بخشی از مقاله
چکیده:
اخیرا استفاده از سلولز به عنوان بیوپلیمری تجدیدپذیر، به دلیل کاهش وابستگی به محصولات بر پایه مواد نفتی غیرقابل تجدیدپذیر، مورد توجه زیادی قرارگرفته است. نانوکامپوزیتهای سلولزی از فرایندهای مختلفی تولید میشوند که این فرایندها خواص کامپوزیتها را تحت تاثیر قرار میدهند نانو سلولز به عنوان قالب یا حاملی مناسب برای نانوذرات معدنی است. در این تحقیق نمونه نانوسلولز باکتریایی در طی فرایند کاهش در مکان برای تهیه نانوذرات نقره به کار برده شد. کامپوزیت نانوسلولز/ نقره با روش های FT-IR, FE-SEM , EDX شناسایی شد. تصاویر FE-SEM الیاف نانوساختار سلولز باکتریایی و همچنین ذرات نقره کروی شکل با اندازه 200 - 100نانومتر را نشان می دهد. نانو کامپوزیت تولید شده فعالیت کاتالیزی قابل توجهی را در کاهش آلاینده -4 نیتروفنول درمدت زمان 15 دقیقه نشان می دهد.
واژه های کلیدی: نانوکامپوزیت، نانوسلولزباکتریایی ،نقره، -4 نیتروفنول
مقدمه
سلولز که جزء اصلی ساختار سلولهای گیاهی است، پلی ساکاریدی خطی است که از واحدهای- d گلوکز تشکیل شده و فراوانترین بیوپلیمر جهان محسوب میشود. نانو سلولز در اشکال و با نامهای مختلف وجود دارد. از جمله این نامها می توان به این موارد اشاره نمود: پالپ های سلولزی همگن شده که با عنوان سلولز میکروفیبریل - MFC - یا سلولز نانوفیبریل - NFC - مشهور هستند، تارهای سلولزی هیدرولیز شده توسط اسید که با عنوان نانوکریستالین سلولز - NCC - یا سلولز نانوکریستال - CNC - شناخته میشوند و سلولزهای تولید شده توسط باکتری یا باکتریالسلولز . - BC - نانوسلولز به دلیل سطح وسیع، ساختار نفوذپذیر و قدرت مکانیکی یک ابزار ایدهآل برای ورود نانومواد مهمان محسوب میشود.
این نانوکامپوزیتهای سلولزی دارای مزیتهای نانومواد مهمان و پوستههای نانوسلولزی و نیز خواص کمکی هستند. طیف مختلفی از نانومواد مهمان مانند نانوذرات فلزی - - Au, Ag, Pd, Ni, TiO2, CuO ، نانومواد معدنی - CaCO3, SiO2 - ، مونت موریلونیت - و نانومواد کربنی - نانو لوله های کربنی، گرافن - در داخل یا سطح نانوسلولز ممزوج شدهاند و خواص ویژه الکتریکی، نوری و کاتالیزی این نانو کامپوزیتها به طور وسیعی نشان داده شده است .[1]از سوی دیگر، -4 نیتروفنول به عنوان یک ترکیب آلاینده در فاضلابهای صنعتی و کشاورزی یافت می شود. این ترکیب به وسیله روشهای متعددی به -4 آمینو فنول که به عنوان حدواسطی مهم در سنتز یسیاری از داروهای مسکن، ضدتبخال،... به کار میرود کاهش می یابد. از جمله این روش ها، کاهش فلز/اسید ، هیدروژن دار شدن کاتالیزی،کاهش الکترولیتیک و فرایند انتقال هیدروژن از طریق کاتالیزگرهای همگن و ناهمگن میباشند.
گزینشی نبودن سیستم، استفاده از گاز هیدروژن تحت فشار بالا، راندمان پایین، استفاده از محیط اسیدی یا قلیایی، استفاده از کاتالیزگرهای کمپلکسی گران از معایب کلی این روشها است 2 ]و. [3 از میان روشهای فوق، استفاده از فلزات تثبیت شده روی بستر در سیستمهای کاتالیزی ناهمگن به عنوان روشی موثر و سبز محسوب می شود. نانوذرات فلزی از نظر ترمودینامیکی ناپایدارند و تمایل به تجمع پذیری بالایی دارند لذا استفاده از یک بستر مناسب برای تثبیت و پایداری آنها مورد توجه قرار گرفته است. تاکنون کاتالیزگرهایی با عملکردهای مختلف گزارش شدهاند. در این کار، به معرفی کاتالیزگری جدید، مقرون به صرفه و سبز با استفاده از نانوسلولز یاکتریایی که هم به عنوان کاهنده یون های نقره و هم به عنوان بستری مناسب و سبز عمل می نماید در تولید پارا آمینو فنول از پارا نیتروفنول در حضور کاهنده سدیم بوروهیدرید می پردازیم.
