بخشی از مقاله
چکیده
امروزه یکی از نگرانی های بهداشتی در خصوص کیفیت آب آشامیدنی، بالا بودن مقدار فلوراید آب به دلیل تماس با سنگ های معدنی حاوی فلوراید و انحلال آن است. در این مطالعه به بررسی اثرفتوکاتالیستی نانوذرات اکسید روی -اکسید آهن3 برای حذف فلوراید از آب آشامیندی پرداخته شد. ابتدا نانو ذرات اکسید آهن3، به روش همرسوبی واکسید روی به روش هیدروترمال سنتز شده و سپس با تغیرات غلظت اکسید روی در نانو کامپوزیت، 2نمونه تهیه شد و با استفاده از دستگاه اسپکروفتومتر UV-Visible می زان جذب فلوراید برای غلظت های مختلف اکسید روی و زمان های جذب بررسی شد. نتایج نشان می دهد بهترین حذف فلوراید با استفاده از نانو کامپوزیت اکسید روی -اکسید آهن3 تحت تاثیرتابش اشعه ماورابنفش در زمان80دقیقه 67 - درصد حذف - حاصل شد.
واژه های کلیدی: حذف فلوراید ، نانوذرات اکسید روی ، نانوذرات اکسید آهن3 ، نانو کامپوزیت.
مقدمه
استفاده از نانوذرات و نانوکاتالیست ها در تصفیه آلودگی از آب و پساب های صنعتی در طی چند سال اخیر رونق فراوانی یافته است. با توجه به این که نانوذرات دارای سطح ویژه و ظرفیت بالایی هستند می توانند سینتیک جذب سریع تری را فراهم نمایند. نانومواد جهت حذف اجزای آلی نظیر آلوده کننده های میکرونی و یون های چند ظرفیتی به کار برده می شود. هر روزه مواد جدید فوتوکاتالیست با خواص گوناگون وارد بازار می شوند و مورد استفاده قرار می گیرند.[1] فناور ی نانو با ایجاد رویکردی نوین در صنعت فوتوکاتالیست آینده ای بسیاروسیع را برای این زمینه نوید می دهد. فلوراید یکی از یون های گازی خورنده زردرنگ دارای سمیت بالایی است که به دلیل داشتن واکنش پذیری در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی شود. غلظت بالاتراز 1/5 میلی گرم در لیترعوارض بهداشتی مختلفی دارد. [7]
به گونه ای که کمبود آن موجب پوسیدگی دندانی و افزایش آن منجر به فلورازیس دندانی- استخوانی پوکی استخوان ورم مفاصل و ناهنجاری های وسیع دیگر درانسان می شود فواید ومضرات فلوراید در بدن انسان به غلظت آن بستگی دارد .[2] نانوذرات مغناطیسی، مخصوصا مگنتیت این روزها هم از لحاظ علمی و هم از لحاظ تکنولوژیکی از اهمیت اساسی برخوردارهستند. اکسید آهن را می توان از طریق واکنش هم رسوبی محلول آبی نمک های Fe+2 ,Fe+3در شرایط بازی تولید کرد .[3] نانوذرات ZnO به روش هیدروترمال سنتز می شوند. ترکیب ZnC4H6+NaO که در ساخت مواد فراوانی درصنعت مانند پلاستیک سرامیک شیشه چسب و....استفاده می شود.[4] آنالیزهای مختلفی جهت مشخصه یابی و بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی محصولات تولید شده، انجام شده است. در پایان نیز میزان فعالیت فوتوکاتالیستی نانوذرات تولید شده تحت تابش نور فرابنفش و در دمای آزمایشگاه برای حذف فلوراید با غلظت 0/1 مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است.
فعالیت تجربی
در این مطالعه سنتزنانوذرات اکسید روی، نانوذرات اکسید آهن انجام شد. اکسید آهن از روش همرسوبی آماده شد. همرسوبی یکی از قدیمی ترین روش های ساخت نانو ذرات است. در این سنتز ابتدا وزن گیری مواد انجام شد وزن ها بر حسب گرم بر اساس استوکیومتری مورد نظر بدست می آوریم 2/ 4.گرم کلریدآهن چهار آبه با خلوص %99، 6/16گرم کلرید آهن شش آبه با خلوص %99 و 12گرم هیدراکسید سدیم با خلوص %97 و آب مقطر استفاده شد.[14] هیدراکسید سدیم رابه200 سی سی آب مقطراضافه می کنیم و روی هیتر قرار می دهیم، دما همزمان به وسلیه ی دماسنج کنترل می شود ،کلرید آهن چهار آبه و شش آبه را با 25 سی سی آب مقطر به وسیله ی قطره چکان به آرامی اضافه می کنیم.اکسید روی به روش هیدروترمال آماده شد.
