1

تابستان

1391

1279732645

چكيده: در اين تحق يق سل هاي پا يدار تيتانياي مزوساختار با استفاده از قالب گ يرهـاي نـرم ما يـسل هـا ي كـوپل يمر بلـوك ي P123 و به كارگيري هم زمان هيدروليز كنترل شده پيش ماده تيتـانيم ايزوپروپوكـسايد(TTIP) در محـيط الكلـي سـنتزشدند. به منظور بررسي تاث ير افزودن ي هگزان بر ويژگي هاي س لو تجمع هاي يونيمرهاي P123، از دو نسبت مـولي هگـزانبهP123 معادل60 و240 نيز در تركيب سل استفاده گرديد. اثر عوامل فرايندي مانند مرحله افـزودن هگـزان بـه سـل وزمان پيرسازي آن در دماي ºC50 (در زمانهاي 1 روز و14 روز )، علاوه بـر نـسبت مـولي هگزانبـر توز يـع انـدازه ذ رات و خوشه هاي تشك يل شده به وسيله تكن يك پراكندگ ي نور ديناميك (DLS) مورد مطالعه قـرار گرفـت. بررسـ ي منحنـي هـا ي DLS مربوط به اثر مرحله افزودن هگزان نشان داد كه بهترين نتا يج ازلحاظ بزرگ تر شدن انـدازه خوشـههـا ي يـونيمري پليمر و پيوستن دوتا يي ها بهيكديگر و تشكيل ما يسل، با افزودن هگزان به محلول حاوي پيش ماده تيتانيمي در مقايسه بـاافزودن آن به محلول پليمري P123 يا پس از تكميل هيدروليز به دست مي آيد.
مقايسه منحن ي هاي حاصل از آناليز سل بدون هگزان با سلهاي محتو ي هگزان در هر دو نـسبت مـولي نـشان داد كـه درحضور هگزان، توزيع اندازه خوشه هاي يونيمري ايجاد شده به اندازههاي كوچك تر انتقاليافته است؛ به نحوي كه افزودنـ ي هگزان با نسبت مولي 240 از اتصال و مجتمع شدنيونيمرها به شكل مايسل ممانعت نمود. اگرچه در نسبت مـولي 60 درمقايسه با نسبت مولي 240، وضع يت متفاوت ي به لحاظ تشكيل خوشه هاي يونيمري ايجاد شد و توزيع اندازه اجزا بـه انـدازهمايسل ها رس يد. همچنين بررس ي منحن ي هاي حاصل از آناليزDLS نشان داد كه زمان پيرسازي 14 روزدر نسبت مولي 60 موجب تشكيل مايسل هايي با توزيع اندازه يكنواخت nm19 گرديده است.
كليد واژه: سل تيتانيا، يونيمر، مايسل، مزوتخلخل، عامل متورم كننده.
1- مقدمه
امروزه تاثير مخرب سوختهاي فسيلي بر آلودگي محيط زيست و گرم شدن كره زمين بـه چالـشي جهـاني تبـديل شـده اسـت.
آلودگي هوا و اثرات مخرب آن روي موجودات زنده و نيز ورود آلايندههاي گوناگون سمي بـه آب هـاي سـطحي و زيـر سـطحيعلاوه بر هزينههاي بالاي تصفيه آن، تهديدهايي جدي براي حيات در آينده نزديك هستند [1] و [2]. ايـن معـضلات الـزام بـهكارگيري منابع جديد انرژي و نيز فرايندهايي را كه با هزينه كم تر بتوانند آب و هوا را تصفيه نمايند، اولويت بخشيده است. يكـياز فرايندهايي كه امروزه براي تصفيه آب و هوا به عنـوان روش جـايگزين مـورد توجـه قـرار گرفتـه اسـت، اسـتفاده از ويژگـي فوتوكاتاليستي برخي نيمه هاديهاست. اين پديده براي اولين بار توسط فوجيـشيما1 در سـال 1972 هنگـام كـار بـا دي اكـسيدتيتانيم كشف شد. تيتانيا كه نيمه هادي نوعn با نوار ممنوعه پهن (eV 2/3~) مي باشد، قادر است در نور فرابنفش از خود ويژگيمذكور را نشان دهد؛ به اين معني كه با برخورد نور فرابنفش به اين ماده جفتهاي الكترون – حفره در سـاختار نـواري آن ايجـادمي شوند كه اين حاملان بار با نفوذ به سطح نيمـه هـادي قـادر خواهنـد بـود بـا مولكـول هـاي آب و اكـسيژن تركيـب شـده و راديكالهاي آزادي را شكل دهند. راديكالهاي فعال توليد شده ميتوانند آلايندههاي موجود در محيط را به مولكـولهـاي آب ودي اكسيد كربن طي واكنش هاي زنجيره اي تبديل نمايند. [3]
عوامل مختلفي مانند نوع فاز بلورين، ميزان بلورينگي و مساحت سطح براي افزايش كارايي تيتانيا در كاربردهـاي فوتوكاتاليـستيموثر است [4]. برپايه تحقيقاتي كه تا به حال صورت گرفته است، سنتز دي اكسيد تيتانيم مزومتخلخل راه حلـي بـراي افـزايشمساحت سطح در كنار قابليت دسترسي به فضاي دروني تخلخلها و چارچوب بلورين اين نيمه هادي مورد توجه بودهاست [5] و [6]. مواد مزومتخلخل نسل جديدي از مواد متخلخل هستندكه كانال ها و تخلخل هاي آنها در محدوده nm50-2 مي باشـد [7].
به منظور دسترسي به سطح ويژه بالا در سنتز مواد مزومتخلخل، از روش قالبگيري نرم اسـتفاده مـي شـود. در ايـن روش ابتـدامحلولي از سرفكتانت مورد نظر در حلال آبدوست با غلظتي بيش از غلظت بحراني مايسلي شدن تهيه ميگردد. در چنين حالتي كرههايي متشكل از مولكولهاي سرفكتانت ايجاد ميشوند كه در آنها سرهاي آبدوست سطح كـره را شـكل داده و دم هـا آبگريز داخل آن قرار گرفتهاند. به اين تجمعات ترجيحي مايسل گفته ميشود. چنان چه هم زمان با اين شكل گيري بتـوان پـيشماده غير آلي را نيز به سر مولكولهاي سرفكتانت از طريق هيدروليز و تـراكم متـصل نمـود، در نهايـت و پـس از خـارج كـردن مايسلها، به ساختاري دست يافته ميشود كه در آن مزوتخلخلهاي متعددي به وجود آمده