بخشی از مقاله
خلاصه
کاه، بخشی از ساقه و تمامی برگ برنج را شامل می شود و هنگام خرمنکوبی خرد شده و از دانه جدا می شود. خاکستر کاه برنج - RSA - از سوزاندن کاه برنج بدست می آید. از خاکستر کاه برنج میتوان بعنوان منبع ارزان قیمت سیلیس برای تولید مواد سیلیکونی با منافع صنعتی و تکنولوژیکی استفاده کرد. در این میان مواد مزپور سیلیکا بیش از همه مورد توجه محققین بوده و بویژه در زمینه مواد جاذب و کاتالیست کاربردهای گسترده ای دارند. مزوپور ها سیستم های ایده آلی برای میزبانی مواد شیمیایی مختلف در مقیاس نانو متری می باشند.
در مقاله حاضر زئولیت MCM-41 بر پایه سیلیس استخراج شده از خاکستر کاه برنج بعنوان قالب برای نانو ذرات اکسید منیزیم بکار برده شده است تا از اگلومراسیون نانو ذرات اکسید منیزیم جلوگیری کند. الگوی پراش اشعه ایکس نانوکامپوزیت نشان می دهد ساختار زئولیتMCM-41 حفظ شده و همچنین علاوه بر آن پیک های پراش نانو ذرات اکسید منیزیم نشان می دهد که نانو ذرات MgO روی زئولیت MCM-41 ساخته شده است. همچنین نمونه ها بوسیله FTIR، SEM و TEM نیز بررسی شدند.
.1 مقدمه
سوزاندن بقایای گیاهی عوارض ناخوشایندی را برجای گذاشته و سلامت محیط زیست را به خطر انداخته است. باقی ماندن بقایای گیاهی بعد از برداشت محصول معظل بزرگی برای کاشت محصولات بعدی شده است. کاه، بخشی از ساقه و تمامی برگ برنج را شامل می شود و هنگام خرمنکوبی خرد شده و از دانه جدا می شود. کاه برنج یک پسماند کشاورزی است که محتوی سیلیس است و از تولید برنج حاصل می شود .[1]
خاکستر کاه برنج - RSA - از سوزاندن کاه برنج بدست می آید، درصد خلوص خاکستر کاه برنج به شرایط احتراق، انواع برنج، شرایط آب و هوایی منطقه و شرایط جغرایایی برای کشت بستگی دارد .[2] از کاه و کلش می توان برای پوشال برنج در صنایع بسته بندی, تولید الکل اتانول، تولید چوب با کیفیت برتر، استفاده در جیره دام به صورت غنی شده، استفاده در کمپوست سازی و تولید محیط کشت قارچ های صدفی استفاده کرد.
از خاکستر کاه برنج میتوان بعنوان منبع ارزان قیمت سیلیس برای تولید مواد سیلیکونی با منافع صنعتی و تکنولوژیکی استفاده کرد .[1] در این میان مواد مزپور سیلیکا بیش از همه مورد توجه محققین بوده و بویژه در زمینه مواد جاذب و کاتالیست کاربردهای گسترده ای دارند. کاربرد این مواد بعلت افزایش سطح از یک سو و محدودیت ابعاد حفرات آن از سوی دیگر می باشد که برخلاف زئولیت ها اندازه حفرات بزرگ تری داشته و محدودیت انتقال جرم مولکول های بزرگ ناشی از ریز بودن حفرات زئولیت در آن ها برطرف می گردد. سنتز اولین مواد مزپور در سال 1969 انجام گرفت اما بدلیل فقدان دستگاههای آنالیز پیشرفته، این مواد مورد توجه چندانی قرار نگرفتند.
در سال 1992 ماده مشابهی توسط محققان شرکت نفتی موبیل بنام MCM-41 کشف شد. MCM-41 مواد مزوپور با ساختار هگزاگونالی و اندازه منافذ 30-100°A می باشند .[3] در زمینه سنتز مزوپور های با ساختار منظم می توان با تغییر شرایط سنتزی، برای مثال ساختار مولکول های سورفکتانت - طول زنجیره کربنی، کاتیونی یا آنیونی بودن - و همچنین با تغییر غلظت سورفکتانت اقدام به سنتز موراد مزوپور با ساختارهای متفاوت نمود.[4] مواد مزوپور از طریق تشکیل سیلیکا در اطراف تجمعات مایسلی قالب و سپس حذف و خارج سازی قالب آلی توسط روش های چون گرمادهی تهیه می شوند.
مزوپور ها سیستم های ایده آلی برای میزبانی مواد شیمیایی مختلف در مقیاس نانو متری می باشند. آلودگی های باکتریایی همچنان توجه عموم را به خود جلب کرده است. بطور کلی عوامل ضد باکتری را می توان به دو دسته عوامل آلی و معدنی تقسیم بندی کرد .[5] منیزیم یکی از فلزات قلیایی خاکی است که تنها به شکل MgO اکسید می شود. اکسید منیزیم یک ماده مهم معدنی است که فاصله بین دو نوار انرژی آن پهن است. MgO را می توان بعنوان بلوک ساختمانی برای ساخت نانو ساختار های کاربردی با کیفیت و دارای خواص نوین مورد استفاده قرار داد.
