– 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