و ديواره آنها را چارچوبهـاي غيـرآلي تشكيل داده است [8]. در مورد تيتانيا، اندازه مزوتخلخلهايي كه تا به حال سنتز شده اسـت، در نهايـت بـه حـدودnm 7-6 رسيده است [9]. زيرا قطر حفرات محدود به اندازه مايسل ها است؛ گرچه با استفاده از كوپليمرهاي بلوكي با زنجيره هـاي بلنـد تـاحدي امكان افزايش اندازه تخلخلها ميسر ميگردد، اما اين افزايش معمـولا محـدود اسـت [8]. علـت نيـاز بـه افـزايش انـدازهمزوتخلخل ها اين است كه براي ايجاد پاسخ نور مرئي در تيتانيا علاوه بر نور فرابنفش، نياز به افزودني هايي مانند نيمه هادي هاي ديگر با نوار ممنوعه باريكتر است [10]. چنان چه اندازه مزوتخلخل هاي كوچك باشد، با ايجـاد اولـين لايـه از ايـن مـواد رويسطح آنها، تخلخلها بسته شده و سطح ويژه به ميزان چشم گيري كاهش خواهد يافت [11] و [12]. امروزه با استفاده از مـوادآب گريز كه به عوامل متورم كننده معروفند، محققان توانسته اند قطر تخلخل هاي سيليكاي مزومتخلخل را افزايش دهنـد. يـك عامل متورم كننده مادهاي غير قطبي است كه وارد هسته آب گريز مايسل ها شده و آنها را بزرگ مي كند. در نتيجه اندازه تخلخلمحصول نهايي افزايش مييابد [13] و [14]. در سال 1998 ژائو و همكارنش توانستند اندازه تخلخـلهـاي SBA-15 كـه يـكسيليكاي مزومتخلخل منظم با تخلخلهاي هگزاگونالي سيلندري است را با استفاده از يك عامل متورم كننده شـيميايي از 5 تـاnm30 تغيير دهند، اما در اين بينSBA-15 به فوم مزومتخلخل ((MCF تبديل شد كه در آن هيچ اثري از نظـم تخلخـل هـاوجود نداشت [13]. از آن پس سيليكاي مزومتخلخل فومي توجه بسياري از محققان را به دليل سطح ويـژه بـسيار بـالا و انـدازه تخلخلهاي بزرگ به خود جلب كردند و از آن ها براي ميزباني ديگر مواد و افزودني ها و عوامل شيميايي استفاده شد؛ اما با توجـهبه مطالعات صورت گرفته، تا به حال براي افزايش اندازه تخلخل هاي تيتانياي مزومتخلخل از اين روش استفاده نشده است.
براي رسيدن به ساختار فومي مزوتخلخلها و افزايش انـدازه آن هـا در سيـستم تيتانيـا، قـدم اول سـنتز سـلي اسـت كـه در آن مايسل هاي پليمري در حضور عامل متورم كننده شكل گرفته باشند و اندازه آنها نيز در مقايسه با سل بـدون افزودنـي افـزايشيافته باشد. بنابراين در تحقيق حاضر تلاش گرديد تا تاثير افزودن عامل متورم كننده هگزان بر سل تيتانياي مزوساختار و تجمـعيونيمرهاي كوپليمري از جهت توزيع اندازه با روش پراكندگي نور ديناميك (DLS) مورد مطالعه قرار گيرد.
2- فعاليتهاي تجربي
2-1- مواد اوليه
تيتانيم تترا ايزوپروپوكسايد (TTIP) با خلوص 98%،n – هگزان (3CH3(CH2)4CH) با خلوص %95، اتانول به عنوان حـلال(EtOH) با خلوص %9/99، استيل استون(AcAc) و اسيد هيدروكلريك خالص (HCl) از شركت مرك خريداري شدند. كوپليمربلـوكي P123 با وزن مولكولي ميانگين g/mol5800 كه به شكل 20PO70 EO20EO نيز شناخته ميشود، از شركت سيگما آلدريچ تهيه شد.
2-2- سنتز سل
ابتدا محلولي ازP123 و اتانول با غلظتي بيش تر از غلظت بحرانـي مايـسلي شـدن (P123 (CMC آمـاده شـد و سـپس سـليمتشكل ازTTIP و AcAc در محيط اتانول تهيه گرديد. پس از آن محلول دوم به محلول اول اضافه شد و به مدت 2 ساعت دردماي محيط بر روي همزن مغناطيسي قرار گرفت تا اجزا كاملا مخلوط گردند. نسبت مولي اجزاي مخلوط شده در سـل بـه ايـنترتيب بود: TTIP: P123: AcAc: H2O: EtOH = 1: 0/058: 0/75: 1: 42. براي بررسي تـاثير ميـزان هگـزان، دو نـسبتمولي n-Hexane/P123 (H/P) برابر با 60 و 240 در نظر گرفته شد. به منظور بررسي اثر مرحله افـزودن هگـزان بـه سـل بـرنحوه شكل گيري مايسل ها، براي نسبت مولي 240H/P= سه حالت در نظر گرفته شد. در حالت اول هگزان بـه محلـول شـماره(1) يعني محلول حاوي اتانول وP123 اضافه شد، در حالت دوم هگـزان بـه محلـول شـماره (2) (متـشكل ازAcAc ،TTIP و اتانول) افزوده شد. در مورد سوم نيز اين افزودني پس از ريختن دو محلول (1) و (2) روي هم و هنگام هم خوردن آن هـا اضـافهگرديد. لازم به ذكر است كه براي نسبت مولي 60H/P= از روش دوم يعني اضافه كردن هگـزان بـه محلـولAcAc ،TTIP و اتانول استفاده شد. پس از آن واكنش هيدروليز توسط مخلوط آب وpH=0/5) HCl ) انجـام پـذيرفت. بعـد از تنظـيمpH ، سـلبدست آمده به مدت 3 ساعت در دماي محيط بر روي همزن مغناطيسي قرار گرفت. به منظور ارزيابي تاثير زمان پيرسازي نيز دوزمان 1 و 14 روز و دماي C˚50 در نظر گرفته شد.
سلهاي تهيه شده در اين تحقيق به منظور مطالعه تشكيل مايسلها و بررسي شرايط آنها تحت آناليز پراكندگي نـور ديناميـك (DLS) قرار گرفتند. براي انجام آناليز از دستگاه MALVERN Nano ZS90 در دماي C˚20 استفاده شـد. نمونـههـاي آمـادهشده طبق جدول 1 كدگذاري شدند.