همچنین نانوذارت MgO می توانند به کاهش SO3 و NOX در برخی از فرآیند های کاتالیزوری کمک کنند.[6] در حال حاضر برخی از مواد ضد باکتری معدنی مانند MgO، ZnO، TiO2، CuO مورد مطالعه قرار گرفته اند که از اهمیت خاصی برخوردارند زیرا در شرایط سخت نه تنها پایدارند بلکه بطور کلی بعنوان مواد بی خطر برای انسان ها محسوب می شوند .[5] در مقاله حاضر نوعی زئولیت - MCM-41 - بر پایه سیلیس استخراج شده از خاکستر کاه برنج بعنوان قالب برای نانو ذرات اکسید منیزیم بکار برده شده است تا از اگلومراسیون نانو ذرات اکسید منیزیم جلوگیری کند.
.2 بخش تجربی
.2-1 تهیه سیلیس از کاه برنج
در ابتدا مقدار 30 گرم از کاه برنج و 750 میلی لیتر نیتریک اسید - HNO3 - داخل یک بشر1 لیتری ریخته شد و به مدت 24 ساعت در دمای اتاق قرار داده شد. سپس کاه اسیدی شده با آب مقطر زیاد شستشو داده شد تا خاصیت اسیدی آن از بین رفته و pH ثابت گردید. بعد از این مراحل، جهت خشک شدن، کاه برنج در داخل آون در دمای 100 درجه سانتی گراد به مدت 24 ساعت قرار داده شد. سپس به مدت 5 ساعت در کوره در دمای 500 درجه سانتی گراد قرار داده شد تا پودر سفید رنگ که همان سیلیس است حاصل گردید.
.2-2 تهیه سدیم سیلیکات
مقدار 2/5 گرم از سدیم هیدروکسید - - NaOH به اضافه 15میلی لیتر آب مقطر درون ظرف پلاستیک ریخته و سپس 1/5گرم سیلیس - - SiO2 اضافه گردید و به مدت 24 ساعت در دمای اتاق 25 - درجه سانتی گراد - به وسیله مگنت همزده تا محلولی روشن از سدیم سیلیکات حاصل گردید.
.2-3 سنتز MCM-41
مقدار 6/66 میلی لیتر از اتیل آمین - C2H7N - به اضافه 84 میلی لیتر آب مقطر در یک بشر 250 میلی لیتری ریخته شد. سپس 2/8 گرم هگزا دسیل تری متیل آمونیوم بروماید - CTAB - به آرامی اضافه گردید. بعد از این مراحل pH محلول چک شد که 12 بود در نتیجه با افزایش HCl به حدود 8/5 رسید. سپس به مدت 2 ساعت در دمای اتاق همزده شد.
در نهایت با آب مقطر گرم شست و شو داده و سانتریفوژ گردید. رسوب بدست آمده در دمای محیط خشک شد. بعد از این مرحله رسوب خشک شده در دمای 550 درجه سانتی گراد به مدت 5 ساعت در کوره قرار داده شد و پودر سفید رنگ MCM-41 حاصل گردید. در این بخش از سیلیس استخراج شده از کاه برنج در دمای 500 درجه سانتی گراد برای سنتز ترکیب مزوپور استفاده شد.
.2-4 سنتز MgO/ RSA-MCM-41 به روش حالت جامد
ابتدا مقدار 0/586 گرم Mg - NO3 - 2.6H2O را به همراه 1 گرم MCM-41 ساخته شده درون یک هاون خشک و تمیز ریخته و سابیده شد. تا یون Mg2+ با MCM-41 مشارکت داده شود و پودری یکدست و همگن و سفید حاصل گردید و سپس نمونه حاصل را در تعدادی بوته چینی خشک و تمیز ریخته شد و به مدت 5 ساعت با دمای 500 درجه سانتی گراد داخل کوره حرارت داده شد. از نمونه های سنتز شده XRD و FTIR و SEMو TEM گرفته شد.
.2-5 سنتزMgO/ RSA-MCM-41 به روش تبادل یون
ابتدا مقدار 2/564 گرم Mg - NO3 - 2.6H2O در یک بالن ته گرد 100 میلی لیتری به حجم رسانده شد سپس 1 گرم MCM-41 ساخته شده به همراه 100 میلی لیتر محلول 0/1 مولار Mg - NO3 - 2.6H2O در یک بشر 250 میلی لیتر ریخته شد. در ادامه ظرف روی همزن مغناطیسی قرار گرفت و توسط مگنت به مدت 5 ساعت هم زده شد. بعد از آن رسوب به وسیله سانتریفیوژ جداسازی شده و در مرحله ی بعد از رسوب حاصل 5 بار با آب مقطر شست و شو داده شد و در دمای اتاق خشک شده و پس از خشک شدن در دمای 500 درجه سانتی گراد به مدت 5 ساعت حرارت دهی گردید. از نمونه های سنتز شده XRD و FTIR و SEMو TEM گرفته شد.
