بخشی از مقاله
خلاصه
در این پژوهش، نانوذرات مغناطیسی آهن به روش همرسوبی شیمیایی سنتز شد و از آن جهت مغناطیسی کردن MCM-48 که به روش سل-ژل تولید شد مورد استفاده قرار گرفت. خاصیت های نانوجاذب سنتز شده توسط تکنیکهای اشعه ایکس - XRD - ، میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM، میکروسکوپ الکترونی عبوری - - TEM و BET مورد بررسی قرار گرفت. این جاذب به عنوان یک جاذب جهت جذب مخلوطی از دو رنگ ایندیگوکارمین و کنگورد به کار گرفته شد. تاثیر پارامترهایی مثل pH، زمان تماس، دما، مقدار جاذب در جذب رنگ مورد مطالعه قرار گرفت و pH برابر 9، زمان تماس 4 دقیقه، غلظت اولیه 200 میلی گرم و دمای 30 درجه به عنوان شرایط بهینه در آزمایشات بعدی انتخاب گردید. همچنین استفاده از یک آهنربای قوی به منظور جداسازی مخلوط جاذب و رنگهای جذب شده بسیار مفید واقع گردید.
کلمات کلیدی: نانوجاذب، MCM-48، ایندیگوکارمین، کنگورد، سلیکای مزوپور مغناطیسی
مقدمه:
قدیمیترین اسناد از مذهب هندو که در رابطه با رنگرزی است، متعلق به 2500 سال پیش از میﻻد است. در آن زمان رنگرزها کالای ابریشمی و پارچه های طلایی زربافت خود را به رنگهای گوناگون رنگرزی میکردند. [1] رنگهای صنعتی یکی از منابع مهم آلودگی محیط زیست هستند. بیش از 50 درصد رنگ مصرفی، در فرایندهای مختلف وارد فاضلاب شده که علاوه بر تغییر رنگ آب، باعث جلوگیری از نفوذ نور به درون آب و اختلال در عمل فتوسنتز شده که منجر به تخریب اکوسیستم آبی و برخی گونه های آبزیان میشود. در سالهای اخیر با تولید و استفاده فراوان رنگهای سنتزی که نسبت به رنگهای طبیعی ساختار پیچیدهتری داشته و از نظر شیمیایی بسیار پایدارترند، توجه بیشتری به آلودگی زیست محیطی آنها معطوف شده است.
مواد رنگزا و رنگدانههای تجاری علاوه بر آلودگی های اولیه، طی فرآیندهای شیمیایی میتوانند به ترکیبات ثانویه بسیار خطرناک، سرطانزا و سمی تجزیه شوند. مواد رنگی به جهت ساختار پیچیده مولکولی و پایداری در مقابل نور، حرارت و تجزیه ی بیولوژیکی، با رو شهای معمول تصفه پساب به آسانی و به طور کامل حذف نمیشوند، از این رو، حذف رنگ از لحاظ کنترل پساب و بهبود شرایط زیست محیطی حائز اهمیت است. [2]
در سالهای اخیر، چندین فرآیند رنگبری فیزیکی شیمیایی مانند جداسازی غشایی، الکتروشیمیایی، انعقاد و لخته زایی، تجزیهی فتوکاتالیستی، اکسیداسیون به وسیله ی ازون، تصفیهی بیولوژیکی توسعه یافته اند. استفاده از این رو شها در بخش صنعت بسیار هزینهبردار بوده و در پارهای از موارد، نیاز به سرمایه ی زیاد و تخصص علمی بالا دارد. روش جذب به دلیل ثمربخشی و نیز سادگی فرایند آن، مشهورترین روش تصفیه محسوب میشود که در بین آنها کاربرد نانومواد در حذف رنگ فاضلابها، در سالهای اخیر توجه گسترد های را به خود معطوف کرده است.[3]
مواد و روشها:
این مطالعه یک پژوهش بنیادی- کاربردی بوده و با توجه به ماهیت آن در مقیاس آزمایشگاهی و در شرایط بسته انجام شد. تمام مواد مورد استفاده در این پژوهش از شرکت مرک آلمان تهیه شده است. جهت تولید محلول استوک از رنگهای کنگورد و ایندیگوکارمین استفاده شد و یک لیتر محلول 300ppm و محلولهای دیگر مورد استفاده با رقیقسازی از محلول استوک تهیه شد. در این کار پژوهشی در شناسایی میزان جذب رنگ از دستگاه اسپکترومتری UV-vis ساخت شرکت Perkin Elara مدل Lambda14 استفاده شد .