4گرم هیدراکسیدسدیم را به250 سی سی آب مقطر و 8گرم زینک استات را به 200 سی سی آب مقطر اضافه می کنیم روی هیتر قرار می دهیم و دمای هیتر را به 50درجه سانتی گراد می رسانیم به وسیله قطره چکان به آرامی هیدراکسیدسدیم را اضافه می کنیم محلول سفید رنگی تشکیل می شود. برای تهیه نانوکامپوزیت درابتدا 0/7گرم اکسید آهن و 0/5گرم اکسید روی به روش هیدروترمال آماده شد - نمونه - 1 سپس برای نمونه دوم غلظت اکسید آهن ثابت و غلظت اکسید روی را 2برابر کردیم - نمونه . - 2به منظور شناسایی ترکیب فازی نانو پودرها از دستگاه پراش پرتو ایکس - - XRD مدل - SIE:ID3003 - ساخت شرکت زایفرت آلمان استفاده شد. مغناطیس اشباع نمونه توسط دستگاه - VSM - تا حداکثر میزان - koe10 - ساخت شرکت مغناطیس دانش پژوه کاشان مورد بررسی قرار گرفت. ریخت شناسی نمونه توسط دستگاه میکروسکوپ اکترون روبشی - SEM - ساخت شرکت فیلیپس صورت گرفت. طیف جذب بادستگاه اسپکتروفتومتری - UV-Visible - مدلlambada750 ساخت کشور آلمان انجام شد.
نتایج
به منظور توضیح خاصیت موجی پراش ایکس و آرایش تناوبی کریستال آنالیز XRD گرفته شد. برای هر نمونه قله های متعددی در زوایای متفاوت و با شدت های متفاوت وجود دارد. هر کدام از این قله ها مربوط به صفحه ی خاصی می باشد. پراش پرتو ایکس، تشکیل شده از اکسید روی مورد بررسی قرار گرفت. فازهای کریستالی شناسایی شدند - شکل -1الف - پیک های پراکندگی بر اساس مقایسه الگوهای XRD آن ها باالگوی استاندارد - JCPDS 36-1451 - تطابق داده شد. قله ها مربوط به دسته صفحات - 200 - - 103 - - 110 - - 102 - - 002 - - 100 - - 201 - - 112 - می باشد .[5] اندازه بلورک برای نانو ذرات اکسید روی با استفاده از رابطه دبی-شرر بدست آمد که در گستره 20الی26 نانو متر ارزیابی شد. پراش پرتو ایکس، تشکیل شده از اکسید آهن ، بر اساس مقایسه الگوهای XRD آن ها باالگوی استاندارد - JCPDS 19-0629 - قله های قابل رویت - شکل -1ب - به ترتیب مربوط به صفحه های - 440 - - 511 - - 422 - - 400 - - 311 - - 200 - است.
میانگین اندازه بلورک بدست آمد که در گستره 10 الی 30 نانومتر ارزیابی شد. شکل 2 الگوهای XRD نانو کامپوزیت اکسید آهن- اکسید روی را نشان می دهد.منحنی مغناطیسی VSM برای ذرات مگنتیت و ذرات هسته و پوسته در مرحله های متفاوت سنتز مقایسه شد. نمودار نانوکامپوزیت مشخص کردکه ZnOدر لایه های Fe3O4به صورت هسته و پوسته مغناطیسی قرار گرفته است باتوجه به یافته های این منحنی می توان نشان دادکه ذرات آماده شده رفتار مغناطیسی مناسبی دارند .[12] همان گونه که در شکل 3 مشخص شده است مقدار Ms نانو ذرات پس از تشکیل نانو کامپوزیت اکسید روی - اکسید آهن3 با افزایش مقدار ZnOکاهش یافته است - شکل. - 3 ساختار مورفولوژی Fe3O4را با استفاده از میکروسکوپ الکترونی نشان می دهد - شکل-4الف - . ساختار سطح نمونه مورد بررسی قرار گرفت شکل ذرات کروی وخوشه ای شکل با فرورفتگی عمیق است [11] ساختار مورفولوژی ZnO - شکل-4ب - کروی شکل با توزیع واندازه ذرات تقریبا یکسان است . [13]
