بخشی از مقاله
خلاصه
سزیم یکی از مهمترین رادیونوکلئیدهای موجود در پسمان های پرتوزا به حساب می آید. نانو مواد مغناطیسی از جمله فریت ها، فرومغناطیس ها یا کامپوزیت های مغناطیسی در حضور میدان مغناطیسی، می توانند در فرایند های جداسازی پسماندها کارآمد باشند. در این تحقیق نانوکامپوزیتی با استفاده از اصلاح نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن توسط پروسین بلو - PB - تهیه شدند. نانوکامپوزیت سنتز شده با استفاده از فنون مختلف فیزیکی و شیمیایی مشخصه یابی شدند.
جذب یون سزیم توسط نانوکامپوزیت PB@MNP از محلولهای آبی مورد ارزیابی قرار گرفت. اثر پارامترهای pH، دما، زمان و غلظت بر میزان جذب بررسی شد و پارامترهای سینتیکی و ترمودینامیکی استخراج شد. مطالعات ترمودینامیکی نشان داد که فرایند جذب این کاتیون گرماگیر و خودبخودی بود. جذب از مدل سینتیکی شبه درجه دوم تبعیت مینمود و مرحله تعیین کننده سرعت، تعویض یون می باشد. دادههای تعادلی با استفاده از مدلهای لانگمویر، فروندلیچ ارزیابی شد.
.1 مقدمه
علم نانو یکی از مهم ترین مرزهای تحقیق و پیشرفت در علم مدرن است. در کاربرد نانو ذرات NP - ها - ، این مواد مزیت های بسیاری را به علت اندازه منحصر به فرد و ویژگی های فیزیکی به خود اختصاص می دهند. تاکنون، روش های آماده سازی متعددی برای MNPها مانند هم رسوبی شیمیایی، میکرو شیرابه و تجزیه ی حرارتی، گسترش یافته است. اگرچه MNPهای تک سایز با استفاده از برخی از این روش ها ایجاد شده است، اما کنترل دقیق اندازه، شکل و سطح آن ها عموماً چالش انگیز است.
به عبارتی دیگر، تولید انبوه نانو کریستال های تک سایزی در تحقق ابزار نانو مقیاسی با کیفیت بالا و اکثر کاربردهای فناوری نانویی مورد بحث می باشد. در دهه گذشته، مزیت ها و تغییرات قابل توجه در ساخت نانو کریستال های کلوئیدی تک سایزی ایجاد شده است. بنابراین، برای کسب اطلاعات در مورد MNPها و برای اصلاح کاربردهای آن ها یا توسعه ی کاربردهای جدید، مطالعات دقیق مربوط به پایداری، کارایی، اندازه های ذره و همچنین مواد و رفتارهای فیزیکی آن ها لازم است. در اکثر موارد، قشرهای خارجی محافظ تنها نانوذرات را تثبیت می کنند، اما از آن ها می توان در کاربردی کردن بعدی، برای مثال، با دیگر نانوذرات یا لیگاندهای مختلف، وابسته به کاربرد مورد نظر استفاده کرد.
در سالهای اخیر تمایل به استفاده از نانو ذرات مغناطیسی اصلاح شده برای حذف آلاینده ها افزایش یافته است. استفاده از نانو ذرات مغناطیسی و اصلاح مناسب آنها: - 1 حذف گزینشی یون مورد نظر، - 2 سطح تماس بسیار بیشتر و - 3 امکان استفاده در سیستم های فیلتراسیون مغناطیسی را فراهم می سازد. بسته به گونه حذف شونده می توان ترکیبات شیمیایی و گروه های عاملی مختلفی را برای اصلاح سطح نانوذرات و ایجاد گزینش پذیری در آنها استفاده نمود.
.2 مواد و روش ها:
.1-2 مواد شیمیایی مورد نیاز
کلرید آهن - - FeCl2.4H2O - - II، کلرید آهن - FeCl3.6H2O - - III - ، سزیم نیترات - CsNO3 - ، پتاسیم هگزاسیانو فرات - K3[Fe - CN - 6] - - III - ، پتاسیم هگزاسیانوفرات - K4[Fe - CN - 6] - - II - ، پتاسیمپراکسودیسولفات - - K2S2O8، اتانول، استون، نمکهای بافری و فلزی، اسیدها و بازها و نرمال هگزان همه با درجه خلوص بالا از منابع تجاری در دسترس Merck - و - Sigma تهیه شدند.
