– 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