بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش ابتدا نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 و Fe3O4@ZnO به روش همرسوبی سنتز شدند. ریختشناسی، اندازه و ساختار شبه کروي این نانوذرات با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی اندازهگیري شد. الگوي پراش پرتو ایکس نمونهها فاز اسپینل معکوس اکسیدآهن را نشان داد و اندازه متوسط این نانوذرات بترتیب 16/8 nm و 5/4 محاسبه شد. همچنین منحنی پسماند مغناطیسی نمونهها با دستگاه مغناطیسسنج نمونه نوسانی اندازهگیري شد، که نتایج حاصل از آن نشان میدهد نانوذرات اکسیدآهن داراي مغناطش اشباع 75/69 emu/g میباشند.
استفاده از پوشش اکسیدروي، روي هسته مگنتیت منجر به خاصیت نیمرسانایی براي نانوساختار میشود. ساختار هسته/پوسته داراي مغناطش اشباع 47/40 emu/g میباشد که بدلیل حضور پوشش غیرمغناطیسی اکسیدروي، روي سطح نانوذرات در مقایسه با مگنتیت خالص کاهش چشمگیري داشته است، اما خاصیت ابرپارامغناطیس خود را حفظ کرده است. این پوشش زیست سازگار سمیت اکسیدآهن را کاهش داده و آن را تقریباً تبدیل به مادهاي زیست سازگار کرده است. در نهایت فعالیت فوتوکاتالیستی این نانوساختارها با استفاده از تخریب رنگ متیلن آبی مورد بررسی
قرار گرفت.
مقدمه
در میان نیمرساناهاي مختلف TiO2 و ZnO به عنوان فوتوکاتالیستهاي خوب و ارزان با پایداري شیمیایی تحت شرایط مختلف براي حذف آلایندهها از محیط زیست استفاده میشوند .[1] اکسیدروي یکی از نیمرساناهاي نوع - n - ، گروه II-VI و PACS No. - 81.05 - داراي گاف نواري مستقیم در حدود 3/73 eV در دماي اتاق است که در واقع یکی از دلایل نورتابی عالی آن میباشد. انرژي اکسیتونی آن 60 eV بوده و داراي ساختار ورتزایت، نمک بلوري و هگزاگونال میباشد.
همچنین تحرك الکترونی بالا، شکاف باند عریض، خاصیت لومینسانس قوي، شفافیت بالا و خاصیت پیزوالکتریک و پیروالکتریک آن منحصربفرد است .[2] اکسیدروي همچنین داراي خواص فیزیکی، شیمیایی، زیستی، الکتریکی، نوري و پایداري محیطی دراز مدت است .[3] بطور کلی نانوذرات داراي خواص فیزیکی و شیمیایی منحصربفردي نسبت به مواد توده میباشندمثلاً نانوذرات مغناطیسی اکسیدآهن که در سالهاي اخیر توجه زیادي را به خود جلب کردهاند. آهن داراي 16 نوع اکسید است که شامل - هیدروکسیدها و اکسید هیدروکسیدها - میشود و از مشهورترین آنها اکسیدآهن مگنتیت - Fe3O4 - معروف به اکسیدآهن سیاه است که داراي ساختار اسپینل معکوس میباشد.
از خواص منحصربفرد آن سبتاًن غیرسمی بودن آن، خاصیت ابرپارامغناطیس آن در مقیاس نانو، اشباع مغناطیسی بالا، سطح بزرگ و امکان استفاده از آن در کاربردهاي پزشکی از قبیل داروسازي، تصویربرداري MRI، هیپوترمی و غیره مورد توجه زیادي قرار گرفته است .[4] خواص مغناطیسی بسیار عالی از هسته مگنتیت فراهم میشود در حالی که خواص نیمرسانایی سیستم میتواند بوسیله پوشش ZnO روي هسته مگنتیت ایجاد شود. بنابراین نانوساختار هسته/پوسته Fe3O4@ZnO میتواند یک کاندید عالی براي استفاده مواد مغناطیسی با کاربردهاي بالقوه وسیع باشد .[5] متیلن آبی نوعی رنگ صنعتی از نوع کاتیونی میباشد که تخلیه بیش از حد آن در پسابهاي نساجی براي سلامت انسان و محیطزیست خطرناك بوده، نانوذرات می توانند به عنوان کاتالیست نقش حیاتی در احیاي آبهاي آلوده محیط زیست داشته باشند.[6]
روش تحقیق:
روش سنتز نانوذرات Fe3O4
نانوذرات Fe3O4 به روش همرسوبی یونهاي آهن Fe2+ و Fe3+ در حضور یک باز قوي سنتز شدند. در این روش 2/70 g FeCl3.6H2O و 0/98 g از FeCl2.4H2O در 100 ml آب دیونیزه درون ظرف سه دهانه و تحت جو نیتروژن قرار گرفته و با کمک همزن مغناطیسی حل شده، سپس تحت دماي 90 ˚C به مدت 15دقیقه نگهداري شده و پس از آن 25 ml آمونیاك %98 به صورت قطره قطره بهنآ اضافه شده نهایتاً رسوب سیاهرنگ آن به کمک آهنربا جدا شده و چندین بار با آب دیونیزه شستشو داده شده و سپس به مدت 3 ساعت در آون قرارداده شده و سپس تحت دماي 60 ˚C خشک گردید.
روش سنتز نانوذرات هسته/پوسته Fe3O4@ZnO
براي سنتز نانوذرات هسته/پوسته 0/2 g نانوذره Fe3O4 در اتانول حل شد .سپس به مدت30 دقیقه هم زده شد و به مدت 2 ساعت تحت دماي 50 ˚C قرار گرفت. سپس آمونیاك به قدري اضافه شد که pH محلول به 10 رسید. بعد از آن 0/1گرم استات روي در اتانول به صورت جداگانه حل و به محلول اضافه شد و سپس تحت دماي 60 ˚C قرار گرفت. در آخر محلول شستشو داده شد و تحت دماي 60 ˚C در آون خشک گردید.
بررسی عملکرد فوتوکاتالیستی نانوذرات Fe3O4 و Fe3O4@ZnO براي تخریب رنگ متیلنآبی: عاز متیلنآبی به عنوان نمونه آلاینده براي بررسی رفتار فوتوکاتالیستی نانوذرات Fe3O4 و Fe3O4@ZnO استفاده شد. بدین صورت که ابتدا محلول 3 mM از رنگ متیلنآبی تهیه و پس از آن مقادیر 2، 4و 6 میلیگرم از نانوذرات Fe3O4 و Fe3O4@ZnO در آن حل شد و به مدت 30 دقیقه در محیط تاریک قرار داده شد تا جذب سطحی توسط نانوذرات Fe3O4 انجام شود.
مهمترین گام در افزایش عملکرد فوتوکاتالیستی جذب ماده واکنش دهنده روي سطح کاتالیست میباشد. پس از آن در زمانهاي مختلف تحت لامپ UV، - 250 W - قرار گرفت و تغییر در شدت قله جذب مشخصه متیلنآبی در 660 nm نانومتر در طول زمان به علت فوتوکاتالیستی ZnO و جذب توسط Fe3O4 انجام میشود. میزان تخریب براي تمامی نمونهها در زمانهاي مختلف با استفاده از دستگاه UV-vis اندازهگیري شد.
