بخشی از مقاله
چکیده
اندازه کوچک نانو ذرات آهن موجب توزیع زیر سطحی مؤثر و آسان آنها شده و از طرفی سطح مقطع بزرگ آنها سبب واکنش پذیری بالای نانو ذرات و تخریب سریع آلاینده ها می گردد. نانو ذرات آهن می توانند به عنوان عامل کاهنده کاتالیزور در سم زدایی تعداد زیادی از آلاینده های محیط زیست مانند حلال ها، آفت کش های آلی کلر دار، بی فنیل های پلی کلرید1، فلزات سنگین - کروم ، سرب - ، آرسنیک، نیترات و ... عمل کنند.
از نانو ذرات آهن برای تجزیه هیدروکربن های کلرینه مانند تری کلرو متان، پرکلرو اتیلن و تتراکلریدکربن استفاده شده است. این ترکیبات از مهم ترین آلاینده های آب زیرزمینی و خاک هستند. در این مطالعه روش سنتز و تعیین خصوصیات نانو ذرات آهن و کاربردهای آن درحذف آلاینده های آلی هالوژن دار، فلزات سنگین، کلرزدایی از ترکیبات رنگی، تجزیه علف کش ها و حشره کش ها در منابع آبی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.
مقدمه
تا کنون مطالب گسترده ای از علم و فن آوری نانو شنیده ایم، اما آنچه در این روزها بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد به کارگیری این فن آوری در صنعت می باشد. یکی از حیاتی ترین و مؤثرترین کاربردهای نانو تکنولوژی تصفیه ی آلاینده ها ست. نانو ذرات به دلیل اندازه بسیار کوچک و ساختار مولکولی و یا اتمی منحصر به فرد خود از ویژگی های مکانیکی، مغناطیسی، نوری، الکترونیکی، کاتالیتیکی و شیمیایی ویژه ای برخوردار هستند.
این خصوصیات سبب کاربرد روز افزون آنها در تصفیه آلاینده های زیست محیطی شده است. نانو ذرات آهن می توانند فلزات سنگین را از محیط جدا نموده و با صرف حد اقل زمان در پاکسازی محیط زیست نقش داشته باشند. سازوکار حذف آلاینده ها توسط نانو ذرات آهن به این صورت است که این نانو ذرات آلاینده ها را به محصولات کم خطر تر کاهش داده و سپس آنها را بر روی خود جذب می کنند .[4] در این تحقیق سعی بر آن است که کاربردهای نانو ذرات آهن درحذف آلاینده های زیست محیطی مورد بررسی قرار گیرد.
سازوکار نانوذرات آهن
بررسی واکنشهای احیای نانوذرات آهن در محلولهای آبی نشان میدهد که آهن فلزی، یون فرو و هیدروژن گازی احیاکننده های اصلی در محیط هستند. احیای آلاینده ها در سطح آهن میتواند از طریق انتقال الکترونی و یا تشکیل هیدروژن انجام شود
بررسی سازوکار نانو ذرات دو فلزی Ni-Fe نشان میدهد که همزمان با قرارگیری ذرات دو فلزی Ni-Fe در یک محلول آبی، یک پیل گالوانی تشکیل میشود که Fe به فلز کاتالیزور الکترون میدهد و Ni به وسیله آهن، حفاظت کاتدی میشود. زمانی که آهن اکسید میشود، با آب تشکیل هیدروکسید و یا اکسید آهن میدهد و پروتونها روی سطح Ni به اتمهای هیدروژن و مولکول هیدروژن تبدیل میشوند .[2] براساس این سازوکار، واکنش هالوژن زدایی از طریق هیدروژن جذبشده بر روی کاتالیزور Ni-Fe بهسرعت انجام میشود
ترکیب هالوژندار روی سطح ذرات Ni-Fe جذب و پیوند C-Cl شکسته میشود. سپس، اتم کلر جایگزین هیدروژن می - گردد.
شکل -1 تصویری از سازوکار واکنش هالوژن زدایی یک ترکیب آلی کلردار با نانوذرات .[2] Ni-Fe
با توجه به مطالب فوق، سازوکار نانوذرات دو فلزی در واکنشهای هالوژن زدایی موجب تشکیل هیدروژن میشود. در حالی که ذرات تکفلزی و همچنین مخلوط فیزیکی دو فلز عملکرد متفاوتی دارند. این موضوع از طریق اندازهگیری میزان هیدروژن تولید شده در آب بهوسیله نانوذرات آهن، نانوذرات نیکل، نانوذرات دو فلزی Ni-Fe و مخلوط فیزیکی نانوذرات آهن و نانوذرات نیکل ثابت شدهاست.
شکل -2 مقایسه مقدار هیدروژن تولید شده از واکنش نانوذرات دوفلزی، تکفلزی و مخلوط آنها با آب
مطابق شکل - 2 - میزان هیدروژنی که نانوذرات دوفلزی Ni-Fe تولید میکنند، بیشتر از بقیه ذرات است و این میتواند به دلیل تماس الکترونی بین دو فلز آهن و نیکل باشد
