بخشی از مقاله
چکیده: فاضلابهای رنگی که در صنایع مختلف نظیر صنعت نساجی به ویژه در کشورهای در حال توسعه تولید میشود باعث به وجود آمدن مشکلات زیست محیطی زیادی میشوند. در سالهای اخیر مطالعات بسیاری برای حذف این آلایندهها صورت گرفته است. در این پژوهش، ما نانوکامپوزیتهای برای اولین بار به روش همرسوبی و رسوب همگن اوره تهیه کردیم. بررسی این نانوکامپوزیتها توسط الگوی پراش اشعه ایکس - XRD - ومیکروسکوپ الکترون روبشی - SEM - ، نانوذراتی یکنواخت و اندازهی آنها در محدودهی 20 - 28 نانومتر را نشان میدهد.
خواص مغناطیسی نانوکامپوزیتها با استفاده از مغناطیس-سنج ارتعاشی - VSM - اندازهگیری شد که مغناطش اشباع در حدود 22 emu/g را نشان میدهد سپس با استفاده از طیف سنجی بازتابشی- انعکاسی - DRS - گاف انرژی این نانوکامپوزیتها در حدود 4/4 الکترون ولت بدست آمد. همچنین کاربرد این نانوکامپوزیتها در حذف فلورسین از آب مورد بررسی قرار گرفت که درصد مادهی آلایندهی جذب شده %53/66 بدست آمد.
مقدمه
تخلیهی فاضلابهای رنگی از صنایع مختلف - نساجی و رنگرزی، صنایع پالپ و کاغذ و صنایع فرآوری موادغذایی - در حال حاضر به ویژه در کشورهای در حال توسعه یک مشکل عمده مدیریت زیست محیطی است. پیش بینی شده است که 10-15 درصد - - 10-200mg/L از کل رنگ استفاده شده در طول فرایند رنگرزی وارد فاضلاب میشود 2]،.[1 فاضلاب رنگرزی در صنایع نساجی به طور کلی هر دو رنگ و محتوای آلی هستند. حذف رنگ از فاضلاب نساجی هدف بزرگ است.
توجه در چند سال گذشته نه تنها به دلیل سمیت بالقوه آن، بلکه عمدتا به علت مشکلات قابلیت رویت آن است 4]،.[3 یکی از این ترکیبهای آلی فلورسین است که به طور گستردهای در زیست پزشکی مورد استفاده قرار میگیرد. فلورسین یک ترکیب نارنجی-قرمز است که فلورسانس شدید را در محلول قلیایی نشان میدهد و در پزشکی و همچنین در صنعت نساجی مورد استفاده قرار میگیرد. فلورسین ترکیبی با وزن مولکولی کم و در آب براحتی حل میشود .
[5] جذب یکی از موثرترین فرایندهای فیزیکی برای رنگزدایی از فاضلابهای نساجی است ازآنجا که میتوان آب با کیفیت بالا بدست آورد و همچنین از نظر اقتصاد فرایند مقرون به صرفهای است .[6] رایجترین جاذب برای حذف رنگ کربن فعال است که به دلیل ظرفیت قابل توجه در جذب در طیف وسیعی مورد استفاده قرار گرفته است .[7] با این حال، به علت هزینهی بالای آن، استفاده از جاذبهای جایگزین مورد توجه قرار دارد. محققان در مورد مواد گوناگون مطالعات زیادی انجام دادهاند که گرچه کمتر کارآمد، دارای هزینهی پایینتری هستند .[8] امروزه، بسیاری از اکسیدهای فلزی نیمه هادی از جمله، WO3، ZnO، TiO2، Cu2O و غیره به عنوان فوتوکاتالیستهای ناهمگن استفاده شدهاند .[9-12]
از این میان، اکسیدهای فلز خاکی کمیاب دارای بسیاری از ویژگیهای منحصر به فرد، مانند مقاومت مکانیکی بالا، ظرفیت ذخیره سازی اکسیژن، جذب قوی UV، خواص لومینسانسی و کاتالیزوری عالی است. بنابراین، اکسیدهای خاکی کمیاب به طور گستردهای در زمینههای مختلف استفاده شدهاند .[13-14] در میان اکسیدهای خاکی کمیاب اکسید نئودیمیوم یکی از مهمترین اکسیدها هستند و به طور گستردهای در زمینههای فوتونیک[15]، فیلمهای نازک[16]، کاتالیست[17] و غیره استفاده شده است. همچنین فناوری نانو یک حوزهی درحال رشد است. که شامل ساخت و استفاده از مواد نانو و دستگاههای مختلف میباشد. مواد نانوکامپوزیتی مختلف نقش مهمی در علم و تکنولوژی مدرن امروزی بازی میکنند.
نانوذرات معدنی فلورسنت مغناطیسی به دلیل کاربردهای آنها در طیف وسیعی، از اهمیت خاصی برخوردار هستند .[18] در سالهای اخیر تلاش بسیاری برای استفاده از مواد مغناطیسی با مواد فوتوکاتالیست نیمه هادی صورت گرفته است که به راحتی میتوانند از محیط توسط یک میدان مغناطیسی خارجی جداسازی شوند .[19] امروزه روشهای مختلفی برای تهیه نانوکامپوزیتهای فلورسنت-مغناطیسی وجود دارد.