بعد از اسکن نمودندامنه جذب هر رنگ، طول موج حداکثر جذب - - PD[ برای رنگ ایندیگوکارمین 287 nm و 610nm و برای کنگو رد 500nm بدست آمد و همچنین از pH سنج مدل Jenway در تنظیم اسیدیته محلول مورد استفاده قرار گرفت. نانو ذرات مگنتیت یکی از ترکیبات مهمی است که در زمینههای تحقیقاتی مختلف شامل بیوتکنولوژی، بیوپزشکی، تصویربرداری رزونانس مغناطیسی، جداسازی و کاتالیزگر مورد مطالعه بسیاری قرار گرفته است 5] و .[6 Fe3O4 دارای یک ساختار اسپینل وارونه مکعبی با گروه فضایی Fd3m میباشد. سلول واحد Fe3O4داری 32 یون O2-است که در یک سیستم فشرده مکعبی در راستای [4] به طور منظم قرار میگیرند.
سنتز نانوذرات مگنتیت :Fe3O4
جهت سنتزFe3O4 از روش همرسوبی استفاده شده است. در این روش محلول آبی آهن - II - کلرید با غلظت ./5 مولار mL - - 10 و محلول آبی آهن - III - کلرید با غلظت ./5 مولار - 20 mL - در یک بالن شیشهای مخلوط گردید و سپس به این محلول قطره قطره محلول 12 مولار آمونیاک - 60 mL - تحت چرخش پیوسته توسط همزن مکانیکی اضافه شد. رسوب سیاه رنگ به دست آمده 2 ساعت توسط همزن مکانیکی به هم زده شد و سپس توسط آهنربا از محلول جدا و سه بار توسط آب دیونیزه - 3 × 20 mL - به منظور حذف آمونیاک اضافی شسته شد. [7]
سنتز و بهینهسازی :MCM48-MN
نانوذرات MCM-48 مغناطیسی با روش سل-ژل در دمای اتاق و با استفاده از تترااتیل ارتوسیلیکات - TEOS - به عنوان منبع سیلسیم، ستیل تریمتیلآمونیوم برمید - CTAB - به عنوان قالب، آمونیاک به عنوان عامل تنظیم کننده pH و نانوذرات اکسید آهن مغناطیسی به عنوان هسته مغناطیسی استفاده شده است. به منظور تهیه MCM-48-MN، ابتدا اکسید آهن مغناطیسی به دست آمده از روش قبل - 240 mg - را در آب دیونیزه mL - - 200 پراکنده شده و تحت چرخش توسط همزن مکانیکی به مدت 30 دقیقه قرار گرفت.
سپس - 2,6g - CTAB را به صورت آهسته به این مخلوط اضافه شد.سپس اتانول - 50 mL - به مخلوط اضافه شد و بعد از آن آمونیاک - 12mL - اضافه شد و مخلوط درحال چرخش را 15 دقیقه رها شد و سپس تترااتیل ارتوسیلیکات - 3.6 mL - - TEOS - را بصورت قطره قطره اضافه شده و ژل بدست آمده را به مدت 16 ساعت بهم زده شد. بعد از این مراحل محلول را صاف شده و چندین بار توسط اتانول شستشو داده شد سپس رسوب را خشک شده و به مدت 6 ساعت در دمای 480 درجه کلسینه شد. ترکیب بدست آمده MCM48-MN نامگذاری شد. سطح بستر محصول بدست آمده طی سه مرحله توسط -3مرکاپتوپروپیلتری متوکسی سیلان، TCT و تیو سمی کاربازی بهینهسازی و جهت جذب مخلوط رنگ از آب مورد استفاده قرار گرفت. [8]
