بخشی از مقاله
چکیده
نانوذرات ابرپارامغناطیسی منیتیت - Fe3O4 - با استفاده از روش همرسوبی شیمیایی به وسیلهی آمونیاک مایع - NH3,H2O - ، در محلولهای اسیدی فروکلرید چهار آبه - FeCl2.4H2O - ، و فریک کلرید شش آبه - FeCl3.6H2O - ساخته شدند. سپس نانوذرات با هدف استفاده از آنها به عنوان جاذبی جدید برای بازیابی و حذف یونهای توریم - IV - از محلولهای آبی، با -3 آمینوپروپیلتریاتوکسیسیلان - APTES - پوشش داده شده و با گلوتارآلدئید - GA - اصلاح شدند.
اندازه، ساختار، و پوشش نانوذرات، به ترتیب، به وسیلهی پراش سنجی پرتو ایکس - - XRD، میکروسکوپی الکترون عبوری - TEM - و طیف سنجی تبدیل فوریهی زیر قرمز - FTIR - مشخص شد. اندازهی متوسط نانوذرات لخت، با استفاده از رابطهی شرر 20 نانومتر محاسبه شد. نتایج حاصل از طیفسنجی فرابنفش - UV - و تجزیهی گرماوزنی - TGA - سبت مولی و وزنی بهینه برای APTES و GA را به ترتیب، 1:4 و 1:5 نشان دادند.
مقدمه
ساخت نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن نه تنها به دلیل علاقهمندی علمی به آنها بلکه به دلیل کاربردهای مهم آن ها در زمینههای متفاوت بسیار توسعه یافته است. اخیراً استفاده از نانوذرات اکسید آهن با خواص جدید به دلیل اندازهی کوچک، سطح مخصوص بالا و خاصیت ابرپارامغناطیسی، به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است - Afkhami et . - al., 2010; McHenry and Laughlin, 2000; Pan et al., 2010 از مهمترین نانوذرات اکسید آهن میتوان به منیتیت - Fe3O4 - ، ماگمیت - -Fe2O3 - و هماتیت - -Fe2O3 - اشاره کرد.
ساخت نانو ذرات ابرپارامغناطیسی منیتیت به دلیل کاربردهای گستردهی آنها در زمینه های متعددی چون ذخیره سازی اطلاعات - Awschalom and - DiVincenzo, 1995، تصویر برداری رنگی - - Ziolo et al., 1992، سردسازی مغناطیسی - McMichael et al., - 1992، زیستپزشکی، زیستمهندسی، گرمادرمانی مغناطیسی - - 1، رهش کنترل شدهی دارو - - 2، افزایش وضوح تصاویر تشدید مغناطیسی - - Faraji et al., 2010 - - 3، ترمیم بافتها و استخراج فلزات سنگین، بازیابی و یا حذف کاتیونهای فلزی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است . - Yamaura et al., 2004 -
نانوذرات مغناطیسی کاربردهای بالقوه زیادی در جداسازی مغناطیسی دارند - Stopa and Yamaura, - 2010;Yamamura et al., 2011، آنها میتوانند برای جذب آلایندهها در پسآب مورد استفاده قرارگیرند و متعاقباً میتوانند به واسطهی رفتار مغناطیسیاشان، با یک فرایند مغناطیسی ساده از محیط خارج شوند. جداسازی مغناطیسی می-تواند با یک آهنربای کوچک انجام شود. در نتیجه، مرحلهی پرهزینه و زمانبَر عبور از صافی حذف میشود .
- Habashi, 1993 - پس از جداسازی، آلایندهها میتوانند به وسیلهی یک شوینده از نانوذرات بازیابی شده و نانوذرات به چرخه باز گردند. یکی از مهمترین کاربردهای نانوذرات مغناطیسی در بازیابی و حذف فلزات سنگین موجود در خاکها و آبهای آلوده و یا در جداسازی رادیونوکلید های موجود در پسماندهای صنعت هستهای، مانند اورانیم، توریم، سزیم و استرانسیم است . - Buchno et al., 1995 - خصوصیات ذرات مانند اندازه، عاملهای سطح، بار، میزان چسبندگی بین ذرات، سطح مخصوص، و مغناطیسپذیری تأثیر بسیار مهمی بر کاربرد آنها دارد .
