ي

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

1

تابستان

1391

1279732645

چكيده: در اين تحقيق نانو ذرات اكسيد آهن مگنتيت با استفاده از روش همرسوبي تهيه و پايداري كلوييدي آنها با استفاده از سه نوع ماده فعال سطح پليمري شانهاي1 بر پايه پل ي آكر يليك اس يد-پلي ات يلن گل يكول آكـريلات در محـيط آبـي مـوردبررسي قرار گرفت. تفاوت مواد فعال سطح شانهاي در سه نوع پلي ات يلن گليكول با وزن ملكولي 1000،2000 و4000 بودكه به بدنه هيدروفوب آكر يلاتي متصل است. تاثير پارامترهاي دما و زمان واكنش بر اندازه ذرات تشكيل شده مطالعه شـد. محدوده دما يي، بين 27 تاºC90 و محدوده زماني بين 10 تا40 دقيقه انتخاب شد. براي بدست آوردن نانو ذرات مگنتيـت ، كلريدهاي آهن دو و سه ظرفيتي با تنظيم pH توسط آمونياك رسوب داده شد. براي بررسي توز يـع انـدازه ذرات و بررسـي پايداري از روشهاي تفرق ديناميك ليزري (DLS) وكدورت سنج ي2 استفاده شد. اتصال سطح ي مواد فعال سطح شـانهاي بر رو ي نانو ذرات با استفاده از روشFTIR بررسي شد . نتايج حاصل نشان داد كه بسته به نوع فعال سطح شانه اي استفادهشده در محيط آبي، اندازه ذرات متفاوتاست و فعال سطح با شانههاي پل ي اتـيلن گل يكـول بـا وزن ملكـولي 2000 بـرايدستيابي به اندازه ذرات كوچكتر و پايداري بهتر، نسبت به دو نوع ديگر مناسبتر است. همچنين مشخص شـد كـه مقـدار22 درصد وزني از اين فعال سطحي، دماي سنتزºC70 و زمان واكنش20 دق يقه، مناسب ترين مقـادير بـراي دسـتيابي بـهبيشترين پايداري است. در اين شرايط، اندازه هيدرو ديناميكي ذرات nm80 به دست آمد.
كليد واژه: فعال سطح پليمري شانه اي، پايداري، نانو ذرات، اكسيد آهن، فرو سيال.
1- مقدمه
فروسيالهاي مغناطيسي سوسپانسيونهـايي هـستند كـه در آ نهـا نـانو ذرات مغناطيـسي ماننـد مگنتيـت (4Fe3O)، مگهميـت (3-Fe2O)، فريتهاي نيكل، كبالت و غيره در داخل يك سيال آبي يا آلي بطـور پايـدار پراكنـده شـدهانـد . در ايـن بـين، فـرو سيالهاي برپايه مگنتيت و مگهميت بهدليل ويژگيهاي مغناطيسي و زيست سازگاري مورد توجه بيشتري قـرار گرفتـه انـد. ايـنمواد در عكسبرداريMRI ، رسانشدارو، جوهرهاي چاپ، آببندي موتورهاي بسيار حـساس، انتقـال حـرارت و غيـره اسـتفادهمي شود [1-7]. رايجترين راه سنتز اين ذرات، روش هم رسوبي شيميايي يونهاي نمك آهن دو و سه ظرفيتي در حضور يك باز قوي مي باشد [8 و 9]. واكنش تشكيل نانو ذرات، بصورت زير است:
Fe+2+2Fe++8OH-→Fe3O4+4H2O (1)
طبق اين واكنش، براي توليد مگنتيت، نسبت مولي اوليه 2:1 از 2+Fe3+:Fe نياز است. با توجه به كاربردهاي خاص اين نـانوذرات، پايدار بودن آنها در محيط هاي آبي و آلي در كنترل ويژگي هاي محصولات نهايي نقش ضروري دارد [9]. براي ايجـاد پايـداري در نانو ذرات روش هاي مختلفي وجود دارد يكي از روش ها، اصلاح سطح ذرات توسط مواد فعال سطحي مختلف است.
مواد فعال سطحي معمولا تركيبات آلي هستند كه داراي گرو ههاي آبدوست و آبگريز مي باشند. گروه هاي آبگريز نقش دم و دنباله را دارد و شامل تركيباتي راديكال هيدروكربن است وگروههاي آبدوست، نقش سر مواد فعـال سـطحي را دارد كـه شـامل فلـزاتقليايي يا بنيانهاي ديگر است. وجود طبيعت دو گانه سبب ويژگيهاي خاصي در اين مولكولها ميشود به طوري كه ميتواننـددر آب حل شده و در سطح مشترك آب – هوا يا بين دو سطح از دو فاز مختلف تجمع يافته و سبب كاهش كشش سطحي شوند.
يكي از كاربردهاي مواد فعال سطحي استفاده از آنها در سوسپانسيونهاي كلوييـدي اسـت. از آنجـا كـه در سوسپانـسيون هـايحاوي نانوذرات با كاهش اندازه ذرات، حركت براوني افزايش مييابد از اين رو ذرات شانس زيادي براي نزديك شدن به يكـديگرو تشكيل آگلومره دارند. استفاده از مواد فعال سطحي كاتيوني و آنيوني باعث ميشود يكي از دوسـر فعـال سـطحهـا بـه كلوئيـدمتصل شده و سر ديگرشان به محلول نزديك ميشود، بنابراين سرهايي كه در محلول قرار دارند همنام بوده و سبب دافعـه بـينكلوئيدها ميشوند و در نتيجه از تجمع و بهم پيوستن آنها ممانعت ميكنند. شكل (1) نحوه پراكندگي نانو ذرات را توسـط جـذبمواد فعال سطحي نشان مي دهد [10 و 11]. سازوكار موجود در اين رابطه به سازوكار ممانعت فضايي3 معروف است.

