بخشی از مقاله
چکیده
با افزایش آگاهی جوامع از خطرات جبرانناپذیر آلودگی محیط زیست در نتیجه تخلیه پسابها و مواد آلاینده به طبیعت، حفاظت از محیط زیست در دو دهه اخیر بسیار جدی و سختتر شده است . رعایت دقیق استانداردهای زیست محیطی منوط به کنترل آلایندههایی است که بهوسیله فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی حذف نمی شوند و فرآیندهای دیگری بهمنظور حذف اینگونه مواد سمی مورد توجه قرار گرفتهاند. فرآیند فوتوکاتالیست سالهاست بهعنوان یکی از راهکارهای زیست محیطی در کشورهای صنعتی دنیا بهکار میرود. فناوری نانو با ایجاد رویکردی نوین در صنعت فوتوکاتالیست آیندهای بسیار وسیع در این زمینه نوید میدهد.
در این تحقیق نانوکامپوزیت دو جزئی اکسید قلع - IV - بر روی پلیآنیلین تهیه شد و از طریق تکنیکهای مختلف FT-IR ,SEM و XRD شناسایی گردید. پس از تهیه و شناسایی کاتالیستهای اکسید قلع - IV - قرار گرفته بر روی پلیآنیلین، فعالیت سونوکاتالیستی آنها جهت تخریب رنگهای سنتزی آلی - کوپرکسون، متیلاورانژ و کنگورد - در حضور تابش امواج فراصوت بررسی شد و اثر عوامل مختلف از قبیل pHمحیط، مقدار نانوکامپوزیت و مدت زمان تابش امواج فراصوت در تخریب نمونهها مورد بررسی قرار گرفت. همچنین سینتیک واکنشها در حضور نانوکامپوزیت دوجزئی تحت امواج فراصوت مورد بررسی قرار گرفت.
-1 مقدمه
از زمان پیدایش پلیمرها ، کاربرد این مواد به عنوان یک عایق مورد توجه بود ولی در چند دهه اخیر گروه جدیدی از پلیمرهای آلی سنتز شدهاند که مشخصاً از هدایت الکتریکی قابل ملاحظهای برخوردارند. البته عدم پایداری اغلب پلیمرهای هادی در مقابل آب و هوا، کاربری آنها را محدود ساخته است. وضعیت الکترونی پلیمرها مانند عایق و نیمه رساناهاست. به طوری که نوار والانس آنها پر و نوار هدایتشان خالی است و بین این دو نوار یک شکاف بزرگ انرژی قرار دارد.
کاربرد پلیمرهای هادی در صنایع مختلف به علت نامحلول بودن، فرآیندپذیری و پایداری کم محدود بوده است، که یکی از روشهای اصلاح این پلیمرها تهیه نانوکامپوزیتهای آنها میباشد که میتوان خواص مکانیکی، فیزیکی و پایداری پلیمرهای هادی را کنترل و بهبود بخشید. پلیآنیلین یک پلیمر هادی است که خواص الکتریکی آن در حین دوپه کردن قابل کنترل است زیرا عمل دوپه کردن نقش اساسی روی هدایت پلیمر دارد. دو محدودیت عمده در پلیآنیلین رسانا وجود دارد که عبارتند از فرآیندناپذیری آن به روشهای متداول و خواص مکانیکی ضعیفش که این محدودیتها با تهیه کامپوزیتها و کوپلیمرهای پلیآنیلین برطرف میشود.
در سیستم های نانوکامپوزیتی آلی- معدنی ذرات معدنی در داخل شبکه های پلیمری جای می گیرند و دسته جدیدی از مواد پلیمری را به وجود می آورند که هم خواص ترکیبات آلی و هم خواص نانو ذرات معدنی را در بر می گیرند. مواد پلیمری آلی با خواص ترکیبات دی الکتریک، الاستیسیته، شفافیت و انعطاف پذیری خوب به همراه سهولت فرآیندپذیری باعث بهبود تردی و شکنندگی مواد معدنی می شوند. از طرف دیگر مواد معدنی با داشتن خواصی از قبیل جذب ویژه نور، اثرات مقاومت مغناطیسی، فعالیت شیمیائی و کاتالیستی می تواند استحکام پلیمرها را افزایش دهند. کامپوزیت آلی- معدنی مزایای هر دو سیستم پلیمری و معدنی را دارا می باشد.
کوچکی بیش از حد و بالا بودن نسبت سطح به حجم نانو ذرات باعث ایجاد تغییرات گسترده در خواص آن ها می شود. امواج صوتی، امواج مکانیکی طولیاند این امواج میتوانند در مایعات، جامدات و گازها منتشر شوند. ذرات مادی منتقل کننده این امواج در راستای انتشار موج نوسان میکنند. حفرهزدایی رشد و انفجار ناگهانی میکروحبابهای پر شده از بخار یا گاز ناشی از انبساط یا انقباض القایی امواج صوتی است. طول عمر و خواص حباب بهطور مستقیم توسط برهمکنش بین اندازه آن و عوامل موج فراصوت - شدت و طول موج - تحت تأثیر قرار میگیرد.
