کل (3-1-6)، زمان واجذب يون‌هاي فلزي (الف) کادميوم، (ب) نقره، (ج) جيوه و (د) سرب 60
شکل(3-1-7)، نمودار ايزوترمي براي حذف يون هاي فلزي 61
شکل (3-2-1)، مقدار يون فلزي جيوه (II) جذب شده در pH هاي مختلف. 70
شکل (3-2-2)، درصد حذف جيوه(II) در مقادير متفاوت جاذب 71
شکل (3-2-3)، درصد حذف يون‌هاي فلزي جيوه (II)، در زمان‌هاي متفاوت. 72
شکل (3-2-4)، نمودار ايزوترم براي يون فلزي جيوه (II) روي MIPو NIP 73
شکل (3-2-5)، زمان واجذب يون جيوه (II) از سطح جاذب 76
شکل (3-2-6)، بررسي اثر حجم اوليه يون فلزي جيوه (II) در شرايط بهينه 78
شکل (3-2-7)، منحني کاليبراسيون جيوه(II) 79

ح

کليات و مباحث تئوري

1-1-مقدمه
براي نانوذرات تعاريف متعددي ارائه شده است اما به طورخاص نانوذرات داراي قطري بين 1 تا 250 نانومترمي‌باشند، به عبارتي آنها درحوزهاي ما بين اثرات کوانتومي اتمها، مولکولها و خواص مواد توده‌اي قرار مي‌گيرند. موادمختلف دراين مقياس از خود خواص متفاوت و جالبي را بروز مي‌دهند. توانايي ساخت وکنترل ساختار نانوذرات به دانشمندان و مهندسين امکان مي‌دهد خواص حاصله را تغيير داده و بتوانند خواص مطلوب را در مواد طراحي کنند. موارد فوق العاده گسترده‌اي وجود دارند که اندازه فيزيکي ذره مي‌تواند خواص بهبود يافته‌اي را به وجود آورد. مثلاً اندازه کوچک ذرات امکان صيقل دهي ظريفتر سطوح را فراهم مي‌کند. نانوذرات مغناطيسي به دليل داشتن يك سري ويژگي هاي خاص مانند: (1) سهولت سنتز، (2) مساحت سطح به حجم زياد به دليل داشتن ابعاد نانومتري، (3) خاصيت سوپرپارامغناطيسي که باعث ميشود اين ذرات به ميدان مغناطيسي خارجي پاسخ دهند و در غياب ميدان خارجي خاصيت مغناطيسي خود را از دست بدهند، (4) عدم نياز به مراحل فيلتراسيون و سانتريفيوژ کردن در طي فرآيند استخراج، (5) توانايي استخراج از حجم زياد نمونهها مي‌توانند در استخراج و حذف گونه هاي مختلف آلي و معدني به ويژه آلايندههاي محيطي و جداسازي داروها از نمونههاي بيولوژيکي به كار گرفته شوند ] 2,1[. نانوذرات به قدري کوچک هستند که مي‌توان گفت بي‌نظمي چنداني در آنها وجود نداشته و لذا فلزات پرقدرت و بسيار سخت را مي‌توان از آنها توليد کرد. مساحت سطح بالاي آنها نيز سبب توليد کاتاليزور کاراتر و مواد پر انرژي مي‌گردد
1-2- ماهيت مغناطيسي نانوذرات
در مواد مغناطيسى، مولكول‌ها و اتم‌هاي سازنده‌ى آن خاصيت مغناطيسي دارند. به بيان ساده‌تر عناصرى مانند آهن، كبالت، نيكل و آلياژهاي آنها كه توسط آهنربا جذب مي‌گردد، مواد مغناطيسي ناميده مي‌شود. طبقه بندى مواد مغناطيسي براساس پذيرفتارى مغناطيسى(X) (قابليت مغناطيسي شدن ماده) انجام مي‌شود براين اساس مواد را به سه گروه فرومغناطيس، پارامغناطيس و ديامغناطيس دسته بندي مي‌كنند]1[. در مواد ديامغناطيس برايند گشتاور دوقطبي مغناطيسي