برای مثال، شی و همکارانش از روش سل-ژل برای ساخت نانو کامپوزیتهای فلورسنت - مغناطیسی Fe3O4@C@YVO4:Eu3+ استفاده کردهاند .[20] با این حال، در این روشها پوسته داخلی سیلیکا یا کربن برای ارتباط هسته Fe3O4 با پوستهی لومینسانس استفاده شدهاند. این لایه داخلی میتواند باعث فرونشانی لومینسانس مواد ناشی از هستهی مغناطیسی شود .[21] در این پژوهش ما نانوکامپوزیت-های Fe3O4@Nd2O3:Zn2+ را به روش رسوب همگن با استفاده از اوره تهیه کردیم که یک روش ساده برای بدست آوردن نانوذرات به صورت حوزههای کلوئیدی با اندازه بهتر و یکنواختتر است.
بخش تجربی
ابتدا نانوذرات Fe3O4 به روس همرسوبی تهیه شدند. بدین صورت که 3 گرم FeCl3.6H2O با 1/5 گرم FeCl2.4H2O - نسبت - 1:2 در 100 میلی لیتر آب دو بار تقطیر به مدت 30 دقیقه هم خورد سپس 25 میلی لیتر از محلول آبی آمونیاک در حضور گاز نیتروژن قطره قطره اضافه تا pH آن 10 و یک رسوب سیاه رنگ به سرعت تشکیل شد. این رسوب توسط آهنربای قوی جدا شد و با آب و اتانول چندین مرتبه شسته سپس در دمای محیط خشک شد.
در مرحله بعد نوبت به ساخت نانوکامپوزیتهای Fe3O4@Nd2O3:Zn2+ میرسد به این ترتیب که 0/05 گرم از نئودیمیوم نیترات، 0/003 گرم روی نیترات را با 0/5 گرم اوره و 40 میلی لیتر آب دو بار تقطیر تحت همزن مغناطیسی به مدت 30 دقیقه هم خورده شد و به آن 0/05 گرم Fe3O4 را قطره قطره اضافه کرده و به مدت 30 دقیقه تحت تابش فراصوت قرار داده سپس محلول حاصل را به مدت 3 تا 4 ساعت تحت حرارت 90 C قرار داده تا آب دوبار تقطیر آن تبخیر شود و رسوبی ته بشر باقی بماند. در مرحله بعد این رسوب را درون کوره با دمای 550 C کلسینه شد تا ساختار کریستالی آن شکل گیرد. رسوب بدست آمده چندین بار با آب و اتانول شسته و در دمای اتاق خشک گردید. همچنین اثر فوتوکاتالیستی این نانوکامپوزیتها در تخریب فلورسین مورد بررسی قرار گرفت که در ادامه توضیح داده خواهد شد.
روش آمادهسازی نمونه جهت بررسی فعالیت فوتوکاتالیستی در تجزیهی فلورسین آزمایشی که در آن تجزیهی فوتوکاتالیستی فلورسین انجام شد بدین صورت میباشد که برای غلظت اولیهی فلورسین 0/001 گرم فلورسین را در 10 میلیگرم آب دو بار تقطیر حل کرده و طول موج ماکزیمم جذب - max - فلورسین با استفاده از روبش طول موج توسط دستگاه طیف سنج نوری UV-Vis در این شرایط، 452 نانومتر بدست آمد. در مرحله بعد 0/01 گرم از نانوکامپوزیت به عنوان کاتالیزور به محلول فلورسین اضافه شد سپس به مدت 24 ساعت در معرض تابش نور خورشید قرار گرفت و دوباره با استفاده از روبش طول موج توسط دستگاه طیف سنج نوری UV-Vis، طول موج ماکزیمم آن 488 نانومتر بدست آمد.
نتایج و بحث
همانطور که در شکل - - 1 مشاهده میگردد الگوی پراش پرتوی ایکس - XRD - نانوذرات Fe3O4 و نانوکامپوزیت Fe3O4@Nd2O3:Zn2+ مشخص شده است. نانوذرات Fe3O4 تهیه شد به روش همرسوبی با مرجع - 075-0033 - مطابقت دارد و دارای ساختار مکعبی با ثابتهای شبکه a=b=c= 8/384 A میباشد. همچنین در الگوی پراش پرتوی ایکس نانوکامپوزیتهای Fe3O4@Nd2O3:Zn2+ در شکل1، پیکهای نانوذرات Fe3O4 به خوبی مشاهده میشود.
پیک در 2 30/69 مربوط به نانوذرات Nd2O3 است که به دلیل دمای پایین کلسینه به صورت آمورف بدست آمده است. از نانوکامپوزیتهای تهیه شده تصویر SEM گرفته شد که در شکل - 2 - مشاهده میگردد اندازه ذرات با استفاده از تصویر SEM در محدودهی 20-28 نانومتر بدست آمد. درشکل - 3 - طیف FT-IR نانوذرات Fe3O4 و نانوکامپوزیتهای را نشان میدهد. در طیف IR نانوذرات Fe3O4 نوار جذبی در 570/68cm-1 و-cm 406/431 مربوط به پیوند Fe-O میباشد. همچنین هیچ نوار جذبی دیگری مشاهده نمیشود.