در پیشرفتهای اخیر فرآیند تخریب فراصوت توسط تاثیر متقابل فراصوت با انواع دیگر انرژی، اکسیدانهای شیمیایی یا فوتوکاتالیستها مورد توجه قرار گرفته است. از جمله رویکردهای جدید، استفاده همزمان فراصوت و فوتوکاتالیست در محلولهای آبی است که تحت عنوان فرآیندهای سونو فوتوکاتالیست بررسی میشوند. تاکنون تعداد زیادی ازخواص شیمیایی امواج فراصوت شناخته شدهاند که مهمترین آنها، اکسایش، پلیمر کردن و تسریع برخی فعل و انفعالات شیمیایی است. از کاربردهای شیمیایی فراصوت میتوان استخراج، گندزدایی، گاز زدایی فلزات، تولید بلور و پودر بلوری، رشد بلور، ضد کف، خشک سازی و غیره را ذکر نمود.
-2 روش تجربی
-1-2 بررسیاثرpH محلول بر تخریب رنگها توسط کامپوزیت دوجزئی در حضور امواج فراصوت برای بررسی اثر pH در حضور امواج فراصوت با کامپوزیت دو جزئی، 10 میلیلیتر محلول از ماده آلی رنگی 20 میلیگرم بر لیتر متیلاورانژ در pH های برابر 1/8، 2/3، 6/2، 9/9؛ و 10 میلیلیتر محلول از ماده آلی رنگی 40 میلیگرم بر لیتر کنگورد در pHهای برابر 2/5 ،4/3 ، 6/7 ، 10/3؛ و 10 میلیلیتر محلول از ماده آلی رنگی 60 میلیگرم بر لیتر کوپرکسون در pH های برابر 2/1، 2/8 ، 5/9، 9/3 تهیه و به طور جداگانه با 15 میلیگرم کامپوزیت دو جزئی در شیشه پنیسیلین مخلوط و محلول مورد نظر تهیه شد.
محلول به مدت 30 دقیقه در معرض امواج فراصوت قرار داده شد و پس از آن محلول را سانتریفیوژ کرده و با صافی رسوب را از محلول جدا نموده و جذب محلول تعیین و سپس درصد پیشرفت واکنش محاسبه شد. با توجه به واکنشهای انجام شده و رسم نمودار درصد پیشرفت واکنش نسبت به pH، بهترین pH برای رنگهای متیلاورانژ، کنگورد و کوپرکسون به ترتیب 6/2، 6/7 و 5/9 تعیین گردید. لازم به ذکر است واکنشها در دمای 25 درجه سانتیگراد صورت پذیرفت. نتایج حاصل برای کامپوزیت دوجزئی در جدول - 2 - ارائه شده است که نشان میدهد در محیط خنثی بیشترین تخریب رنگها در حضور امواج فراصوت صورت پذیرفته است.
-2 - 2 بررسی اثر مقادیر مختلف کامپوزیت دوجزئی بر روی بازده واکنش تخریب رنگها در حضور امواج فراصوت برای بررسی اثر مقدار کامپوزیت دو جزئی،10 میلیلیتر محلول رنگی 20 میلیگرم بر لیتر متیلاورانژ درpH=6/2، 10 میلی لیتر محلول رنگی 40 میلیگرم بر لیتر کنگورد در pH=6/7 و 10 میلیلیتر محلول رنگی 60 میلیگرم بر لیتر کوپرکسون در pH=5/9 تهیه و بهطور جداگانه با 20 میلیگرم کامپوزیت دو جزئی SnO2/PANI در شیشه پنیسیلین مخلوط و محلول مورد نظر تهیه شد.
محلول به مدت 30 دقیقه در معرض امواج فراصوت با قدرت 100 هرتز قرار داده شد و پس از آن محلول را سانتریفیوژ کرده و با صافی رسوب را از محلول جدا نموده و جذب محلول با استفاده از دستگاه طیفسنج ماوراء بنفشB مرئی - UV - Vis - به دست آمد و درصد پیشرفت واکنش از طریق مقایسه با منحنی استاندارد محاسبه شد. این بررسی برای مقادیر5 ، 10 ، 15 ، 25 و 30 میلیگرم انجام گرفت. لازم به ذکر است واکنشها در دمای 25 درجه سانتیگراد صورت پذیرفت . نتایج حاصل برای مقادیر مختلف کامپوزیت دوجزئی در جدول - 4 - ارائه شده است . که نشان میدهد بهترین مقدار برای انجام واکنش تخریب تمام رنگها 15 میلیگرم است.