- Dresco et al., 1999; Morais et al., 2001 - با افزایش سطح مخصوص، که با کوچکتر شدن اندازهی ذرات همراه است، مغناطیسپذیری، پایداری شیمیایی و مقاومت در برابر نفوذ کاهش مییابد . - Fulmer et al., 2001; Liao and Chen, 2002; Navrotsky, 2000 - این خصوصیات تحت تأثیر فرایند ساخت و متغیرهای آن قرار دارد. روشهای ساخت نانو ذرات اکسید آهن به 3 روش کلی فیزیکی، شیمیایی و زیستی تقسیم میشود. در میان این روشها، روشهای شیمیایی خوب شناخته شدهاند و در بسیاری از موارد روش های پذیرفته شده برای تولید انبوه نانوذرات اکسید آهن هستند . - Zhao et al., 2008 - از مهمترین روشهای شیمیایی میتوان به روش همرسوبی، هیدروترمال - گرما- آبی - و ریزامولسیون اشاره کرد.
روش هم رسوبی شاید ساده ترین و کارآمدترین روش شیمیایی برای سنتز نانوذرات مغناطیسی استاکسیدهای. آهن معمولاً به وسیله ی یک مخلوط استوکیومتری از نمکهای فریک - آهن سه ظرفیتی - و فرو - آهن دو ظرفیتی - در یک محیط آبی تهیه میشوند . - Jolivet and Tronc, 2004 - نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن در صورت نبود هیچ گونه پوشش سطحی، در محیط های آبی به راحتی دستخوش توده شدن میشوند.
این اتفاق به دلیل حضور گروه هیدروکسیل روی سطح آنها، که خاصیت آب دوست بودن را به آنها القا میکند به وجود میآید . - Pragnesh and Dave, 2014 - از طرف دیگر حضور گروه هیدروکسیل روی سطح نانو ذرات یک ابزار سنتزی مناسب برای اتصال عاملهای متفاوت را فراهم می کند. راه حل های اصلاح نانوذرات به منظور جلوگیری از کلوخه شدن شامل پیوند یا پوشش با ملکولهای آلی یا معدنی هستند. هدف مطالعه حاضر، ساخت و شناسایی نانو ذرات ابرپارامغناطیسی منیتیت، پایدارسازی آنها از راه پوشش دهی سطح با آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان - APTES - ، و اصلاح سطح ذرات پوشش داده شده، با گلوتارآلدئید - GA - برای فراهم نمودن جاذبی کارآ با کاربردهای بالقوه زیاد در جداسازی مغناطیسی به منظور بازیابی توریم - IV - از محلولهای آبی بود.
مواد و روشها
مواد اولیه
نمکهای دو و سه ظرفیتی آهن کلرید FeCl2.4H2O - و - FeCl3.6H2O استفاده شده برای سنتز نانوذرات منیتیت در این پژوهش از شرکت مرک تهیه شدند. از آمونیاک مایع - NH3.H2O - به عنوان قلیا برای رسوب دادن نانوذارت استفاده شد. از عامل پوششدهندهی آمینوپروپیل تری اتوکسی سیلان - APTES - مایع با خلوص 99% - مرک - برای جلوگیری از توده شدن نانو ذرات منیتیت و از محلول آبی %25 مولار گلوتارآلدئید - GA - - مرک - به عنوان اصلاح کنندهی سطح نانوذرات استفاده شد. برای تهیهی محلول های حاوی یون توریم - IV - نمک توریم نیترات - Th - NO3 - 45.H2O - - مرک - مورد استفاده قرار گرفت.
روشهای مشخصهیابی
ترکیب فازی نانوذرات منیتیت تهیه شده، در حالت پودری با استفاده از دستگاه طیفسنج پراش پرتو ایکس - XRD - مدل Philips-PW1800 با خط طیفی تابش تک رنگ ka مس با طول موج 1/5404 آنگستروم مشخص شد. ریخت شناسی سطح نانوذرات منیتیت با میکروسکوپی الکترون پویشی - SEM Cambridge S360 - و میکروسکوپی الکترون عبوری - TEM LEO906,100kV - بهینه شد. گروههای عاملی موجود در نانوذرات اصلاح شده توسط طیفنمایی تبدیل فوریهی زیر قرمز - Thermo Scientific, Nicolet IR100 FT-IR - تعیین شد. تعیین مقدار کمی و کیفی پوشش نانوذرات Fe3O4/APTES/GA از طریق تجزیهی گرماوزنی Rheometric Scientific- - - TGA STA-1500 به انجام رسید. غلظت محلول توریم در قبل و بعد از هر آزمایش جذب، به وسیلهی طیفسنج نشر نوری- پلاسمای جفت شدهی القایی - ICP-OES - مدل لیبرتی- 220 واریان اندازهگیری شد.