شكل 1- شمايي از پراكندگي نانو ذرات در اثر جذب مواد فعال سطحي [12]
با بررسيهايي كه ژومان4 و همكارانش [13] انجام دادند مشخص شد كه استفاده از دو لايه پوشش مواد فعـال سـطحي بـر رويسطح نانوذرات مگنتيت باعث افزايش ميزان پراكندگي ميشود. آنها از اولئيكسديم به عنـوان اولـين پوشـش و سـولفنات بنـزن دديكيل سديم 5 به عنوان دومين لايه پوشش مواد فعال سطحي بر روي سطح نانوذرات استفاده كردند. پوشش اولئيكسـديم بـرروي نانو ذرات مگنتيت باعث شد كه شكل ذرات كروي و متوسط اندازه ذرات nm10 شود.

پراكنده كردن نانو ذرات اكسيد آهن در سيال هاي آلي نسبتا راحتتر از سيال هاي آبي است. از طرفي به دليل اهميت كاربردهـايپزشكي و لزوم زيست سازگاري فروسيالها، لازم اسـت كـه ايـن ذرات در محـيط آبـي پراكنـده شـوند. اسـتفاده از مـواد فعـالسطحي هاي بر پايه پلي اتيلن گليكول در اين راستا مناسب تشخيص داده شده است [14]. با اين حال تاكنون گزارشي مبنـي بـراستفاده از فعال سطح پليمري شانه اي برپايه پلي آكريليك اسيد-پلي اتيلن گليكول آكريلات گـزارش نـشده اسـت. همچنـين در كارهاي مشابه قبلي [15و16] بيشتر بحث سنتز و خواص ريولوژيكي فروسيالهاي بر پايه محيط هاي آلـي مـورد بررسـي قـرارگرفته است . در خصوص پراكندگي نانوذرات اكسيد آهن در محيط آبي، اطلاعات چنداني از محققين داخلي منتشر نشده است. در اين تحقيق، تاثير عواملي مانند وزن مولكولي مواد فعال سطحي شانه اي برپايه پلي آكريليك اسيد-پلي اتيلن گليكول آكريلات بر پراكندگي نانو ذرات مغناطيسي در فرو سيال بر پايه آب مورد بررسي قرار گرفته است.
2- روش كار تجربي
2-1- مواد اوليه
كلريدهاي آهن دو (FeCl2.4H2O) و سهظرفيتي (FeCl3.6H2O)، هيدروكسيدآمونيوم (NH4OH)، محصول شركت Merck وبا خلوص بالاتر از 99%، آب مقطر و نيز سه ماده فعال سطح پلي آكريليك اسيد-پلي اتيلن گليكول آكريلات بـا شـانههـاي پلـي اتيلن گليكولPCA-2000 ،PCA-1000 وPCA-4000 با نـام هـاي اختـصاريPCA-PCA-2000 ،PCA-PCA-1000 وPCA-PCA-4000 ساخت موسسه پژوهشي علوم و فناوري رنگ استفاده شد.
2-2- روش ساخت فروسيال
براي تهيه نانوذرات مغناطيسي مگنتيت از روش همرسوبي استفاده شد. ابتدا با حل كردن مقادير مشخص از نمكهاي آهـن (II) و آهن (III) كه بهعنوان منابع توليد يونهاي آهن (II) و آهن (III) بودند ، محلولهاي يك مولار از هر يك از نمكها تهيه شد.
محلولهاي حاصل با نسبت وزني 2:1 از آهن (II): آهن (III) در يك راكتور شيشهاي چند دهانه با هم مخلوط شده و با اسـتفادهاز همزن مكانيكي بهمدتmin 5 در دماي انتخاب شده همزده شد . در اين مرحله رنـگ محلـول نـارنجي رنـگ بـود. در تمـاممراحل سنتز، براي جلوگيري از اكسيد شدن 2+Fe به 3+Fe از اتمسفر خنثي استفاده شد. براي اين كار، در تمام مراحل سنتز، گـازنيتروژن به محلول تزريق شد. در هر نمونه، مقدار و نوع مشخصي از مواد فعال سطحي (طبق جدول 2) افزوده و مجددا بـهمـدتmin10 همزده شد و در نهايت با استفاده از افزودن سريع ml 