بخشی از مقاله
چکیده
برای فیلتراسیون در سیستم های انتقال دهنده دارویی، تصفیه آب و دیگر کاربردهای پزشکی می توان از فناوری نانو استفاده کرد . از اینرو ساخت نانوفیلترهایی با اندازه حفره، توزیع حفره، تخلخل و خواص شیمیایی مورد نظر می تواند تاثیر بسزایی داشته باشد . آندایز آلومینیوم، به علت کم هزینه بودن و تولید انبوه، بهترین روش تولید مواد نانوساختار و همچنین استفاده از آلومینای آندایز شده برای تولید نانوفیلترها می باشد. در این مقاله، ساخت نانوحفره های آلومینای آندایز شده با ساختارهای حفره ای بسیار منظم ار ائه شده ا ست. ابتدا به بررسی روش های سنتز مواد نانوساختار، پرداخته و در ادامه نانوحفره های آلومینا در آزمایشگاه بوسیله فرآیندا آندیزاسیون اکسید آلومینیوم بوجود می آید . شرایط تشکیل خود آرایی ساختارهای شش گوشی حفره ها در آلومینای آندایز شده، برای اسید اکسالیک 0/3مولار به عنوان الکترولیت، و ولتاژ 140 ولت بدست آمد. نتایج نشاندهنده نظم بالا در نانوحفره ها بود که بستگی شدید به ولتاژ اعمالی داشت . قالب نانوحفره ای توسط تصاویر میکروسکوپ الکترونی مورد آنالیز قرار گرفت که نشاندهنده نظم بالای حفره ها، قطر 50 نانومتری و طول 100 میکرومتری آنها بود که در نتیجه می توان به عنوان نانوفیلتر برای جداسازی فرآورده های خونی، تصفیه آبهای آلوده استفاده کرد.
کلمات کلیدی: نانوفیلتر، نانوحفره های آلومینای آندایز شده
مقدمه
فیلترها موادی متخلخلی هستند که در فرایند جداسازی یا تغلیظ مورد استفاده قرار می گیرند. مهمترین ویژگی فیلترها، داشتن خللو فُرج هایی با اندازه و ابعاد مشخص است، به همین دلیل، فیلتر رایک محیط متخلخل می نامند. اصطلاح فیلترکردن یا فیلتراسیون،فرایندی است که در آن یک مایع و یا گاز - سیال - به دلیل اختلاففشار یا اختلاف پتانسیل الکتریکی و یا اختلاف غلظت از فیلتر عبور می کند. با انجام عمل فیلتراسیون ذراتی که از اندازه حفره هایفیلتر کوچک تر هستند از آن عبور کرده و ذرات با اندازه بزرگ تر،از سیال جدا شده و در پشت فیلتر می مانند شکل . - 1 - پس بطور کلی فیلتر ها را به دو گروه، بر اساس نحوه جداسازی ذرات درسطح فیلتر یا در پشت آن می توان دسته بندی کرد .
امروزه از فیلترهای سلولزی برای کاربردهای روزمره استفاده می شود.[1-3] در حال حاضر تصفیه پساب های صنعتی صنایع مختلف، با استفاده از سیستم های ترکیبی میکروفیلتراسیون می باشد . اغلب ترکیبات پساب های صنعتی صنایع مختلف غنی از اکسیژن بیوشیمیایی و مواد فعال شیمیایی است که باید در فرآیندهای تصفیه از آب زدوده شود. یکی دیگر از موادی که در پساب های صنعتی فراوان یافتمیشود، مواد نامحلول روغنی شامل روغن ها و گریس ها وهمچنین ماده سمی آرسنیک می باشد . حضور این مواد فرآیندپالایش آب را دچار مشکل می کند . میکروفیلتراسیون یکی از روشهای اقتصادی برای تصفیه این مواد، است. در این سیستم هااز میکروفیلتراسیون برای زدودن ذرات معلق مانند روغن ها وگریسها استفاده می شود.
