بخشی از مقاله
چکیده
در این کار پژوهشی هیدروژل بیونانوکامپوزیت برپایه کاپا-کاراگینان در حضور نانو رس مونت موریلونیت تهیه و بررسی گردید. از کیتوسان به عنوان شبکه ساز طبیعی استفاده شد. ساختار نانوکامپوزیتها با استفاده از تکنیکهای معمول شناسایی از قبیل FT-IR، XRD، SEM، TEMو VSM مورد بررسی قرار گرفتند. هیدروژل های برپایه بیوپلیمرها از اهمیت فراوانی به دلیل ارزان بودن آنها دارا می باشند. نمونههای تهیه شده برای حذف رنگ متیلن بلو از آب مورد استفاده قرارگرفتند.
مقدمه
امروزه آب یکی از مهمترین منابع حیاتی برای بشر محسوب می-شود که از دیدگاه اقتصادی، اجتماعی، سیاسی و محیط زیستی بسیار حائز اهمیت است. معضل آلودگی آب تبدیل به یک مشکل زیست محیطی جدی شده است و در سالهای اخیر نگرانی جامعهی جهانی را به خود معطوف کرده است. به طور اختصاصی از زمانی که آلاینده-های مختلف که نتیجه افزایش سریع صنعتی شدن و شهرنشینی هستند به محیطهای آبی وارد شدند این نگرانیها دو چندان گردید. این آلودگیها شامل فلزات سنگین، رنگها، فسفاتها، نیتراتها، مواد شیمیایی و سمی خطرآفرین، آلودگیهای رادیواکتیو و محصولات درمانی و غیره میباشند. مقدار بسیار کم این آلایندهها نیز می تواند به آلودگیهای زیادی منجر شود و در نتیجه موضوع تصفیه پسابها و فاضلابها از اهمیت بالایی برخورد است.
رنگها دارای ساختار پیچیده مولکولی،غالبا سمی، سرطانزا، جهشزا و غیرقابل تجزیه و پایدار میباشند که در محیط زیست اثرات مخرب بسیاری را به جای میگذارد. فلزات سنگین عناصری هستند که جرم اتمی بین 63/5 و 200/6 دارند. با توسعهی سریع صنایع از قبیل امکانات آبکاری فلز، استخراج معدن، صنایع کود، دباغ خانهها، باتریها، صنایع کاغذ، آفت کشها و غیره، فلزات سنگین فاضلابها بویژه در کشورهای در حال توسعه بطور مستقیم یا غیرمستقیم به محیط زیست به طور فزاینده تخلیه میشوند. بر خلاف آلایندههای آلی، زیست تخریب_پذیر نیستند و تمایل به تجمع در موجودات زنده دارند و بیشتر یونهای فلزی سنگین به مواد سمی و یا سرطانزا شناخته شدهاند. فلزات سمی سنگین در فاضلابهای صنعتی وجود دارند که شامل روی، مس، نیکل، جیوه، کادمیم، سرب و کروم هستند.
در مواجهه با مقررات دقیقتر و سختیگرانهتر، امروزه فلزات سنگین آلایندههای زیست محیطی اساسی هستند و به یکی از جدیترین مشکلات زیست محیطی تبدیل شدهاند. بنابراین برای حفاظت از انسان و محیط زیست باید این فلزات سمی سنگین از فاضلابها حذف شوند. روشهای زیادی که برای حذف فلزات سنگین استفاده میشوند عبارتند از: ته نشینی شیمیایی، تبادل یونی، جذب، فیلتراسیون غشایی و فناوریهای تصفیه الکتروشیمیایی و غیره. هر کدام از این روشهای حذف فلزات سنگین سمی مزایا و محدودیتهای ذاتی دارند.[1]
هیدروژلها شبکههای پلیمری طبیعی یا سنتز شده ای هستند که میتوانند بیشتر از %90 آب را جذب کنند. هیدروژلها همچنین بدلیل آب قابل توجهی که درون خود دارند درجهای از انعطاف پذیری که خیلی شبیه بافت طبیعی است، دارند. اصطلاح هیدروژل برای اولین بار در سال 1894مطرح شد .[2] کاربردهای گسترده ای از جمله در مهندسی بافت دارد .[3] در این کار پژوهشی ما از روش جذب که کارآمدتر از بقیه روش-های ذکر شده در بالاست و همچنین از رنگ متیلن بلو که یک رنگ کاتیونی و آلاینده آب و محیط زیست است استفاده کردیم.
-2 بخش تجربی
مغناطیس بودن جاذب یکی از مهم ترین خصوصیات این طرح پژوهشی است و مغناطیسی کردن به روش هم رسوبی صورت گرفته است.بدین منظور ابتدا خاک رس مونت موریلونیت را با نمکهای - FeCl3·6H2O - و - FeSO4·4H2O - با نسبت سه به دو، مغناطیسی کرده و سپس به کاپا-کاراگینان حل شده در آب اضافه میکنیم و بعد محلول مونت موریلونیت و کاراگینان مغناطیسی را به کیتوسان حل شده در آب و استیک اسید اضافه میکنیم. بعد از اولتراسونیک و خالص سازی نمونههای بدست آمده، آنها را به روش فریز-درای خشک میکنیم تا نانوکامپوزیتهای متخلخل داشته باشیم. با توجه به مقدارهای استفاده شده از مقدار نانوذرات مغناطیسی - 50 و 25 میلی لیتر - و کیتوسان - 0/2، 0/6 و1گرم - پنج نمونه را بررسی کردیم که در تمام این پنج نمونه مقدار کاراگینان ثابت و1 گرم میباشد.
