعتی، افزایش تولید فاضلاب های صنعتی و آلوده شدن منابع آب یکی از معضلات اجتماعی و اقتصادی محسوب میشود. فاضلابهای حاصل از کارخانجات و مراکز تولیدی به دلیل دارا بودن ترکیبات گوناگون در مقادیر مختلف، روند تصفیه فاضلاب را پیچیده می کنند. از میان صنایع مختلف، صنایعی چون صنعت نساجی، کاغذسازی، داروسازی و چرمسازی بهعلت مصرف هزاران نوع مواد شیمیایی رنگی، از واردکنندگان آلاینده های رنگی به محیط زیست میباشند. بسیاری از این رنگها در مقابل فرایندهای تجزیه بیولوژیکی مقاوم می باشند.
وجود رنگ در اینگونه فاضلابها باعث میشود تا از نفوذ نور خورشید به داخل آب جلوگیری شده و موجب کاهش سرعت فرایندهای فتوسنتتیک در آبهای سطحی شود. بسیاری از این رنگها دارای اثرات سرطانزایی بوده و در بسیاری ازموارد مولد بروز جهش های ژنتیکی می باشند. بهمنظور حفظ سلامت انسان و محیط زیست، بهرهگیری از روش-های ارزان قیمت و اقتصادی در حذف رنگ از فاضلابهای نساجی و کارخانههای تولید رنگ از اهمیت ویژهای در کشورهای در حال توسعه برخوردار است.[4] روشهای مختلفی بهمنظور کاهش ورود فاضلابهای رنگی به آبهای سطحی مورد بررسی قرارگرفتهاست که از این روشها میتوان به استفاده از منعقدکننده ها، عوامل اکسیدکننده، غشا ها، فرایندهای فوتوکاتالیستی، فرایندهای الکتروشیمیایی، فرایندهای بیولوژیکی و تکنیکهای جذب سطحی اشاره نمود.
روش های تجربی سنتز نانو ذرات مغناطیسی به روش هیدروترمال
0/2 گرم MnCl2.4H2O با 0/8 گرم Fe - NO3 - 3.9H2O را در 200 میلی لیتر آب دوبار تقطیر شده استیرر می کنیم تا محلول کاملاً مخلوط شود، سپس کم کم به آن سود 0/1 مولار اضافه می کنیم تا PH محلول به ده برسد و به رسوب اشباع می رسیم.محلول را در اتوکلاو می ریزیم و به مدت 3 ساعت در دمای 180 درجه سانتی گراد می گذاریم، در آخر هم محلول را سانتریفیوژ می کنیم و رسوب را در آون دمای 70 درجه سنتی گراد خشک می کنیم.
سنتز نانو ذرات اکسید سریم به روش هیدروترمال
0/3 گرم Ce - SO4 - 2.4H2O را در 200 میلی لیتر آب دوبار تقطیر شده استیرر می کنیم سپس کم کم به آن سود 0/1 مولار اضافه می کنیم تا PH محلول به 10 برسد. محلول را در اتوکلاو ریخته و به مدت 3 ساعت در دمای 180 درجه سانتی گراد قرار می دهیم سپس محلول را سانتریفیوژ می کنیم و در آون خشک می کنیم و در دمای 500 درجه سانتی گراد به مدت 2 ساعت کلسینه می کنیم.
بحث و نتیجه گیری
برای شناسایی فاز بلوری و اندازه بلورک هگزا فریت منگنز ساخته شده از روش پراش پرتو ایکس استفاده شد. شکل-1 مربوط به آنالیز فاز هگزاگونال هگزا فریت منگنز می باشد که توسط دستگاه XRD مورد شناسایی قرار گرفت. کاملا از نوع پیک های بدست آمده خلوص ماده سنتز شده قابل مشاهده می باشد.
