بخشی از مقاله
خلاصه
برای تهیه تودوروکیت مونوهیدرات سولفات منگنز ، پتاسیم پرسولفات ، منیزیم سولفات هم چنین مقدار معینی آب مقطر مخلوط کرده. محتویات را در داخل اتو کلاو گذاشته و پس از مدت معینی از اتو کلاو خارج و 5 مرتبه با آب مقطر تبلور مجدد داده شد. در انتها رسوب باقی مانده بر روی کاغذ صافی را در اون با دمای 90 درجه سانتی گراد قرار داده تا خشک شود. از ماده خشک شده تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبش، الگوی پراش اشعه ایکس، آنالیز عنصری اجزای تشکیل دهنده گرفته شد. سپس نانو ذرات اکسید روی بر روی تودوروکیت تهیه شده تثبیت گردید. از این نمونه تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبش، الگوی پراش اشعه ایکس و آنالیز عنصری اجزای تشکیل دهنده گرفته شد. نتایج میکروسکوپ الکترونی حاکی از افزایش سطح فعالیت کاتالیست - تودوروکیت - بودند. همچنین همچنین با استفاده از الگوهای پراش اشعه ایکس تعیین شد که نانو ذرات ابعاد مناسبی داشته و دارای ساختار بلوری مناسبی هستند. .
چکیده
در این تحقیق ابتدا تودوروکیت با استفاده از مواد اولیه مناسب تهیه گردید. هم چنین نانو ذرات اکسید روی با استفاده از روش پخش حالت جامد به وسیله زینترینگ حرارتی بر روی ترکیب تودوروکیت تثبیت شد. جهت شناسایی و تعیین اندازه ذرات کاتالیست تهیه شده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی و الگوهای پراش اشعه ایکس و آنالیز عنصری اجزای تشکیل دهنده استفاده گردید.
کلمات کلیدی: تودوروکیت، نانوذرات اکسید روی، میکروسکوپ الکترونی روبشی، الگوی پراش اشعه ایکس، آنالیز عنصری اجزای تشکیل دهنده
-1 مقدمه
ترکیب تودوروکیت یک ماده معدنی پیچیده از اکسید منگنز آبدار با فرمول - Na, Ca, K, Ba, Sr - 1-x - Mn4, Mn2,Mg, Al - 6O12·3-4H2O موجود در رسوبات سنگ معدن منگنز، سنگ، خاک و رسوبات منگنزدار است. البته این ماده معدنی در کف اقیانوسها، مناطق هوازده و خاک نیز یافت میشود. با این وجود هنوز تنوع فلز منگنز در این ماده شناخته نشده است Chokhrov - و همکاران، . - 1979 این ترکیب دارای یک ساختار پایدار شبیه به غربال مولکولی متخلخل، ساخته شده از سه زنجیره هشت وجهی از MnO6 میباشد. همچنین تودوروکیت از نظر ساختار غربال مولکولی متخلخل و رفتار تبادل یونی شبیه به زئولیت میباشد - Shen و همکاران، . - 1993
این رفتار تبادل یونی مشابه زئولیت سبب میشود، تودوروکیت بتواند نقش مهمی در تعادل فلزات سنگین موجود در اقیانوسها یا سیستمهای آبی ایفا کند Post - ، . - 1999 اکسید روی، پودری سفید مایل به زرد و بسیار نرم، بدون بوی خاصی، غیر محلول در آب همراه با سطح ویژه بسیار بالا است. ویژگیهای اکسید روی به ساختار میکروسکوپی آن از قبیل؛ اندازه بلور، مرفولوژی، نسبت ابعاد و حتی دانسیته بلور بستگی دارد. اکسید روی با ساختار هگزا گونال و گاف انرژی 3/4 الکترون ولتی در دمای اتاق، هم چنین طول پیوند زیاد یک نیمه هادی است که در مقیاس نانو دارای خواصی از جمله لیزر، اپتیک غیر خطی و پیزوالکتریسیته، حساسیت سطحی نسبت به جذب شوندهها، مقاومت غیر خطی بالا و پایداری مکانیکی خوب است.
اندازه و ریخت شناسی دو پارامتر مهم برای اندازه گیری و شناسایی خصوصیات فیزیکی و شیمی فیزیک نانو ذرات اکسید روی میباشد. رشد کریستالهای نانو ذرات به طور جدی تحت تأثیر شرایط خارجی مانند دما قرار دارد. دمای بالا و دیگر شرایط سخت رشد، فرآیند جامد شدن را بسیار محدود میکند. همچنین کاتالیزور مادهای است که سرعت واکنش را افزایش میدهد بدون آنکه خود در جریان واکنش مصرف شود. تجربه نشان داده است که واکنش با کاتالیزور در دمای کمتری صورت میگیرد. همچنین کاتالیزور انرژی اکتیواسیون را کاهش میدهد Andres Verge - و همکاران، . - 1990 مزوپورها پس از زئولیتها شناسایی شدهاند و دارای مساحت سطح و حجم حفره بالاتری نسبت به زئولیتها هستند، در نتیجه کاربردهای فراوانتری در زمینههای مختلف از جمله جذب، جداسازی، حجیم شدگی مولکول و به عنوان کاتالیست شیمیایی دارند.