70محلول 25% بازي هيدروكـسيدآمونيوم و افـزايش دور هـمزن، pH محلول به 11 رسانيده شد. بهمحض افزودن باز، رنگ محلول سياه رنگ شد. بعد از گذشـت زمـان لازم جهـت بـه هـم زدن محلول و يكنواختي آن، عمل همزدن متوقف و رسوب سياه حاصل به روش تهنشيني به كمك آهنربا از محلـول جـدا و محلـولباقيمانده از آن سرريز شد. براي جداكردن كامل آمونياك و پايين آوردنpH به حدود 7 عمليات شستشو چندين بار با آب مقطرتكرار شد و در نهايت به منظور پراكنده كردن ذرات در سيال (آب) رسوب بهدست آمده در مقدار cc15 آب دي يونيزه ريخته و به مدت min5 تحت التراسونيك قرار گرفت.
براي بررسي توزيع اندازه ذرات از آناليز تفرق ديناميك ليزري استفاده شد براي اين كار از دستگاه Brookhaven مـدل 90 PLUS بـا دقت اندازهگيري بينnm 6000-1 استفاده گرديد. براي انجام اين آزمون ابتدا نمونهها تا حد لازم براي عبور نـور بـا آب، رقيـق شـد وقبل از اندازهگيري به مدتmin 2-1 توسط همگنساز همگن شدند. براي بررسي پايداري فروسيال از آزمون كدورتسنجي7 اسـتفاده شد. اين آزمون براساس اندازهگيري شدت عبور نور در طولموج مريي از يك سيال كلوئيدي است. براي انجام اين آزمون نمونهها رقيقگرديده و به صورت تابعي از زمان مورد بررسي قرارگرفت. براي انجام اين آزمون از دستگاه مدل HACH-2100AN استفاده شد.
3- نتايج و بحث
شكل 2 آناليز پراش اشعه ايكس رسوب به دست آمده را بدون اعمال سورفكتانت نشان ميدهد. از اين شكل مشخص است كـهبه جز فاز مگنتيت فاز فرعي ديگري مشاهده نميشود. لازم به ذكر است كه ويژگيهاي ابعادي و مورفولوژي ذرات مگنتيـت بـهدست آمده در كارهاي قبلي اعضاي اين گروه مورد سنجش قرار گرفته است [15 و 16] كه براين اساس، ميـانگين انـدازه ذراتطبق آناليز ميكروسكوپ نوري عبوريTEM معادلnm 11 گزارش شده است. از اين رو در اين تحقيق بـا توجـه بـه مـشابهتكامل روش سنتز، از ارايه نتايج آزمون TEM صرفنظر ميشود.

شكل 2- آناليز پراش اشعه ايكس نانو ذرات اكسيد آهن
معيار پايداري فروسيال، دستيابي به كمترين ميانگين اندازه آگلومرهها در نظر گرفته شد و اندازه هيدروديناميكي ذرات با اسـتفادهاز روشDLS در شرايط مختلف بررسي شد. جدول 1 نمونههاي مختلف و شرايط تهيه آنهـا را نـشان مـيدهـد . پـس از آمـادهسازي، وضعيت پايداري در ابتدا به صورت چشمي مورد مقايسه قرار گرفت [17]. اين جدول نشان مي دهد كه تنهـا نمونـه هـاييكه حاوي حدود 22 درصد وزني مواد فعال سطحي بودند نسبت به ساير نمونهها از پايداري بيشتري برخوردارند. همچنين از ايـن جدول نشان ميدهد كه ماده فعال سطحيPCA-2000 با مقدار 22 در صد وزني نـسبت بـه دو مـواد فعـال سـطحي ديگـر درشرايط مختلف دما و زمان سنتز داراي ميانگين اندازه آگلومرههاي كوچكتر و در نتيجه محدوده پايداري گسترده تري است.
جدول 1- آماده سازي نمونه هاي مختلف براي بررسي خواص
وضعيت مقدار مواد فعال سطحي (wt%) نوع مواد فعال سطحي زمان واكنش (min) (ºC) دما نوع محيط نوع باز نمونه


دیدگاهتان را بنویسید