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

ی

1

تابستان

1391

1279732645

چکیده: در این تحقیق نانو ذرات اکسید آهن مگنتیت با استفاده از روش همرسوبی تهیه و پایداری کلوییدی آنها با استفاده از سه نوع ماده فعال سطح پلیمری شانهای1 بر پایه پل ی آکر یلیک اس ید-پلی ات یلن گل یکول آکـریلات در محـیط آبـی مـوردبررسی قرار گرفت. تفاوت مواد فعال سطح شانهای در سه نوع پلی ات یلن گلیکول با وزن ملکولی 1000،2000 و4000 بودکه به بدنه هیدروفوب آکر یلاتی متصل است. تاثیر پارامترهای دما و زمان واکنش بر اندازه ذرات تشکیل شده مطالعه شـد. محدوده دما یی، بین 27 تاºC90 و محدوده زمانی بین 10 تا40 دقیقه انتخاب شد. برای بدست آوردن نانو ذرات مگنتیـت ، کلریدهای آهن دو و سه ظرفیتی با تنظیم pH توسط آمونیاک رسوب داده شد. برای بررسی توز یـع انـدازه ذرات و بررسـی پایداری از روشهای تفرق دینامیک لیزری (DLS) وکدورت سنج ی2 استفاده شد. اتصال سطح ی مواد فعال سطح شـانهای بر رو ی نانو ذرات با استفاده از روشFTIR بررسی شد . نتایج حاصل نشان داد که بسته به نوع فعال سطح شانه ای استفادهشده در محیط آبی، اندازه ذرات متفاوتاست و فعال سطح با شانههای پل ی اتـیلن گل یکـول بـا وزن ملکـولی 2000 بـرایدستیابی به اندازه ذرات کوچکتر و پایداری بهتر، نسبت به دو نوع دیگر مناسبتر است. همچنین مشخص شـد کـه مقـدار22 درصد وزنی از این فعال سطحی، دمای سنتزºC70 و زمان واکنش20 دق یقه، مناسب ترین مقـادیر بـرای دسـتیابی بـهبیشترین پایداری است. در این شرایط، اندازه هیدرو دینامیکی ذرات nm80 به دست آمد.
کلید واژه: فعال سطح پلیمری شانه ای، پایداری، نانو ذرات، اکسید آهن، فرو سیال.
1- مقدمه
فروسیالهای مغناطیسی سوسپانسیونهـایی هـستند کـه در آ نهـا نـانو ذرات مغناطیـسی ماننـد مگنتیـت (4Fe3O)، مگهمیـت (3-Fe2O)، فریتهای نیکل، کبالت و غیره در داخل یک سیال آبی یا آلی بطـور پایـدار پراکنـده شـدهانـد . در ایـن بـین، فـرو سیالهای برپایه مگنتیت و مگهمیت بهدلیل ویژگیهای مغناطیسی و زیست سازگاری مورد توجه بیشتری قـرار گرفتـه انـد. ایـنمواد در عکسبرداریMRI ، رسانشدارو، جوهرهای چاپ، آببندی موتورهای بسیار حـساس، انتقـال حـرارت و غیـره اسـتفادهمی شود [1-7]. رایجترین راه سنتز این ذرات، روش هم رسوبی شیمیایی یونهای نمک آهن دو و سه ظرفیتی در حضور یک باز قوی می باشد [8 و 9]. واکنش تشکیل نانو ذرات، بصورت زیر است:
Fe+2+2Fe++8OH-→Fe3O4+4H2O (1)
طبق این واکنش، برای تولید مگنتیت، نسبت مولی اولیه 2:1 از 2+Fe3+:Fe نیاز است. با توجه به کاربردهای خاص این نـانوذرات، پایدار بودن آنها در محیط های آبی و آلی در کنترل ویژگی های محصولات نهایی نقش ضروری دارد [9]. برای ایجـاد پایـداری در نانو ذرات روش های مختلفی وجود دارد یکی از روش ها، اصلاح سطح ذرات توسط مواد فعال سطحی مختلف است.
مواد فعال سطحی معمولا ترکیبات آلی هستند که دارای گرو ههای آبدوست و آبگریز می باشند. گروه های آبگریز نقش دم و دنباله را دارد و شامل ترکیباتی رادیکال هیدروکربن است وگروههای آبدوست، نقش سر مواد فعـال سـطحی را دارد کـه شـامل فلـزاتقلیایی یا بنیانهای دیگر است. وجود طبیعت دو گانه سبب ویژگیهای خاصی در این مولکولها میشود به طوری که میتواننـددر آب حل شده و در سطح مشترک آب – هوا یا بین دو سطح از دو فاز مختلف تجمع یافته و سبب کاهش کشش سطحی شوند.
یکی از کاربردهای مواد فعال سطحی استفاده از آنها در سوسپانسیونهای کلوییـدی اسـت. از آنجـا کـه در سوسپانـسیون هـایحاوی نانوذرات با کاهش اندازه ذرات، حرکت براونی افزایش مییابد از این رو ذرات شانس زیادی برای نزدیک شدن به یکـدیگرو تشکیل آگلومره دارند. استفاده از مواد فعال سطحی کاتیونی و آنیونی باعث میشود یکی از دوسـر فعـال سـطحهـا بـه کلوئیـدمتصل شده و سر دیگرشان به محلول نزدیک میشود، بنابراین سرهایی که در محلول قرار دارند همنام بوده و سبب دافعـه بـینکلوئیدها میشوند و در نتیجه از تجمع و بهم پیوستن آنها ممانعت میکنند. شکل (1) نحوه پراکندگی نانو ذرات را توسـط جـذبمواد فعال سطحی نشان می دهد [10 و 11]. سازوکار موجود در این رابطه به سازوکار ممانعت فضایی3 معروف است.

