بخشی از مقاله
خلاصه
منیزیم آلومینات با داشتن ساختار اسپینلی و خواص منحصر به فرد، کاربردهای بسیاری در صنایع گوناگون پیدا کرده است. سنتز این ماده در مقیاس نانو، موجب بهبود خواص و عملکرد آن شده است. از سوی دیگر، سازگاری این اکسید فلزی با محیط زیست سبب شده اغلب به عنوان جاذب مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر آن، فعالیت فتوکاتالیستی این ماده به دلیل گاف انرژی پایین و قیمت ارزان سبب اهمیت آن شده است. در تحقیق حاضر ضمن معرفی ساختار و ویژگیهای منیزیم آلومینات، کاربردهای این ماده در زمینههای مختلف مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج جدیدترین تحقیقات انجام شده در این زمینه ارائه شده است.
.1 مقدمه
بسیاری از صنایع مانند صنایع نساجی، مواد شیمیایی، چرم، پلاستیک، کاغذ و ... از انواع رنگها در مراحل مختلف فرآیند تولید استفاده میکنند. غلظت رنگ در پساب این صنایع متغیر بوده و حدود 30 تا 40 درصد از مواد رنگزا را شامل میشود. این رنگها که از لحاظ شیمیایی دارای ساختار پیچیده معطر و پایدار میباشند، به طور طبیعی زیستتخریب ناپذیر بوده و منجر به کدر شدن فاضلابها و ایجاد بوی نامطبوع میشوند. به همین دلیل حذف رنگ از پساب توجه بسیاری از محققان در سراسر جهان را به خود جلب کرده است زیرا هیدرولیز این ترکیبات در فاضلاب موجب ایجاد ترکیبات سمی شده و حیات آبزیان را با تهدید جدی مواجه میسازد .
[1-3] روشهای فیزیکی و شیمیایی متعددی که برای حذف رنگها از پساب وجود دارد، عبارتاند از: لختهسازی، رسوب گذاری، لجن فعال و روشهای پیشرفتهتر مانند: اوزوناسیون، جداسازی غشایی، الکتروشیمیایی، تکنیک التراسونیک، فوتوکاتالیست، جذب و ... .[4] از میان فرآیندهای مذکور، فرآیند جذب از نظر سازگاری با محیط زیست و صرفه اقتصادی مورد توجه قرار گرفته است.
این تکنیک در جهت بهبود کیفیت پساب از کارآیی بالا برخوردار بوده و انتخابپذیری جاذب نقش مهمی در کاهش هزینهها دارد .[5] جاذبهایی با مساحت سطح بالا مانند: کربن فعال، بنتونیت، نشاسته، آلومینوسیلیکاتها، سیلیکاژل، زئولیت، تیتانیا و ... از دیرباز مورد استفاده قرار میگرفتند. -6] .[9 جاذبهای جدید نظیر: گرافن و نانو لولههای کربنی نیز طی چند سال گذشته گزارش شدهاند .[10]
اکسید نانوذرات که هیدروفیل و قطبی میباشند، بر اساس اندازه منافذ، به دو صورت: میکروپور - قطر منافذ کمتر از 2 نانومتر - یا مزوپور - قطر منافذ در محدوده 50-2 نانومتر - با تخلخل بین 30 تا 60 درصد طبقه بندی میشوند. این مواد با طول عمر بالا، تنشهای مکانیکی و حرارتی را به خوبی تحمل کرده و در برابر حملات شیمیایی پایدار میباشند .[11-13]
اکسید فلزات با قابلیت سنتز در ابعاد نانو، در زمینههای مختلفی همچون: کاتالیستها، سلولهای سوختی، باتریهای خورشیدی، رنگدانهها، حسگرهای گاز، رطوبتسنج، سرامیک و الکترونیک مورد استفاده قرار میگیرند. یکی از مهمترین این مواد، آلومینات منیزیم میباشد که با داشتن ویژگیهای منحصربهفرد که در ادامه برشمرده شده، بهطور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته است . [14-20] در مقاله حاضر به بررسی ویژگیها و کاربردهای منیزیم آلومینات پرداخته شده و نتایج تحقیقات صورت گرفته در زمینههای مختلف با استفاده از این ماده ارائه شده است.
.2 منیزیم آلومینات
منیزیم آلومینات با فرمول کلی O4B23+A2+ دارای ساختار اسپینلی1 و بلورهای مکعبی شکل میباشد. در این ساختار، اتمهای A در جایگاه تتراهدرال2 و اتمهای B در جایگاه اکتاهدرال3 قرار گرفتهاند. بهطورکلی اسپینلها به دو نوع اسپینل نرمال4 و اسپینل معکوس5 دستهبندی میشوند. در شکل 1، نمایی از ساختار اسپینل نرمال MgAl2O4 نشان داده شده است.
.1 .2 ویژگیهای منیزیم آلومینات
ویژگیهای نانو ذرات منیزیم آلومینات از این قرار است:
1. نقطه ذوب بالا - 2135 ℃ -
2. مقاومت در برابر تنشهای مکانیکی بالا 16/1 - گیگا پاسکال -
3. مقاومت خمشی بالا 135-216 - مگا پاسکال در دمای اتاق و 120-205 مگا پاسکال در دمای - 1300 ℃
4. مقاومت بالا در برابر تنشهای حرارتی - شوک حرارتی - در دماهای بالا
5. مقاومت شیمیایی بالا در محیطهای اسیدی و بازی
6. ثابت دیالکتریک پایین
7. شفافیت عالی
8. گاف انرژی1 مناسب 5/4 - الکترو ولت - [25]
2. .2 کاربردهای منیزیم آلومینات
با توجه به خواص ذکر شده برای اسپینل منیزیم آلومینات، از این ماده در صنایع مختلفی استفاده شده است که در بخشهای 1 .2 .2 تا 5 .2 . 2 مورد بررسی قرار گرفتهاند.
.1 .2 .2 صنعت شیشهسازی
شفافیت و مقاومت منیزیم آلومینات سبب شده است که از این ماده در صنعت شیشهسازی مورد استفاده قرار گیرد. داشتن ویژگیهای مذکور به همراه خاصیت دیرگدازی نانو ذرات آلومینات منیزیم، موجب استفاده از این ترکیب به عنوان ماده خام در تولید شیشه کورههای تانکی، دستگاههای چشمی در مخازن تحت فشار، شیشههای ضد گلوله و IR شده است 26]و.[27 موریتا2 و همکارانش از منیزیم آلومینات طی فرآیند Sps3 با استفاده از پیش مادههای اکسید فلزی در ساخت نوعی شیشه استفاده کردند .[28
