بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش سنتز و شناسایی چارچوب فلز-آلی نانومتخلخل بر پایهي فلز روي و لیگاند 1 و 4 دي کربوکسیلیک اسید، و لیگاند 1 و 4 دي آزا بی سیکلو [2.2.2] اکتان انجام شده است. نانوپلیمر کئوردیناسیونی متخلخل Zn2 - 1,4-bdc - 2 - dabco - ابتدا براي مدت زمان 24 ساعت در حلال دي متیل فرمامید در دماي محیط 25 - درجهي سانتیگراد - تهیه شد. چارچوب فلز-آلی با اندازه حفرهي 2/1 نانومتر و مساحت سطح 1779.6 متر مربع بر گرم، پتانسیل کاربردي گستردهاي براي صنایع مختلف دارد.
شبکه پلیمرکئوردیناسیونی متخلخل حاصل بهدلیل امکان اصلاح سطح شبکه، حجم بالاي حفرهها، مساحت سطح بالا، حفرههاي منظم و هم اندازه در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی بهمنظور بهکارگیري در ذخیرهي گاز، جداسازي، تبادل و کاتالیست مورد توجه است. براي این منظور، ابتدا پلیمر مورد نظر تهیه و سپس ارزیابی شد. شناسایی و تعیین ساختار با روشهاي طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز، پراش اشعه ایکس، ایزوترم جذب نیتروژن، آنالیز توزین حرارتی و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد.
-1 مقدمه
پلیمرهاي کئوردیناسیونی متخلخل سیستمهاي نامحدودي متشکل از واحدهاي سازندهي اولیهي لیگاندهاي آلی و یونهاي فلزي میباشند. این واحدهاي اولیه خود بهوسیلهي پیوندهاي کئوردیناسیونی و دیگر پیوندهاي ضعیف شیمیایی به هم متصل شدهاند
خواص این پلیمرها به شیمی واحدهاي ساختمانی، درجهي پلیمر شدن، پراکندگی یکنواخت زنجیر، و نیروهاي بینمولکولی گسترش ساختار سه بعدي، وابسته است
امروزه پلیمر کئوردیناسیونی متخلخل یا مواد هیبریدي آلی-غیرآلی بهدلیل خواص منحصربهفرد خود مورد توجه قرار گرفتهاند .[3] به این ترکیبها چارچوبهاي فلز-آلی نیز گفته میشود، که دستهي جدیدي از مواد متخلخل اند.
پلیمر کئوردیناسیونی متخلخل به دلیل حضور حفرهها و کانالها و مساحت سطح بالا، از فضاهاي خالی آن براي به دام انداختن و ذخیرهسازي استفاده میشود .[5] از این رو ترکیب جدید به دلیل حجم حفرات زیاد و مساحت سطح بالا و همچنین داشتن شبکه حفره منظم و هم اندازه در صنایع مختلف بهخصوص در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی کاربرد دارد. به عنوان مثال میتوان به کابردهاي ذخیره سازي گاز [6]، جداسازي [7]، کاتالیستی [8]، نوري [9]، فوتونی [10]، تبادل یون [11]، آرایه مولکولی [12] اشاره کرد. همچنین از این ترکیبها در بیوپزشکی [13]، حسگر [14] و دارورسانی [15] نیز استفاده میشود.
هدف از انجام مطالعه حاضر توسعهي سنتز و شناسایی چارچوب فلز-آلی نانومتخلخل Zn2 - 1,4-bdc - 2 - dabco - به روش محلولی در دماي محیط و به مدت 24 ساعت میباشد. براي ارزیابی ترکیب نهایی از روشهاي FTIR، XRD، BET، TGA و SEM استفاده شد. مساحت سطح ترکیب نهایی جهت ذخیرهي گاز نیز با روش ایزوترم جذب نیتروژن بهدست آمد.
-1-1 مواد
نمک استات روي، لیگاند 1 و 4 دي کربوکسیلیک اسید - bdc - 1، لیگاند 1 و 4 دي آزا بی سیکلو [2.2.2] اکتان2 - dabco - ، و حلال دي متیل فرمامید - DMF - 3 از مرك خریداري شد.
-2-1 سنتز چارچوب فلز-آلی نانو متخلخل
براي نانوپلیمر کئوردیناسیونی متخلخل بر پایه فلز روي مقادیر مناسب توزین نمک استات روي، لیگاند هاي bdc و dabco به مدت 24 ساعت در 25 میلیلیتر حلال DMF و در دماي محیط 25 - درجهي سانتیگراد - با روش محلولی به کمک همزن مغناطیسی با دور متوسط تهیه شد. رسوب نهایی را صاف و خشک شده و با استفاده از کوره به مدت 15 ساعت در دماي 150 درجهي سانتیگراد فعال میشود، تا حلال دي متیل فرمامید از آن خارج شود. با این روش حفرهها و کانالهاي نانومتري چارچوب فلز-آلی متخلخل با تعداد زیاد و مساحت سطح بالا مناسب براي ذخیرهي گاز و کاربردهاي دیگر در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی آماده میشوند.
-3 تعیین ساختار
شناسایی و تعیین ساختار چارچوب فلز-آلی متخلخل Zn2 - 1,4-bdc - 2 - dabco - با روشهاي طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز - FTIR - 4، پراش اشعه ایکس - XRD - 1، ایزوترم نیتروژن - BET - 2، آنالیز توزین حرارتی - TGA - 3 و الکترونی روبشی - SEM - 4 انجام شد. پایداري آن با روش اسپکتروسکوپی جذب اتمی - AAS - 5 بررسی شد.
-3-1 طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز
طیف سنجی FTIR براي نمونهي پلیمر Zn2 - 1,4-bdc - 2 - dabco - در فاصله cm-14000-400 با استفاده از قرص KBr انجام پذیرفت. با این روش بهصورت کیفی حضور گروههاي عاملی کربوکسیل و هیدورکسیل موجود در ساختار پلیمر مشاهده شد
-4-1 پراش اشعه ایکس
آزمون XRD از نوع WAXS با دستگاه Xpert-Philips در محدودهي دو تتا 7 - 2θ - تا 30 براي نمونهي پلیمر Zn2 - 1,4-bdc - 2 - dabco - ، انجام شد. این آزمون نشان میدهد که نمونهي پلیمري داراي ساختار کریستالی میباشد
-5-1 آنالیز توزین حرارتی ش
آنالیز توزین حرارتی TGA براي پلیمر Zn2 - 1,4-bdc - 2 - dabco - از دماي محیط تا دماي 700 درجه سانتی گراد و با سرعت C/min10° در حضور گاز نیتروژن صورت پذیرفت. این آنالیز دماي تخریب دو لیگاند dabco و bdc به ترتیب در 350 و 500 درجهي سانتیگراد نشان داده و باقیمانده شامل اکسید فلز روي میباشد
