بخشی از مقاله
نانوکاتالیزورهای مغناطیسی قابل بازیافت
چکیده
در این مقاله روی دسته خاصی از کاتالیزورها مطالعه شده است.که علاوه بر افزایش سرعت و کاهش انرژی فعال سازی واکنش، به خاطر کوچک بون انها که در مقیاس نانو می باشند و قابل بازیافت بودنشان از اهمیت ویژه ای برخوردارهستند.
در این مطالعه به توضیح نانو کاتالیزورهای مغناطیسی قابل بازیافت پرداخته می شود که امروزه از کاربردهای زیادی در واکنش های شیمیایی مخصوصا در واکنش های آلی برخوردار هستند.
کاتالیزور به ماده یا ترکیبی گفته می شود که در جهت بهینه کردن واکنش مورد نظر استفاده می شود. هدف عمومی کاتالیزورها بالابردن سرعت واکنش شیمیایی می باشد. این عامل بواسطه مفاهیم سینیتیکی حاصل شده و مستقیما متاثر از خواص ترمودینامیکی یک سیستم شیمیایی نیست.
استفاده از کاتالیزور سرعت واکنش را به یکی از سه روش زیر افزایش می دهد:
-1کاتالیزور میتواند انرژی فعال سازی واکنش را کاهش دهد.
-2میتواند به عنوان یک تسهیل کننده عمل کند و گونه های واکنش دهنده را بطور موثرتر به هم برساند.
-3میتواند بازده بیشتری از یک جزء را ایجاد کرده و حتی چند محصول تشکیل شده را بوجود آورد.
البته بسته به نوع کاربرد نانو ، هر یک از کاتالیزورها می توانند در هر یک از سه روش ذکر شده مورد استفاده قرار گیرند. به دو دلیل نانو کاتالیزور ها از کاتالیزورهای معمولی بسیار موثرترند: اول اندازه بسیار کوچک آنها ( عموما از 10 تا 80 نانومتر) که مساحت سطح به حجم بینهایت زیادی را تولید میکند. دوم وقتی مواد در مقیاس نانو ساخته می شوند خواصی را بدست می آورند که در همتای ماکروسکوپی آنها یافت نمی شود که هر دوی این دلایل سبب موثرتر بودن و همه کاره بودن نانو کاتالیزورها می شود. کاتالیزور باید در انتهای واکنش مجددا تولید شود یعنی نباید مصرف شود یا با واکنش دهنده ها و یا فراورده ها واکنش دهد.
بهترین و مطلوب ترین کاتالیزور آن است که علاوه بر افزایش سرعت واکنش دارای پایداری شیمیایی خوبی باشد و همچنین از نظر ترمودینامیکی و سینتیکی کنترل شود.
کاتالیزوری که که از نظر ترمودینامیکی پایدار باشد بعد از انجام واکنش دوباره تولید می شود و اگر قابل بازیافت باشد می توان به راحتی آن را از واکنش خارج کرد و بعد از شستشو مجددا در واکنش بعدی آن را مورد استفاده قرار داد.
کاتالیزورهایی که به صورت همگن در واکنش شرکت می کنند معمولا در انتقال واکنش به راحتی دوباره تولید نمی شودند اما کاتالیزورهای نا همگن راحت تر از واکنش جدا می شوند.
-2نانو کاتالیزورهای مغناطیسی
-2-1جداسازی کاتالیزور از ظرف واکنش
حال مسِئله اینجاست که چگونه می توان به راحتی کاتالیزور را از مخلوط واکنش جدا کرد و دوباره و چند باردر واکنش های بعدی از ان استفاده کرد بدون آنکه از خاصیت کاتالیزور کاسته شود؟
جواب این است که این کاتالیزورها به علت خاصیت مغناطیسی و ناهمگن بودنشان همانند شکل زیر بعد از انجام واکنش توسط آهنربا از مخلوط جدا شده و بعد از شستشو و جداسازی ،کاتالیزور به راحتی به دست می آید و می توانیم چندین بار دیگر در واکنش ها از ان ها استفاده کنیم.
-2-2خاصیت مغناطیسی این کاتالیزورها چیست؟
ابتدا به نحوه تولید و ساخت این کاتالیزورها می پردازیم،در ابتدای کار می بایست نانو ذراتی با ابعاد 20 و یا بعضا 200 نانومتر از ترکیبات مغناطیسی آهن مانندFE2O3 ویا FE3O4 ساخته شوند،این ترکیبات خاصیت مغناطیسی زیادی دارند و به راحتی جذب آهنربا می شوند و چون در ابعاد کوچک چند ده نانومتری ساخته میشوند میتوانند با تمام مواد واکنش دهنده در تماس باشند و در عملکرد بهتر کاتالیزور موثر واقع بشوند.
-2-3اتصال نانو ذرات به کاتالیزور
بعد از ساخت نانو ذرات، لایه ای از سیلیکا به دور این ذرات کشیده می شود. حال تعداد بسیار زیادی ذره داریم که از هسته Fe2o3 و لایه SIO2 تشکیل شده اند،حال می توان کاتالیزوری که قبلا به صورت همگن در واکنش استفاده می کردیم را روی این ذرات قرار دهیم که برای اتصال این کاتالیزورهای همگن به نانو ذرات مغناطیسی از موادی به نام اتصال دهنده برای مثال در شکل زیر از امینو پروپیل تری اتوکسی سیلان استفاده می کنیم تا با پیوند کوالانسی آن ها را به هم وصل کنیم که این اتصال در شماتیک زیر نشان داده شده است.