-3 نتایج و بحث
به منظور تایید صحت سنتز و بررسی خواص نانوکامپوزیتهای سنتز شده تکنیکهای FT-IR، XRD، SEM، TEM و VSM بکار گرفته شد. شکل - - 1 طیف FT-IR نمونههای سنتز شده می باشد. در طیف مربوط به کاراگینان - - CRG، پیک موجود در ناحیه cm-1 1260مربوط به گروه های سولفات موجود در ساختارکاراگینان، پیک موجود درناحیه ی 926 cm-1 مربوط به 6،3 -آنیدروگالاکتوز، پیک موجود در 848 cm-1 نشان دهنده گروه گالاکتوز--4سولفات موجود در ساختار کاراگینان است .[4]
شکل : - 1 - طیف FT-IR مربوط به مواد اولیه نانوکامپوزیت های سنتز شده در طیف مربوط به کیتوسان که با - CS - نشان داده شده، پیک ناحیه 1650cm-1 مربوط به گروههای آمین نوع اول، پیک موجود در ناحیه 1597 cm-1 مربوط به گروههای آمین نوع دوم، پیک موجود در ناحیه 1080 cm-1 مربوط به پیوندهای گلیکوزاید ساختار کیتوسان میباشد .[4] در طیف مربوط به مونت موریلونیت که با MMt نشان داده شده پیک مشخصه در محدوده 525 cm-1 و cm-1 1052 نشانگر وجود Si-O کششی و همچنین پیک ضعیف در محدوده 3650 cm-1 نشانگر وجود O-H کششی در ساختار Na- - MMtسدیم مونت موریلونیت - است.
در طیف مونت موریلونیت مغناطیسی که با mMMt نشان داده شده است علاوه بر پیکهای نشان دهندهی MMt در ناحیه 474 cm-1 نیز پیکی مشاهده می شود که مبنی بر وجود پیوند ما بین اتم آهن و اکسیژن در نانوذرات Fe3O4 است .[5] در طیف مربوط به نمونه بدون مغناطیسی و حاوی کاراگینان و کیتوسان - - CRG1CS1، تمامی پیکهای مربوط به کاراگینان و کیتوسان ظاهرشده اند. در طیف مربوط به نمونه CRG1 CS1 MMt50، تمامی پیکهای مربوط به کاراگینان و کیتوسان در نواحی ذکر شده در بالا ظاهر شدند علاوه بر این پیکها، پیکهای مربوط به مونت موریلونیت مغناطیسی نیز ظاهرشده است اما باتوجه به طیف، شدت پیک در نواحی حدود 848 cm-1 کم شده که بدلیل برهمکنش آنها با مونت موریلونیت مغناطیسی می باشد.
با کم شدن مقدار کیتوسان به عنوان عامل شبکه ساز، پیکهای مربوط به آن نیز در نمونه نانوکامپوزیت با شدت کمی ظاهر شده اند.که در طیف مربوط به CRG1 CS 0 .6 MMt50 به وضوح قابل مشاهده است. برای بررسی میزان وجود نانو ذرات مغناطیسی و میزان پراکنش آنها، مشخص شدن نوع ذرات و ساختار کریستالی نانو ذرات آهن، از طیف پراش اشعه ایکس استفاده گردید - شکل. - 2 در طیف مربوط به MMt یک پیک قوی در 2 =7/6 نشان داده شده است که مربوط به صفحات خاک رس با فاصله صفحات d= 11/61œA است .[6]
ضعیف شدن پیک درمحدوده 2 =7/6 در نمونه مربوط به mMMt نشانگر این است که با مغناطیسی شدن مونت موریلونیت صفحات آن ورقه ورقه شده اند و همچنین پیک هایی در 2های دیگر ظاهر شده که نشان دهنده مغناطیسی بودن نمونه است که این پیکها در نواحی 2 های 62/8œ,57/2œ, 43/3œ, 35/5œ ظاهر شده اند .[7] پیک تیز ظاهر شده در2 = 20° در طیف مربوط به کیتوسان، تایید کنندهی کیتوسان است .[8] در نمونههای بیونانوکامپوزیتی همانگونه که مشاهده میشود شدت پیک مربوط به کیتوسان با کاهش مقدار کیتوسان به 0/6 در 2 = 20 بشدت کاهش یافته است. اما با توجه به مغناطیسی بودن نمونهها پیکهای محدوده نانوذرات مغناطیسی برای این دو نمونه نیز ظاهر شده اند.
شکل - : - 2 طیف XRD مواد اولیه و نانوکامپوزیتهای سنتز شده میکروسکوپ الکترونی روبشی می تواند تصاویر گویا از سطح ماده ی سنتز شده را به ما نشان دهد که با بررسی این تصاویر و مقایسه سطوح در شکل 3 میتوان به شناخت صحیحی از موفولوژی سطحی و همچنین نوع مادهی سنتز شده رسید. برای حصول این شناخت از سطح مادهی تهیه شده، عکس SEM از نمونههای مختلف با درصد متفاوت از عامل پیوند دهندهی عرضی و میزان مغناطیس کم و زیاد گرفته شد. همانگونه که در شکل مشاهده می شود نمونه بدون نانوذرات مغناطیسی، سطح خشن و همراه با پستی و بلندیهای بسیار دارند. با اضافه کردن نانوذرات مغناطیسی این پستی و بلندیها از بین رفته اند هرچندوجود نانوذرات مغناطیسی که بصورت تجمعی و آگرومره است یک پستی و بلندیهایی به سطح نانوکامپوزیتها داده است.
