نانو ذرات اکسید آهن//پایان نامه درمورد نانو ذرات مگهمايت

– نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن

عنصر آهن به طور طبیعی دارای سه اکسید طبیعی هماتیت، مگنتیت، و مگهمیت می­باشد. هماتیت فراوان­ترین نوع از اکسیدهای آهن می­باشد و نسبت به دو نوع دیگر دارای پایداری بیشتری می­باشد. گونه­های دیگر نیز در نهایت به این گونه تبدیل می­شوند.

مگنتیت از لحاظ مغناطیسی، فرو مغناطیس می­باشد و در بین فلزات واسطه بیشترین خاصیت مغناطیسی را دارد. این اکسید آهن مشکی رنگ است. در واقع به علت خاصیت مغناطیسی خیلی زیاد مگنتیت و افزایش این خاصیت برای ذراتی با گستره ی شعاعی در حد نانومتر، مطالعات بسیار زیادی در زمینه­ی سنتز و کاربرد این ذرات انجام گرفته است]7[.

1-5- روش­های سنتز نانوذرات مغناطیسی

برای تولید نانو ذرات روش های بسیار متنوعی وجود دارد. از جمله روش­های میکروامولسیون[1][9،8]، روش­های سل- ژل[10]، روش‌های فازگازی[11]،  معمول­ترین روش ساخت نانو ذرات مغناطیسی، روش هم­رسوبی نمک­های آهن در محيط قليايي است[13،12]. روش هم­رسوبی ساده­ترین و پر بازده­ترین روش شیمیایی برای بدست آوردن این ذرات است. همچنین این روش‌ معمولاً‌ كم هزینه و با بازدهی بالا می­باشد[14]. بنابراین در این تحقیق از روش هم­رسوبی نمک­های آهن در محيط قليايي برای ایجاد ذرات نانو استفاده گردیده تا بتوانیم با نانو ذرات حاصل شده، خالص سازی­های بهتر، سریع تر و با راندمان بالاتر را ایجاد نماییم.

1-5-1- روش همرسوبی

همرسوبي يك روش ساده و بي­دردسر براي سنتز اكسيدهاي آهن (Fe3O4 و -Fe2O3γ) از محلول­هاي آبي [Fe2+/Fe3+] از طريق افزايش يك باز (قلیا) تحت اتمسفر بی‌اثر و در دماي اتاق يا دماهاي بالا مي­باشد. اندازه، شكل و تركيب نانوذرات مغناطيسي توليد شده به ميزان زيادي به نوع نمك­هاي مصرفي (كلرايد، سولفات، نيترات و پركلرات)، نسبت Fe2+/Fe3+، دماي واكنش، pH و قدرت يوني محيط بستگي دارد. با اين روش سنتزي در صورت ثابت بودن شرايط سنتز، كيفيت نانوذرات توليد شده كاملاً تكرار پذير خواهد بود.

معمولاً مگنتيت (Fe3O4) با افزودن يك باز (قلیا) به مخلوط آبي از كلريد آهن II و III در يك نسبت مولي 2:1 تهيه مي­شود. رسوب مگنتيت سياه رنگ مي­باشد. می­دهد. واكنش كلي به اين صورت نوشته می­شود:

Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH                                      Fe3O4 + 4H2O

 

بر طبق ترموديناميك اين واكنش، در نسبت مولي 1 به 2 از Fe2+ به Fe3+ و تحت محيط عاري از اكسيژن رسوب كاملي از Fe3O4، در pH 9 تا 14، تشکیل خواهد شد. در غير اين صورت Fe3O4  حاصل ممكن است به صورت زير اكسيد شود:

Fe3O4 + 0.25O2 +4.5 H2O                     3Fe (OH) 3

 

اين مسأله به ميزان زيادي روي خواص فيزيكي و شيميايي نانوذرات مغناطيسي سنتز شده تأثيرگذار است. براي ممانعت از اكسيداسيون احتمالي ذرات در هوا و همين طور جلوگيري از تجمع آن­ها، نانوذرات سنتز شده معمولاً با مولكول­هاي آلي يا معدني در طول فرآيند پوشيده مي­شوند. براي كنترل سينتيك فرآيند كه شديداً به سرعت اكسايش گونه­هاي آهن بستگي دارد، سنتز ذرات بايد در محيطي عاري از اكسيژن و با عبور دادن گاز نيتروژن از ظرف واكنش انجام شود. عبور گاز نيتروژن از درون محلول نه تنها از اكسايش مگنتيت جلوگيري مي­كند بلكه اندازه ذرات را در مقايسه با روش هاي بدون حذف اكسيژن كاهش مي­دهد [16,15].

[1]Micro emulsion

لینک جزییات بیشتر و دانلود این پایان نامه:

حذف فلزات سنگين از فاضلاب‌هاي صنعتي با استفاده از نانو ذرات مگهمايت اصلاح شده با پليمرهاي سنتزي جديد