تنوعی از مزوپورهای سیلیکاتی، آلومینو سیلیکات، آلومینو فسفات و سایر مزوپورهای فلزهای اکسایشی واسطه در حال گسترش میباشند. توسعه این مواد در آینده وابسته به ساخت مواد نانوپور مهندسی شده و کنترل شده برای کاربردهای مورد نظر میباشد. متداولترین روش سنتز این مواد نانو متخلخل، روشهایی برپایه الگو میباشد. روشهای مشخصهیابی، اندازه و شکل این حفرهها را مشخص کرده و در بهینهسازی ساختار آنها کمککننده است. استفاده از تخلخلهای این مواد برای ساخت نانو کامپوزیتها بسیار مهم میباشد. مواد نانو متخلخل معدنی بسیار متنوعتر از مواد نانو متخلخل آلی یا ارگانیک میباشند Luo - و Zhao، . - 2004
کارهایی که در این زمینه انجام شده اند عبارتند از به گزارش Cui و همکاران - 2009 - دمای واکنش بر تشکیل تودوروکیت در شرایط هیدروترمال تاثیر بسزایی دارد. تودوروکیت در عملیات هیدروترمال در دمای بالا - 170-150 C - به آسانی ازمس - بوسریت قابل تهیه است. بنابراین در شرایط رفلاکس اگر با کنترل اسیدیته، مس در بالا و پایین حفرهها کاهش یابد، مس- بوسریت میتواند به تودوروکیت تبدیل شود. نهایتا مس- تودوروکیت از مس- بوسریت در فشار اتمسفر با عملیات رفلاکس در اسیدیته 4/5 سنتز نموده اند. همچنین نانو ذرات اکسید روی به روش سل-ژل با استفاده از استات روی، -2پروپانول و مونواتانول آمین به عنوان فوتوکاتالیست برای حذف آلودگیهای محیط زیست و جذب کننده قوی پرتو ماورائ بنفش سنتز شده است. نمونه ساخته شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش پرتو ایکس مشخصه یابی شد. نتایج نشان دادند که پودر تهیه شده با مورفولوژی کروی و قطری حدود 22 نانومتر تهیه گردیده است و همچنین در این مطالعه تغییر دما مشاهده شد؛ بدین ترتیب که کم شدن دما باعث افزایش میزان کریستالیته ذرات گردید - علی پوریان و همکاران، . - 1391
-2 مواد و روشها
1-2 مواد
مونوهیدرات سولفات منگنز - %98 - ، پتاسیم پرسولفات - %98 - ، منیزیم سولفات ، اوره، نیترات روی - %99 - ، تمامی این مواد از شرکت مرک آلمان خریداری شده اند.
2-2 وسایل و تجهیزات آزمایشگاهی
هیتر مگنت دار، pH متر، اتوکلاو ساخته شده از جنس پلی مر تفلون، کوره، ترازو، دستگاه میکروسکوپ الکترونی، دستگاه پراش پرتو ایکس و سیستم آنالیزعنصری اجزای تشکیل دهنده و وسایل عمومی آزمایشگاه
3-2 ساخت تودوروکیت
ابتدا 1/6 گرم از مونوهیدرات سولفات منگنز را همراه با 20 میلی لیتر آب مقطر در یک بشر پلاستیکی حل کرده سپس 30 میلی لیتر سود 6 مولار به آرامی به محلول مونوهیدرات سولفات منگنز در مدت 15 دقیقه اضافه گردید. پس از این مرحله 1/8 گرم از پرسولفات پتاسیم و 0/17 گرم منیزیم سولفات را به آزامی با هم مخلوط کرده و به محلول ذکر شده در بالا به آرامی در مدت نیم ساعت اضافه کرده. این مخلوط را سپس در اتوکلاو ریخته و به مدت 24 ساعت در دمای 160 درجه سانتی گراد در داخل کوره قرار داده شد . سپس محتویات داخل اتوکلاو را خارج نموده و 5 مرتبه با آب مقطر تبلور مجدد داده شد. در انتها رسوب باقی مانده بر روی کاغذ صافی را در اون با دمای 90 درجه سانتی گراد قرار داده تا خشک شود. از ماده خشک شده تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبش، الگوی پراش اشعه ایکس، آنالیز عنصری اجزای تشکیل دهنده گرفته شد.
4-2 طریق نشاندن نانوذرات روی بر روی تودوروکیت
2 گرم از پودر تودوروکیت ساخته شده را با 25 میلی لیتر محلول 0/5 مولار نیترات روی به مدت 2 ساعت بر روی هیتر مگنت دار قرار داده. سپس 25 میلی لیتر محلول 0/2 مولار اوره به آن اضافه کرده و در دمای 90-95 درجه سانتی گراد به مدت 6 ساعت در حمام آب قرار داده. پس از پایان زمان ذکر شده محلول تبلور مجدد داده شده و از کاغذ صافی عبور داده میشود. رسوب صاف شده در دمای محیط خشک شد. از این نمونه تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبش، الگوی پراش اشعه ایکس و آنالیز عنصری اجزای تشکیل دهنده گرفته شد.
-3 نتایج
1-3 میکروسکوپ الکترونی - - SEM - براساس نتایج مشاهده شده اندازه تقریبی ذرات قبل از تثبیت نانو اکسید روی و بعد از تثبیت نانو اکسید روی در چند نقطه مختلف سطح اندازه گیری شده است. - شکل 1 و - 2 این نتایج با نتایج به دست آمده از پراش اشعه ایکس مطابقت دارد. با توجه به تصاویر مشخص میگردد که کاتالیست دارای حفرههایی در سطح میباشد که سطح فعال کاتالیست را افزایش میدهد.
-2 -3 پراش اشعه ایکس- با توجه به شکل میتوان بیان نمود که میانگین اندازه ذرات قبل از تثبیت اکسید روی معادل 31/86 نانومتر بود - شکل . - 3 همچنین میانگین اندازه ذرات بعد از تثبیت اکسید روی معادل 21/99 نانومتر بود - شکل . - 4 برای به دست آوردن میانگین اندازه ذرات از رابطه شرر استفاده گردید.
