بخشی از مقاله
چکیده
در این کار، ابتدا نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن اصلاحشده با نانو ذرات کربنی بهعنوان جاذب از طریق روش سنتز کلوییدی تهیه شد. سپس جذب یونهای Pb - II - از محلول آبی بر روی جاذب تهیه شده بررسی شد. تأثیر پارامترهای مختلف مانند زمان تماس، pH و مقدار جاذب بررسی شد . کلیه آزمایش ها در یک سیستم ناپیوسته و با غلظت اولیه 10ppm سرب انجام شد. نتایج نشان می دهد که بیشترین میزان جذب در pH=6، زمان تماس 20 دقیقه و مقدار جاذب 80mg به دست می آید.
.1مقدمه
سرب ازجمله فلزاتی است که دارای سمیت و تأثیرات تراکمی ویژه میباشد. سازمان بهداشت جهانی حداکثر غلظت مجاز سرب در فاضلاب خروجی از صنایع و معادن را 1 ppm و غلظت مجاز سرب موجود در آبهای آشامیدنی را ppm 0/01 اعلام کرده است .[1] این عنصر با ورود به آبهای زیرزمینی و تجمع در گیاهان و سبزیجات وارد چرخه غذایی شده و با تجمع در بافتهای بیولوژیکی موجب بروز بیماریهای مختلف میشود. ناراحتی معدهای، رودهای و کمخونی به علت تمایل سرب برای اتصال به هموگلوبین و اثر بر روی اعصاب که منجر به عوارض مغزی میشود، ازجمله عوارض ایجاد شده توسط سرب است.[2]
امروزه ذرات با اندازه نانو به علت خواص متفاوتشان جذابیت زیادی در جوامع علمی دارند. سطح ویژه و سایتهای فعال زیاد نانو ذرات، آنها را قادر میسازد تا ظرفیت جذب بالاتری در مقایسه با دیگر جاذب ها و همچنین در مقایسه با میکرو ذرات داشته باشند .[3] آنچه باعث ظهور نانو فناوری شد، نسبت سطح به حجم بالای نانو مواد بوده است. در مقیاس نانو اشیاء شروع به تغییر رفتار میکنند.در این مقیاس، برخی روابط فیزیکی که برای مواد معمولی کاربرد دارد، نقض میگردد .[4] اولین اثر کاهش اندازه ذرات، افزایش سطح است. افزایش نسبت سطح به حجم نانو ذرات باعث میشود که اتمهای واقع در سطح، اثر بسیار بیشتری نسبت به اتمهای درون حجم ذرات، به خواص فیزیکی ذرات داشته باشند.
این ویژگی، واکنشپذیری نانو ذرات را بهشدت افزایش میدهد، بهگونه ای که این ذرات بهشدت تمایل به کلوخهای شدن پیدا میکنند .[5] از دیگر مزایای افزایش نسبت سطح به حجم نانو ذرات، آن است که با استفاده از این خاصیت میتوان کارایی کاتالیستهای شیمیایی را به نحو مؤثری بهبود بخشید. همچنین با استفاده از این ذرات در تولید کامپوزیتها پیوندهای شیمیایی مستحکمتری بین مادهی زمینه و ذرات برقرارشده و استحکام کامپوزیت بهشدت افزایش مییابد .[6]
فاصله بین اتمهای ذرات با کاهش اندازهی آنها کاهش مییابد. تغییر در فاصله بین اتمهای ذرات و نسبت سطح به حجم زیاد در نانو ذرات تأثیر متقابلی در خواص ماده دارد. تغییر در انرژی آزاد سطح، پتانسیل شیمیایی را تغییر میدهد. این امر بر خواص ترمودینامیکی ماده همانند نقطه ذوب تأثیرگذار است. برای مثال در مورد نانو ذرات طلا نقطه ذوب با کاهش اندازه ذرات، کاهش مییابد و نرخ کاهش نقطه ذوب در اندازهی ذرات خیلی کوچک، بسیار شدید است 5] و .[6 تغییر در فاصله بین اتمها و هندسهی ذرات روی خواص الکترونیکی ماده نیز تأثیر میگذارد. وقتی اندازه ذرات کاهش می-یابد، پیوندهای الکتریکی در فلزات ظریفتر میشوند .[6]