صفر است و درحضور ميدان مغناطيسى، گشتاور دوقطبي در آنها القا مي‌شود، اما جهت اين دوقطبي هاى القا شده برخلاف جهت ميدان مغناطيسي خارجي است كه باعث مي‌شود ماده‌ي ‌ديامغناطيس از ميدان مغناطيسي دفع شود. با حذف ميدان مغناطيسي خارجى، خاصيت مغناطيسي اين مواد باقي نمي‌ماند. پذيرفتارى مغناطيسي در اين مواد خيلي كم مي‌باشد. تمام گازها (جز اكسيژن)، آب، نقره، طلا، مس، الماس، گرافيت، بيسموت و بسياري ازتركيبهاي آلى ديامغناطيس هستند. در ماده‌ي پارامغناطيس، دوقطبي‌هاى مغناطيسي داراى سمت‌گيرى مشخص و منظمي نيستند، در نتيجه اين مواد خاصيت مغناطيسي ندارند. اگر آنها درون يك ميدان مغناطيسي قرار داده شوند، در راستاي خط‌هاى ميدان مغناطيسي منظم مي‌شوند. با حذف ميدان مغناطيسى، دوقطبي‌هاى مغناطيسي دوباره به سرعت به وضعيت قبلي كه درغياب ميدان داشتند، برمي‌گردند. به اين ترتيب، مواد پارامغناطيس درميدان‌هاى مغناطيسي قوي خاصيت مغناطيسي پيدا مي‌كنند. پذيرفتارى مغناطيسي اين مواد مقدارى مثبت مي‌ باشد. منگنز، پلاتين، آلومينيم، فلزهاى قليايى و قليايي خاكى، اكسيژن و نيترون‌اكسيد پارامغناطيس هستند. مواد فرومغناطيس مانند مواد پارامغناطيس است، با اين تفاوت كه مجموعه‌اى ازدوقطبي‌هاى مغناطيسي در يك جهت و راستا قرار دارند كه خود اين مجموعه‌ها در راستا و جهت‌هاى متفاوتي قرارمي‌گيرند، به طورى كه اثر ميدان يكديگر را خنثى مي‌كنند. به اين مجموعه از دوقطبي‌هاى مغناطيسي كه در يك راستا قرار دارند، حوزه‌ى مغناطيسي مي‌گويند. خاصيت مغناطيسي اين مواد به سرعت تغيير مسير اين حوزه‌ها و قرار گرفتن در جهت ميدان بستگي دارد]3 [. خاصيت مغناطيسي به مقدار بسيار زيادي به اندازه‌‌ي‌ ذره وابسته است. هر ماده‌ي‌ مغناطيس درحالت توده، ازحوزه‌هاي مغناطيسي تشكيل شده‌است. هرحوزه داراى هزاران اتم است كه در آن جهت چرخش الكترونها يكسان وگشتاورهاي مغناطيسي به صورت موازي جهت يافته اند. اماجهت چرخش الكترون‌هاي هرحوزه با حوزه‌هاي ديگر متفاوت است. هرگاه، يك ميدان مغناطيسي بزرگ، تمام حوزه‌هاي مغناطيسي را هم‌ جهت كند، تغيير فاز مغناطيسي رخداده و مغناطيسي شدن به حداشباع ميرسد. هرذره‌اي كه تنها شامل يك حوزه باشد، ميتواند نانوذره به شماررود. نانوذرات مغناطيسي داراي تعداد حوزه‌هاي كمي هستند و مغناطيسي شدن آنها ساده‌تر است. در مواد فرومغناطيس وقتي اندازه‌ي ذره از يك حوزه‌ي مغناطيسيِ منفرد كوچكتر گردد، پديده‌ي ابرپارامغناطيس)متصل نشدن ذرات مغناطيسي در ابعاد نانو در شرايط عادى و حساسيت بالاى آنها به ميدان مغناطيسى(، به وقوع مي‌پيوندد. چون نانوذرات نياز به نيروي زيادي براي مغناطيسي شدن ندارند، خيلي ازحالت طبيعي فاصله نمي‌گيرند و پس از مغناطيسي شدن تمايل چنداني براي ازدست دادن خاصيت مغناطيسي وباز گشت به وضعيت اوليه را ندارند]3[.