آخرین مرحله تصفیه آب، حذف موجودات زنده بسیار ریز است. در حال حاضر از کلر به عنوان ماده ضدعفونی کننده استفاده میشود، ولی در این حالت حتی بعداز تصفیه هم ترکیبات ارگانیک زیادی در آب حضور دارند . کلر،موجودات زنده ریز را از آب حذف می کند، ولی با آلاینده هایارگانیک واکنش داده، محصولات جانبی تجزیه ناپذیر و سمی تولیدمیکند که نمیتوان آنها را از آب حذف کرد.اگر کیفیت فیلتراسیون بالا مورد نیاز باشد، می توان از نانوقالب آلومینای آندایز شده استفاده نمود . در اینصورت حفره های باریک و سخت در فر آیند فیلتراسیون برای جداسازی ذرات مورد استفادهقرار می گیرد. از اینرو نانوحفره های آلومینای آندایز شده با ترتیب ساختاری شش گوشی، به عنوان بهترین سیستم قالبی برای سنتزنانوساختارهای مختلف می باشد..[ 4-8 ]
آزمایشات
اگر آلومینیوم در معرض هوا یا آب باشد، لایه 2 تا 3نانومتری از آلومینا، روی سطح تشکیل می شود با استفاده از تکنیک آندایز می توان لایه ضخیم تری از مرتبه چند میکرون ونظم حفره ای بالا در محلول اسیدی تشکیل داد . لایه نانوحفرهای آلومینا بوسیله فرآیند الکتروشیمایی فویل آلومینیوم با درجهخلوص بالای % 99/998 بدست می آید . پیش از شروع فرآیند
آندیزاسیون، چندین مرحله تمیزکاری شیمیایی انجام می شود. ابتدانمونه در اتانول به منظور زدودن چربی ها قرار داده شده و سپس با قرار دادن نمونه در داخل استون به مدت 10 داخل حمام التراسونیک برای زدودن لایه های اکسیدی گذاشته می شود .
در این مقاله، در مرحله اول ولتاژ آندایز 40 ولت به مدت 1000 ثانیه در نظر گرفته شد و سپس دفرآیند اندایز سخت برای دستیابی به ساختارهای حفره ای شروع می گردد . فرآیند آندایز سخت در ولتاژ ثابت 140 ولت به مدت 4000 ثانیه انجام می گردد . از اسید اکسالیک 0/3 مولار استفاده شده و دما در صفر درجه سانتیگراد
ثابت نگه داشته می شود . برای دستیابی به قالب نانوحفره ایلومینا برای استفاده به عنوان نانوفیلتر، لایه آلومینیوم از پشت قالبنانوحفره ای بوسیله سونش شیمیایی با قرار دادن در داخل محلولCuCl2 و HCl برداشته می شود. سپس لایه سدی با استفاده ازاسید فسفریک زدوده می شود.
نتیجه گیری
شکل - 2 - نحوه تشکیل الگوی قالب نانوحفره ای آلومینای آندایز شده را نشان می دهد . در ولتاژ ثابت، جریان نهایی آندایزیک جریان تعادلی است، بطوریکه تشکیل لایه اکسیدی موجب افت شدید جریان اولیه می گردد، که به علت اکسید شدن آلومینیوم می باشد، و همین امر موجب بوجود آمدن حفره هایی روی سطح آلومینا می گردد. قسمت های - الف،ب - .از سوی دیگر،تشکیل حفره ها، موجب افزایش جریان می شود - قسمت ج - ، نتیجه این دو عامل ، یعنی اکسید شدن آلومینیوم که باعث افت جریان، و تشکیل حفره ها که باعث افزایش جریان شده، باعث یک جریان تعادلی می شود که جریان نهایی آندایز است . - قسمت د - . آرایه های نانوحفره ای منظم در 0/3 مولار اسید اکسالیک و ولتاژ آندایز 140 ولت در مدت 4000 ثانیهبدست آمد که بهترین شرایط برای بدست آوردن ساختارهایی با الگوی شش گوشی منظم می باشدکه دارای 50 نانومتر در قطر و 100 میکرومتر در ط ول می باشد که می توان از آن برایکاربردهای بیولوژیکی به عنوان نانوفیلتر استفاده نمود - شکل. - 3
ابعاد حفره های نانوفیلتر بین 2 تا 100 نانومتر است . درنانوفیلتراسیون جداسازی بر اساس اندازه مولکول صورت می گیرد.اساساً این روش، جهت حذف اجزای آلی نظیر آلوده کنندههایی دراندازه میکرونی و یون های چند ظرفیتی می باشد. از دیگرکاربردهای نانوفیلتراسیون می توان به حذف مواد شیمیایی که به منظور کشتن موجودات مضر به آب اضافه شده اند، حذف فلزاتسنگین مانند جیوه، تصفیه ی آب های مصرفی، رنگ زدایی و حذفآلودهکنندهها اشاره کرد. در این مقاله، برای جداسازی فرآورده هایخونی با توجه به قطر حفره 50 نانومتری، نانوفیلتر ایده آلی بدستآمد - شکل - 3 که می تواند مورد استفاده قرار گیرد . البته در مرحله جداسازی داخل حمام آب با دمای 37 درجه سانتیگراد چرخانده شود تا لختگی در خون بوجود نیاید.