نانو ذرات اکسید آهن به دلیل داشتن ساختار نسبتاً یکنواخت، ابعاد بسیار کوچک، سطح تماس زیاد، زیست پذیری، حلالیت خوب، دارا بودن خواص سوپر پارا مغناطیسی، بازیابی راحت و ... به یک عنصر بالقوه در بسیاری از علوم مختلف نظیر فیزیک، پزشکی و شیمی بهعنوان حسگر، کاتالیست، افزایش وضوح تصویر در MRI، ترمیم بافت، حمل داروها و ... تبدیلشدهاند .[6] زمانی که اکسیدهای آهن، به مقیاس نانو کاهش مییابند بهطوریکه هر ذره نانو تبدیل به یک ناحیه مغناطیسی منفرد میشود و از خود رفتار سوپر پارامغناطیسی نشان می دهند. نانو ذرات مغناطیسی منفرد در حالت سوپر پارامغناطیسی همانند یک اتم پارا مغناطیس بزرگ هستند که به میدانهای مغناطیسی خارجی بهسرعت پاسخ میدهند.
آنها میتوانند جذب میدان مغناطیسی استاتیکی نسبتاً پایین شوند و پس از حذف میدان، بدون هیچ مغناطیس پذیری باقیمانده، بهراحتی دوباره در محلول پخش میشوند 7] و .[8 اکسید آهن ترکیبی ناپایدار است. بنابراین آنها را توسط پایدار کنندههای آلی یا معدنی میپوشانند.[9] ازجمله مواد معدنی که از آنها برای پوشش سطح نانو ذرات اکسید آهن استفاده شده است میتوان به طلا، کربن، اکسیدهای فلزی و سیلیکا اشاره کرد. کربن علاوه بر اینکه از تودهای شدن نانو ذرات مغناطیسی در محلول جلوگیری میکند، از هستههای مغناطیسی در برابر اکسایش محافظت کرده و به پایداری شیمیایی نیز کمک میکند. واردکردن نانو ذرات اکسید آهن در محیط کربن باعث بهبود خواص اکسید آهن و افزایش کاربرد آن شده است 7] و .[9
.3 نتایج و بحث
جهت یافتن شرایط بهینه جهت حذف کاتیون سرب، پارامترهای مختلف بهینه شد. برای انجام این کار لازم است تا درصد حذف کاتیون بدست آید. اولین پارامتری که بررسی شد اثر زمان تماس بود. برای انجام این کار محلولی حاوی 10ppm کاتیون سرب در مجاورت 5 میلی گرم نانوکامپوزیت قرار گرفت. سپس پس از گذشت زمان مناسب، جاذب از محلول جدا شده و جذب اتمی محلول بدست آمد. همانگونه که جدول 1 نشان می دهد پس از گذشت 20 دقیقه، درصد حذف یون سرب از 57 به 63 درصد افزایش یافته است. درواقع پس از گذشت زمان 20 دقیقه به نظر میرسد که سطح جاذب کاملاً اشباعشده و دیگر توانایی جذب Pb - II - به روی آن وجود ندارد.
پارامتر بعدی که بهینه شد pH محلول بود. برای انجام این کار محلول هایی حاوی 10ppm کاتیون در مجاورت 5 میلی گرم جاذب در pH های مختلف تهیه شد. نتایج در جدول 2 آورده شده اند. از آنجا که pH - pzc - مربوط به جاذب در pH=4 قرار دارد، بنابراین در بالاتر از این مقدار pH سطح جاذب منفی است و تمایل برای برهمکنش الکترواستاتیک با کاتیونهارا دارد. بنابراین با افزایش pH مقدار جذب توسط جاذب افزایش می یابد.