بخش تجربی
تهیه کامپوزیت نانوسلولز باکتریایی/نقره
در ابتدا هیدروژل نانوسلولز باکتریایی در 300 میلی لیتر آب دیونیزه حل شده و pH آن به 12 رسانده می شود. این مخلوط در دمای 65 œC به مدت نیم ساعت هم زده شد. سپس 75 میلی لیتر مخلوط % 0/1 نقره نیترات به تدریج به آن افزوده شد. این مخلوط به مدت 2 ساعت در دمای 65œC همزده شد. سپسرسوب تشکیل شده جداسازی شده و با آب دیونیزه شستشو داده شد .[4]
کاهش کاتالیزی -4نیتروفنول
19/5 میلی لیتر آب دیونیزه، 0/25 میلی لیتر محلول -4 نیترو فنول 20 میلی مولار و 0/25 میلی لیترمحلول 5 مولار سدیم بوروهیدریک در یک بشر با هم مخلوط شده و به آن 0/02 گرم از کامپوزیت اضافه شد. در فواصل زمانی مشخصی طیف UV-vis از نمونه گرفته شد.
نتایج و بحث
شناسایی کاتالیزگر:
طیفهای FT-IR نمونه های نانوسلولز باکتریایی و کامپوزیت به ترتیب در شکل های 1و2 مشاهده میشود. پیک جذبی پهن در 3400cm -1 مربوط به ارتعاش کششی OH گروه های هیدروکسیل شبکه سلولز باکتریایی هستند، دو باند نسبتا کوچکتر در 2900cm-1 و 2800cm-1 مشخصه ارتعاش C-H آلیفاتیک است. یک گروه پیک جذبی در محدوده cm-1200-9001 به دلیل ارتعاشات کششی C-O, C-C در شبکه سلولزی است. پیک های نسبتا ضعیفتر در طول موج های پایینتر مشخصه شبکه فیبریلی سلولز است .[5]مورفولوژی سلولز باکتریایی و کامپوزیت به وسیله تکنیک FE-SEM بررسی شده است. شکل 3 میکروگراف FE-SEM سلولز باکتریایی را به صورت فیبرهای سلولزی با ابعاد تقریبا 50 نانومتر و طول چند میکرون نشان می دهد. تصویر-FE SEM نانو کامپوزیت در شکل 4 پراکندگی یکنواخت ومورفولوژی کروی نانوذرات نقره روی بستر نانوسلولز با ابعاد 200-100 نانومتر را نشان میدهد. نتایج EDX هم وجود نقره در سطح را تایید می نماید.
کاهش کاتالیزی -4 نیتروفنول برای بررسی اثر کاتالیزی نانوکامپوزیت سلولز باکتریایی/
نقره، واکنش -4 نیتروفنول به همراه کاهنده سدیم بوروهیدرید، به عنوان مدل انتخاب شد. پیک جذبی -4 نیتروفنول در 400 نانومتر و -4 آمینو فنول در 290 نانومتر ظاهر می شود.[6] درابتدا، از نانوسلولز باکتریایی به عنوان کاتالیزگر در واکنش مدل استفاده شده است و روند انجام واکنش از طیف UV دنبال شد. پس از مدت زمان 30 دقیقه تغییر قابل توجهی در پیک ماده اولیه ظاهر نشد - شکل . - 5در مرحله بعد از نانو کامپوزیت به عنوان کاتالیزگر استفاده شد. نتایج طیف UV - شکل - 6 نشان داد که پس از مدت زمان 15 و سپس 20 دقیقه از شروع واکنش، پیک -4 نیتروفنول به شکل بارزی کاهش یافته و پیک جدیدی در 290 نانومتر که بیانگر فراورده -4 آمینوفنول است ظاهر می شود. همراه با تغییرات طیفی، تغییر رنگ مشخصی نیز در محلول صورت گرفت و پس از 15 دقیقه رنگ زرد محلول از بین رفته و بیرنگ شد.
