بخشی از مقاله
چکیده
نانوالیاف ZnO توسط روش الکتروریسی محلول پلیمری PVA حاوی استاتروی و سپس کلسینه شدن تحت شرایط مختلف دمایی تولید و مورفولوژی نانوالیاف حاصله توسط تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی - FE-SEM - بررسی شد. نتایج حاصل از آزمون FTIR تشکیل نانوالیاف ZnO پس از کلسینه کردن را تائید کرد. تاثیر غلظت محلول پلیمر، میزان استاتروی، دمای کلسینه کردن و نرخ دمایی بر مورفولوژی نانوالیاف بررسی شد. تصاویر FE-SEM بیانگر تاثیر بسیار مهم نرخ افزایش دما و دمای کلسینه شدن در شکلگیری نانوالیاف بود. ساختار نانوالیاف مناسب توسط الکترورریسی محلول پلیمری PVA 6wt% حاوی استاتروی با نسبت 1:3 پلیوینیلالکل: استاتروی و کلسینه شدن در دمای 600c و نرخ افزایش دمایی 3 c/min حاصل شد.
کلمات کلیدی: اکسید روی، رنگزای راکتیو، فوتوکاتالیست، کلسینه، نانوالیاف.
مقدمه
افزایش جمعیت جهان و رشد صنعتی منجر به افزایش نیاز به آب خالص شده و همچنین تحقیقات گسترده جهت دستیابی به یک روش سودمند به منظور حذف آلایندهها می باشد. فوتوکاتالیستها یک روش سبز، در زمینه تصفیه آب به طور گستردهای مورد استفاده قرار گرفته است. زیرا انواع مختلف آلایندهها میتوانند به طور کامل توسط نیمههادیهای فعال فوتوکاتالیستی تحت تابش نور UV تجزیه شوند. ZnO یک نیمه هادی با انرژی شکاف گسترده - 3/37ev - ، پایداری شیمیایی، ارزان، دوستدار محیط زیست و فعالیت فوتوکاتالیستی بالا، به عنوان یک مادهی عالی برای فرآیند فوتوکاتالیستی میباشد[1]، نانوساختارهای ZnO با مورفولوژی های مختلف توجه زیادی را برای کاربردهای فوتو در محیط زیست و زمینههای انرژی جلب کردهاند که در بین اشکال مختلف، نانوالیاف دارای خصوصیات برجستهای از جمله سطح مخصوص بالا، بازیابی راحت و بازده بیشتر میباشد؛اما به دلیل انرژی نواری گسترده اکسید روی از UV به عنوان منبع تابش آغازگر استفاده میشود .شرایط کوره که شامل نرخ دمایی، دما و مدت زمان روی مورفولوژی و ساختار نانوالیاف حاصله تاثیر بسزایی دارد.[2]
تجربیات/تئوری
مواد مورد استفاده
پلیمر پلی وینیل الکل - - PVA - میانگین وزن مولکولی: - 72000، نمک استات روی دوآبه - - ZnO - CH3COO - 2.2H2O،اتانول، رنگزای راکتیو بلو - RB13 - 13 و دو لامپ UV با مجموع توان 30w به کار گرفتهشد.
تولید نانوالیافZnO
به منظور تعیین غلظت اولیه و مناسب محلول پلیمری PVA/ZnO، محلول 6 و%9 وزنی پلی وینیل الکل در حلال آب تهیه شد. سپس برای تعیین مقدار بهینه ی نمک استات روی در محلول پلیمری نسبتهای 1:1، 1:2 و 1:3، پلی وینیل الکل: استات روی همراه با اتانول نیز تهیه شد. به منظور تهیه محلول پلیمری هموژن با پراکندگی مناسب ذرات، محلول توسط همزن مغناطیسی و حمام فراصوت - آلتراسونیک - همزده شد. نانوالیاف با ساختار یکنواخت و بدون دانه به روش الکتروریسی تحت ولتاژ اعمالی 15kV، نرخ تغذیه 0/9 ml/h و فاصله ریسندگی 13cm ریسیده شدند. سپس نانوالیاف حاصله تحت شرایط مختلف در نرخ های 3 c/min، 4 و10 و دمای 600 c، 700 و800 به مدت 5 ساعت کلسینه شدند.
بحث و نتایج
.1 .بررسی تصاویر SEM نمونهها
فرآیند الکترویسی یک محلول پیش ماده حاوی پلیمر و مادهی فلزی منجر به تولید نانوالیاف با مورفولوژی خوب، که به علت اختلاط خوب و تراکم مادهی فلزی در محلول پلیمر بوده، میشود.[3] همچنین نسبت به روشهای دیگر مورفولوژی نانوالیاف الکتروریسی شده به دلیل پیوند هیدروژنی بین یونهای استات و گروه هیدروکسیل زنجیرههای PVA یکنواخت تر میباشد.[4] با بررسی عکسهای تهیه شده توسط میکروسکوپ الکترونی، تشکیل ساختار نانولیفی و تغییرات ساختار نانوالیاف با اضافه شدن نانوذرات نقره و نانولولههای کربنی به نانوالیاف مورد بررسی قرار گرفت. شکل - a - -2 , - a - -1 به ترتیب تصویرFE-SEM نانوالیاف حاصل از محلول پلیمری PVA با غلظت 6 و 9 درصدوزنی حاوی استاتروی با نسبت1:3، پلیوینیلالکل: استاتروی - PVA/ZnAC - را نشان میدهد. افزایش غلظت پلیمر از 6 به 9% با افزایش قطرنانوالیاف از 300± 71 به867 35 نانومتر همراه است و در هر دو نمونه سطح نانوالیاف تولیدی یکنواخت و بدون بید میباشد. برای کسب شرایط بهینهی کوره و تشکیل ساختار نانولیفی مناسب، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نانوالیاف بعد از عملیات کلسینه تحت شرایط مختلفکوره نیز بررسی شد. شکلهای - b - -1 تا - e - و - b - -2 تا - e - تصاویر FE- SEM نانوالیاف اکسیدروی را در شرایط مختلف کلسینه کردن نشان میدهند.
روی با شرایط مختلف کوره - - bدمای600 c، نرخ - c - 10 c/min دمای 600 c، نرخ - d - 4 c/minدمای 700 c، نرخ - e - 4 c/min دمای 700 c، نرخ 10 c/minطی مدت زمان .5hبا مقایسهی نانوالیاف قبل و بعد از کلسینه در شرایط مختلف، ملاحظه میشود که مورفولوژی نانوالیاف بعد از کلسینه به نرخ افزایش دمایی و دمای کلسینه وابسته است. با مشاهده مورفولوژی نمونههای کلسینه شده با نرخدمایی 10 c/min - تصویر-1 - b - و - - e - مشاهده میشود که نمونه حاصله ساختار اسفنجی دارد و مطلوب نیست. همچنین تصویر - c - مورفولوژی نانوالیاف حاصل از کلسینه شدن در دمای 600 c و نرخ دمایی 4 c/min نشان دهنده ساختار فشردهی با سطح مقطع شش ضلعی است که بسیار شبیه به نانوذرات اکسید روی میباشد. شکل - d - -1 مربوط به مورفولوژی نانوالیاف حاصل از کلسینه شدن در دمای 700 c و نرخ دمایی 4 c/min، تا حدودی ساختار نانولیفی را دارا میباشد اما تعدادکمی لیف تشکیل شده است.