شکل 1- شمایی از پراکندگی نانو ذرات در اثر جذب مواد فعال سطحی [12]
با بررسیهایی که ژومان4 و همکارانش [13] انجام دادند مشخص شد که استفاده از دو لایه پوشش مواد فعـال سـطحی بـر رویسطح نانوذرات مگنتیت باعث افزایش میزان پراکندگی میشود. آنها از اولئیکسدیم به عنـوان اولـین پوشـش و سـولفنات بنـزن ددیکیل سدیم 5 به عنوان دومین لایه پوشش مواد فعال سطحی بر روی سطح نانوذرات استفاده کردند. پوشش اولئیکسـدیم بـرروی نانو ذرات مگنتیت باعث شد که شکل ذرات کروی و متوسط اندازه ذرات nm10 شود.

پراکنده کردن نانو ذرات اکسید آهن در سیال های آلی نسبتا راحتتر از سیال های آبی است. از طرفی به دلیل اهمیت کاربردهـایپزشکی و لزوم زیست سازگاری فروسیالها، لازم اسـت کـه ایـن ذرات در محـیط آبـی پراکنـده شـوند. اسـتفاده از مـواد فعـالسطحی های بر پایه پلی اتیلن گلیکول در این راستا مناسب تشخیص داده شده است [14]. با این حال تاکنون گزارشی مبنـی بـراستفاده از فعال سطح پلیمری شانه ای برپایه پلی آکریلیک اسید-پلی اتیلن گلیکول آکریلات گـزارش نـشده اسـت. همچنـین در کارهای مشابه قبلی [15و16] بیشتر بحث سنتز و خواص ریولوژیکی فروسیالهای بر پایه محیط های آلـی مـورد بررسـی قـرارگرفته است . در خصوص پراکندگی نانوذرات اکسید آهن در محیط آبی، اطلاعات چندانی از محققین داخلی منتشر نشده است. در این تحقیق، تاثیر عواملی مانند وزن مولکولی مواد فعال سطحی شانه ای برپایه پلی آکریلیک اسید-پلی اتیلن گلیکول آکریلات بر پراکندگی نانو ذرات مغناطیسی در فرو سیال بر پایه آب مورد بررسی قرار گرفته است.
2- روش کار تجربی
2-1- مواد اولیه
کلریدهای آهن دو (FeCl2.4H2O) و سهظرفیتی (FeCl3.6H2O)، هیدروکسیدآمونیوم (NH4OH)، محصول شرکت Merck وبا خلوص بالاتر از 99%، آب مقطر و نیز سه ماده فعال سطح پلی آکریلیک اسید-پلی اتیلن گلیکول آکریلات بـا شـانههـای پلـی اتیلن گلیکولPCA-2000 ،PCA-1000 وPCA-4000 با نـام هـای اختـصاریPCA-PCA-2000 ،PCA-PCA-1000 وPCA-PCA-4000 ساخت موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ استفاده شد.
2-2- روش ساخت فروسیال
برای تهیه نانوذرات مغناطیسی مگنتیت از روش همرسوبی استفاده شد. ابتدا با حل کردن مقادیر مشخص از نمکهای آهـن (II) و آهن (III) که بهعنوان منابع تولید یونهای آهن (II) و آهن (III) بودند ، محلولهای یک مولار از هر یک از نمکها تهیه شد.
محلولهای حاصل با نسبت وزنی 2:1 از آهن (II): آهن (III) در یک راکتور شیشهای چند دهانه با هم مخلوط شده و با اسـتفادهاز همزن مکانیکی بهمدتmin 5 در دمای انتخاب شده همزده شد . در این مرحله رنـگ محلـول نـارنجی رنـگ بـود. در تمـاممراحل سنتز، برای جلوگیری از اکسید شدن 2+Fe به 3+Fe از اتمسفر خنثی استفاده شد. برای این کار، در تمام مراحل سنتز، گـازنیتروژن به محلول تزریق شد. در هر نمونه، مقدار و نوع مشخصی از مواد فعال سطحی (طبق جدول 2) افزوده و مجددا بـهمـدتmin10 همزده شد و در نهایت با استفاده از افزودن