.2-2 آماده سازی محلولها
برای تهیه محلولهای مورد نیاز از آب مقطر یونزدائی شده، 18 0 FP استفاده شد. برای تهیه محلول HCl، 1 N مقدار 2/4 میلی لیتر اسید کلریدریک غلیظ را در بالن ژوژه 25 میلی لیتری به حجم رسانده شد. محلول 1/5 مولار NaOH از حل کردن 15 گرم سود در آب مقطر و به حجم 250 میلی لیتر رساندن تهیه شد. برای تهیه محلول 0/04 مولار کلرید آهن - II - در 25 میلی لیتر محلول مقدار 2 گرم FeCl2.4H2O وزن شد و به حجم رسانده شد. محلول 0/08 مولار کلرید آهن - II - در 25 میلی لیتر محلول مقدار 2 گرم FeCl2.4H2O وزن شد و به حجم رسانده شد. محلول مادر 1 میلیمولار از Cs، از حل کردن 0/1949 گرم Cs - NO3 - در آب دیونیزه و رقیق سازی آن توسط آب دیونیزه به حجم 1000 میلی لیتر تهیه شد. محلولهای رقیقتر از رقیق سازی محلول مادر توسط آب دیونیزه تهیه شدند.
.3-2 سنتز نانوکامپوزیت پروسین بلو مغناطیسی PB@MNP
سوسپانسیونی از 1 gr نانو ذرات مغناطیسی در 50 ml آماده و جهت پوشش دار کردن نانو ذرات توسط پروسین بلو مراحل ذیل انجام شد: یک محلول 0/1 M از K4[Fe - CN - 6] حاوی 10 میلی مولار HCl به حجم 50 ml تهیه شد، برای این منظور مقدار 1/84 gr ماده معدنی فوق در یک بالن 50 ml حاوی 40 میکرو لیتر HCl به حجم رسانده شد. محلول تهیه شده در مرحله قبل را به محلول حاوی نانو ذرات اضافه کرده و برای 30 دقیقه همزده شد تا همگن شود.
سپس یک محلول 0/1 M از FeCl3.6H2O در 50 ml محلول حاوی 10 میلی مولار HCl تهیه شد، برای این منظور 1/35 gr از آهن کلرید شش آبه در یک بالن 50 ml حاوی 40 میکرولیتر HCl به حجم رسانده شد. سپس محلول تهیه شده قطره قطره به سوسپانسیون تهیه شده در قبل اضافه شد. نانو ذرات تهیه شده توسط محلول 10 میلی مولار از HCl شستشو داده تا محلول روی نانو ذرات بعد از چند مرحله شستشو و سرریز کردن بیرنگ شود. نانو ذرات تهیه شده PB@MNP برای مراحل بعدی در آون در دمای 70 œC خشک و در مراحل بعدی استفاده شدند.
.4-2 جذب سزیم به روش پیمانه ای
در روش پیمانهای مقدار 0/2 gr گرم کامپوزیت در ظرف پلی اتیلن در مجاورت 20 ml محلول سزیم باغلظت مشخص، برای زمان معلوم ودر دمای معین هم زده شد. کامپوزیت با اعمال میدان قوی جدا و میزان یون سزیم باقیمانده در محلول با استفاده از دستگاه ICP-AES با شرایط جدول - 1 - اندازهگیری شد.
-3 نتایج و تحلیل تهیه نانو صفحات مغناطیسی اصلاح شده با پروسین بلو مشخصهیابی آنها
ویژگی و مزیت مغناطیسی بودن مواد در محلولهای سوسپانسیون این است که به راحتی میتوانند توسط آهنربا از محلول جدا و تهنشین شوند. بعد از تهیه نانو ذرات مغناطیسی اکسیدآهن - Fe3O4 - آنها توسط پروسین بلو [1] - PB@MNP - با نسبت - 1:1 - تهیه و توسط روشهای IR، XRD، TEM و VSM مشخصهیابی شدند.
.1-3 پراش پرتو - XRD - X
شکل - 1 - الگوی پراش پرتو x مربوط به PB@MNP را نشان میدهد. همانطور که در شکل مشخص است قلههای ظاهر شده در 2 برابر با 30، 35، 43، 53 و 63 درجه در این شکل متناظر با ساختار نانوذرات Fe3O4 مگنتیت میباشند .[2] همچنین قله های ظاهر شده در 2 برابر با 17/4، 24/8، 35/3 و 39/5 درجه در این شکل متناظر با ساختار پروسین بلو - PB - می باشد .[3]