جدول 1- كد گذار ي سل هاي سنتز شده
توضيح شرايط آماده سازي كد نمونه
سل بدون هگزان، زمان پيرسازي 1 روز 0-1D
سل بدون هگزان، زمان پيرسازي 14 روز 0-14D
سل با نسبت مولي 240=H/P و زمان پير سازي 1 روز- هگزان در محلول اتانول و P123 240-1D-A
سل با نسبت مولي 240=H/P و زمان پير سازي 1 روز- هگزان در محلول TTIP،
AcAc و اتانول 240-1D يا 240-1D-B
سل با نسبت مولي 240=H/P و زمان پير سازي 1 روز- هگزان در مخلوط دو محلول فوق 240-1D-C
نسبت مولي 240=H/P، زمان پيرسازي 14 روز 240-14D
نسبت مولي 60=H/P، زمان پيرسازي 1 روز 60-1D
نسبت مولي 60=H/P، زمان پيرسازي 14 روز 60-14D

3- نتايج و بحث
3- 1- بررسي منحني هاي سل هاي 240-1D و 0-1D شكل 1 آناليز DLS مربوط به سل هاي دسته 240-1D را نشان مي دهد.

5

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

/
4
nm
4
/
5
nm
4
/
4
nm
1
/
3
nm
2
/
1
nm
9
/
2
nm
7
/
1
nm
5
/
1
nm

5

/

4


دیدگاهتان را بنویسید