سریع ml 70محلول 25% بازی هیدروکـسیدآمونیوم و افـزایش دور هـمزن، pH محلول به 11 رسانیده شد. بهمحض افزودن باز، رنگ محلول سیاه رنگ شد. بعد از گذشـت زمـان لازم جهـت بـه هـم زدن محلول و یکنواختی آن، عمل همزدن متوقف و رسوب سیاه حاصل به روش تهنشینی به کمک آهنربا از محلـول جـدا و محلـولباقیمانده از آن سرریز شد. برای جداکردن کامل آمونیاک و پایین آوردنpH به حدود 7 عملیات شستشو چندین بار با آب مقطرتکرار شد و در نهایت به منظور پراکنده کردن ذرات در سیال (آب) رسوب بهدست آمده در مقدار cc15 آب دی یونیزه ریخته و به مدت min5 تحت التراسونیک قرار گرفت.
برای بررسی توزیع اندازه ذرات از آنالیز تفرق دینامیک لیزری استفاده شد برای این کار از دستگاه Brookhaven مـدل 90 PLUS بـا دقت اندازهگیری بینnm 6000-1 استفاده گردید. برای انجام این آزمون ابتدا نمونهها تا حد لازم برای عبور نـور بـا آب، رقیـق شـد وقبل از اندازهگیری به مدتmin 2-1 توسط همگنساز همگن شدند. برای بررسی پایداری فروسیال از آزمون کدورتسنجی7 اسـتفاده شد. این آزمون براساس اندازهگیری شدت عبور نور در طولموج مریی از یک سیال کلوئیدی است. برای انجام این آزمون نمونهها رقیقگردیده و به صورت تابعی از زمان مورد بررسی قرارگرفت. برای انجام این آزمون از دستگاه مدل HACH-2100AN استفاده شد.
3- نتایج و بحث
شکل 2 آنالیز پراش اشعه ایکس رسوب به دست آمده را بدون اعمال سورفکتانت نشان میدهد. از این شکل مشخص است کـهبه جز فاز مگنتیت فاز فرعی دیگری مشاهده نمیشود. لازم به ذکر است که ویژگیهای ابعادی و مورفولوژی ذرات مگنتیـت بـهدست آمده در کارهای قبلی اعضای این گروه مورد سنجش قرار گرفته است [15 و 16] که براین اساس، میـانگین انـدازه ذراتطبق آنالیز میکروسکوپ نوری عبوریTEM معادلnm 11 گزارش شده است. از این رو در این تحقیق بـا توجـه بـه مـشابهتکامل روش سنتز، از ارایه نتایج آزمون TEM صرفنظر میشود.

شکل 2- آنالیز پراش اشعه ایکس نانو ذرات اکسید آهن
معیار پایداری فروسیال، دستیابی به کمترین میانگین اندازه آگلومرهها در نظر گرفته شد و اندازه هیدرودینامیکی ذرات با اسـتفادهاز روشDLS در شرایط مختلف بررسی شد. جدول 1 نمونههای مختلف و شرایط تهیه آنهـا را نـشان مـیدهـد . پـس از آمـادهسازی، وضعیت پایداری در ابتدا به صورت چشمی مورد مقایسه قرار گرفت [17]. این جدول نشان می دهد که تنهـا نمونـه هـاییکه حاوی حدود 22 درصد وزنی مواد فعال سطحی بودند نسبت به سایر نمونهها از پایداری بیشتری برخوردارند. همچنین از ایـن جدول نشان میدهد که ماده فعال سطحیPCA-2000 با مقدار 22 در صد وزنی نـسبت بـه دو مـواد فعـال سـطحی دیگـر درشرایط مختلف دما و زمان سنتز دارای میانگین اندازه آگلومرههای کوچکتر و در نتیجه محدوده پایداری گسترده تری است.
جدول 1- آماده سازی نمونه های مختلف برای بررسی خواص
وضعیت مقدار مواد فعال سطحی (wt%) نوع مواد فعال سطحی زمان واکنش (min) (ºC) دما نوع محیط نوع باز نمونه

  • 1

پاسخ دهید