1-3- از جمله کاربردهاي نانوذرات ميتوان به موارد زير اشاره کرد:
– ذخيره اطلاعات: نانوذرات مغناطيسي1 با اندازه 2 تا 20 نانومتر مي‌توانند به عنوان ابزاري براي ذخيره اطلاعات در کارت‌هاي مغناطيسي استفاده شوند.

– نانوکامپوزيت‌هاي مغناطيسي: با توزيع و اندازه دانه‌ي مناسب نانوذرات مغناطيسي در بستر مواد پليمري مي‌‌توان نانوکامپوزيت‌هايي با خاصيت مغناطيسي به دست آورد. که کاربرد زيادي را در سنسورها، پوشش‌هاي الکترومغناطيس و مواد جاذب امواج، دارا مي‌‌باشند ]4[.
– فروسيال‌ها(محلول‌هاي مغناطيسي): فروسيال‌ها، محلول‌هايي هستند که در آن نانوذرات مغناطيسي (مانند: آهن و کبالت)، به صورت کلوئيد در مايعي معلق مي‌باشند و به آن خاصيت مغناطيسي مي‌‌بخشند. هر چه اندازه‌ي نانوذرات مغناطيسي کوچک‌تر باشد، محلول خاصيت مغناطيسي بيشتري از خود نشان مي‌دهد. از جمله کاربردهاي فروسيال‌ها مي‌توان به کاربرد آن به عنوان خنک‌ کننده نام برد. هم‌چنين از اين محلول‌ها براي به حرکت در‌آوردن سيال‌ها در تراشه‌ها2 به وسيله‌ي نيروي مغناطيسي استفاده مي‌شود.
-كاربرد نانوذرات مغناطيسي درتشخيص ودرمان بيماريها
الف) گرما درماني مغناطيسى
ب) تصوير برداري تشديد مغناطيسى
گرما درماني يكي از روش‌هاي درمان سرطان است كه براي آسيب رساندن به سلولهاى سرطاني و نابودى آنها، بافت بدن را درمعرض گرماى43 درجه‌ي سانتي‌گراد قرار مي‌دهند نانوذرات مي‌توانند دراثرميدانهاى مغناطيسي متناوب گرما توليدكنند. ميزان گرماى توليد شده بستگي به نوع ذره،خواص مغناطيسي آن و عوامل موثر بر روى ميدان مغناطيسي دارد ]5[.
تصوير برداري تشديد مغناطيسي (MRI)يك ابزارتشخيصي غيرتهاجمي است كه با استفاده از يك ميدان مغناطيسي قوى خارجى، تصاويري دقيق و همراه با جزييات را از ساختارهاى داخل بدن ايجاد مي‌کند. با استفاده از نانوذرات مغناطيسي به خصوص آهن اكسيد، شناسايي بافتهاي آسيب ديده با حساسيت بسيار بالا و با مقداركم مواد تزريقي انجام مي‌شود. اين تصوير بردارى براساس تحريك پروتونهاي هسته‌ي‌‌‌(هيدروژن ) مولكول آب انجام مي‌شود ]6[.
ج) نانوذرات مغناطيسي به عنوان ابزارتشخيصي
يكي از روشهاي تشخيص نانومولكولي، استفاده از نانوذراتي مانند نانوذرات طلا، نانوذرات مغناطيسي و نقاط كوانتمي است، آنها با اتصال به پادتني مناسب براي شناسايي مولكولها و ساختارهاي خاص مورد استفاده قرارمي‌گيرد]6[.
د) دارورساني هدفمند و ژن درمانى
يكي از اهداف فناوري نانو سواركردن داروها بر روي مواد حامل (نانوذره) وسپس فرستادن و رهاكردن آنها به درون سلول هدف است كه به آن دارورساني هدفمند اطلاق مي‌شود. نانوذرات مغناطيسي براى انتقال دارو دركاربردهاي عملي بسيار مورد توجه هستند]6 [.
1-4- نانو ذرات مغناطيسي اکسيد آهن
عنصر آهن به طور طبيعي داراي سه اکسيد طبيعي هماتيت، مگنتيت، و مگهميت ميباشد. هماتيت فراوانترين نوع از اکسيدهاي آهن ميباشد و نسبت به دو نوع ديگر داراي پايداري بيشتري ميباشد. گونههاي ديگر نيز در نهايت به اين گونه تبديل ميشوند.
مگنتيت از لحاظ مغناطيسي، فرو مغناطيس ميباشد و در بين فلزات واسطه بيشترين خاصيت مغناطيسي را دارد. اين اکسيد آهن مشکي رنگ است. در واقع به علت خاصيت مغناطيسي خيلي زياد مگنتيت و افزايش اين خاصيت براي ذراتي با گستره ي شعاعي در حد نانومتر، مطالعات بسيار زيادي در زمينهي سنتز و کاربرد اين ذرات انجام گرفته است]7[.
1-5- روشهاي سنتز نانوذرات مغناطيسي
براي توليد نانو ذرات روش هاي بسيار متنوعي وجود دارد. از جمله روشهاي ميکروامولسيون3[9،8]، روشهاي سل- ژل[10]، روش‌هاي فازگازي[11]، معمولترين روش ساخت نانو ذرات مغناطيسي، روش همرسوبي نمکهاي آهن در محيط قليايي است[13،12]. روش همرسوبي سادهترين و پر بازدهترين روش شيميايي براي بدست آوردن اين ذرات است. همچنين اين روش‌ معمولاً‌ كم هزينه و با بازدهي بالا ميباشد[14]. بنابراين در اين تحقيق از روش همرسوبي نمکهاي آهن در محيط قليايي براي ايجاد ذرات نانو استفاده گرديده تا بتوانيم با نانو ذرات حاصل شده، خالص سازيهاي بهتر، سريع تر و با راندمان بالاتر را ايجاد نماييم.
1-5-1- روش همرسوبي
همرسوبي يك روش ساده و بيدردسر براي سنتز اكسيدهاي آهن (Fe3O4 و -Fe2O3?) از محلولهاي آبي [Fe2+/Fe3+] از طريق افزايش يك باز (قليا) تحت اتمسفر بي‌اثر 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 (قليا) به مخلوط آبي از كلريد آهن II و III در يك نسبت مولي 2:1 تهيه ميشود. رسوب مگنتيت سياه رنگ ميباشد. ميدهد. واكنش كلي به اين صورت نوشته ميشود:
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، تشکيل 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

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید