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].
از معايب اين روش سنتزي اين است كه pH مخلوط واكنش بايد در هر دو مرحله سنتز و خالص سازي تنظيم و كنترل شود. همچنين به دليل نسبت بزرگ مساحت سطح به حجم، نانوذرات سنتز شده از طريق همرسوبي تمايل به تجمع در محلول دارند تا انرژي سطح شان را كاهش دهند [16].

شکل (1-1)، مکانيسم تشکيل نانوذرات مگنتيت از طريق افزودن يك باز به مخلوط يون هاي Fe2+ و +Fe3
1-6- روشهاي مشخصه يابي نانو ذرات
نانو مواد داراي مشخصات متنوعي هستند که براي تعيين هركدام از آنها به ابزار و وسايل دقيقي نياز است. از اين رو تجهيزات و روشهايي شامل آناليز ميكروسكوپي، آناليز ساختاري، روش هاي تعيين اندازه و سطح ويژه ذرات، آناليز پيوندي، آناليز عنصري، روشهاي تعيين ضخامت فيلم و تعداد لايه، روشهاي تعيين خواص فيزيکي و روشهاي جداسازي براي اين منظور مورد استفاده قرار مي گيرد. نتيجه آناليزهاي مذكور به صورت تصوير، طيف و يا گراف است كه اطلاعاتي در مورد ابعاد، شكل، انواع پيوندها و عناصر و مقدار تخلخل ارائه مي دهد [17].
برخي از روشهاي کاربردي عبارتند از :
1- ميكروسكوپي الكترون روبشي4 (SEM)
ميكروسكوپ الكترونيكي روبشي، نوعي ميكروسكوپ الكترونيكي است كه در آن تصوير بيشتر بر اساس الكترون شكل ميگيرد. اين سيستم به منظور مطالعه مستقيم سطوح جامدات طراحي شده است.
2- ميكروسكوپي الكترون عبوري5TEM) )
اين روش اندازه و شكل ذرات را با دقت حدود چند دهم نانومتر به دست مي‌دهد كه به نوع ماده و دستگاه مورد استفاده بستگي دارد .
3- پراش اشعه ايكس6 (XRD)
در روش XRD اندازه ذرات را مي توان از يك پيك در الگويXRD و با استفاده از رابطه شرر7 تعيين کرد[18]:
(1-1)
4- تعيين تعداد لايه هاي پوشاننده سطح
تجزيه وزن سنجي حرارتي (TGA)8 تكنيك مناسبي براي اثبات قرار داشتن پوشش روي سطح نانو ذراتي است كه با پليمر‌ها و يا مواد فعال سطحي پوشش داده شده‌اند. به ازاي هر لايه پوشش، يك مرحله كاهش وزن را در نمودار TGA مربوطه مشاهده خواهيم کرد.
5- اندازه‌گيري بار سطحي نانو ذرات
از دستگاه زتاسايزر9براي اندازه‌گيري بار سطحي نانو ذرات در شرايط مختلف استفاده مي‌شود. از روي اطلاعات حاصل از اين دستگاه مي‌توان فهميد كه بار سطحي با تغيير pH و يا افزودن مواد فعال سطحي چه تغييري مي‌كند [18].
1-7- محافظت و پايدار كردن نانو ذرات مغناطيسي
محافظت و پايدار نگه داشتن نانو ذرات براي مدت طولاني بدون اين كه تجمع و رسوب كردني رخ دهد، يكي از مهمترين مسايل در اين زمينه مي‌باشد. نانو ذرات مغناطيسي همانند ديگر نانو ذرات از انرژي سطح بالايي نسبت به حجم‌ شان برخوردارند. به علاوه، برهم‌كنش‌هاي مغناطيسي قوي ميان نانو ذرات مغناطيسي برقرار است. اثرات مغناطيسي اضافي اين ذرات، آنها را بيشتر از ديگر نانو ذرات مستعد تجمع كنترل نشده تحت شرايط معمول سنتز مي‌كند[20،19].
در پايدار كردن اين مواد مي‌توان از دو استراتژي کلي استفاده کرد [21]:
1- دافعه فضايي
2- دافعه الكتروستاتيك
پوشش ذرات با تركيبات يوني دافعه‌هاي الكترو ستاتيكي را وقتي كه دو ذره به هم نزديك مي‌شوند افزايش مي‌‌دهد. به اين طريق از به هم پيوستن ذرات جلوگيري ميشود. اما پوشش با مولكول‌هاي بزرگ از قبيل مواد فعال‌ سطحي (سورفکتانتها) و پليمر‌ها با زنجير‌هاي بلند هيدرو كربني، با ايجاد دافعهي فضايي از به هم پيوستن ذرات جلوگيري ميکنند[23،22]. راههاي بسيار زيادي براي پايدار کردن اين نانوذرات گزارش شده است که مهمترين آنها عبارتست از :
الف ) پايدار کردن به کمک مونومرها با گروهاي عاملي متفاوت[24]
پوششدار کردن به کمک مونومرها با گروهاي عاملي متفاوت، براي پايدار کردن اين نوع نانو ذرات مورد مطالعه گرفته است. براي اين کار مهمترين مونومرهايي را که داراي گروهاي عاملي فسفات و کربوکسيلات بودند مورد مطالعه قراردادند.
ب) پايدار کردن به کمک پليمرها و مواد فعال سطحي [32-25]
انواع مختلفي از پليمرها براي پايدار کردن اين نانو ذرات به کار رفته اند. ميتوان پوشش دار کردن را در طول يا بعد از سنتز به منظور جلوگيري از تجمع ذرات استفاه کرد. در کل، پليمر‌ها مي‌توانند با اتصال شيميايي يا جذب فيزيكي روي سطح نانو ذرات مغناطيسي قرار گيرند و توازني را بين نيرو‌هاي دافعه و نيرو‌هاي جاذبه مغناطيسي و واندروالسي كه روي نانو ذرات عمل ‌مي‌كند را ايجاد مي‌كنند. پليمرهايي كه حاوي گروه‌هاي عاملي از قبيبل كربو كسيليك اسيد، فسفات‌ها و سولفات‌ها باشند مي‌توانند به سطح نانو ذرات آهن متصل شوند. سورفکتانتهاي مختلفي از قبيل سديم اولئات، دو دسيل آمين و سديم كربوكسي متيل سلولز معمولاً براي افزايش پراكندگي نانوذرات در محيط هاي آبي به كار ميروند.
ج) پايدار کردن به وسيله ي فلزات گران بها [33]
در اين روش سطح نانو ذرات به کمک فلزات گران بهائي که مي‌توانند با گروه هاي عاملي برهمکنش نشان دهند پوشش داده ميشود. براي مثال در بسياري موارد نانو ذرات مغناطيسي را با طلا پوشش مي‌دهند، زيرا سطح طلا مي‌تواند با گروه‌هاي تيول برهمکنش بسيار شديد نشان دهد. اين امر به ويژه در جدا سازي آمينو اسيدهاي گوگرد دار و کاربرد هاي بيوشيميايي ديگر خيلي اهميت دارد.
د) پايدار کردن به وسيلهي سيليکا [35،34]
قشر سيليكايي نه تنها هسته مغناطيسي را محافظت مي‌كند بلكه مي‌تواند از تماس مستقيم هسته مغناطيسي با معرف‌هاي اضافي متصل شده به سطح سيليكا جلوگيري کند و مانع از انجام برهمكنش‌هاي ناخواسته ‌شود. سطح اكسيد آهن تمايل زيادي به سيليكا دارد و به هيچ اقدام اوليه‌اي براي افزايش ترسيب و چسبيدن سيليكا به سطح نياز نيست. به علت وجود بار‌هاي منفي روي قشر سيليكايي، نانو ذرات مغناطيسي پوشيده شده با سيليكا بدون نياز به اضافه كردن عامل اضافي براي پايدار كردن به راحتي در آب پراكنده مي‌شوند.

شکل(1-2)، شمايي از پايدار کردن نانوذرات مغناطيسي وعامل دار کردن سطح آنها
1-8- استفاده از نانو ذرات مغناطيسي به عنوان فاز جامد
استخراج فاز جامد روشي است که در آن آناليت از فاز گازي ،سيال ويا فاز مايع به فاز جامد انتقال مي‌يابد]36[ . هدف اصلي در استخراج فاز جامد حذف، پيش تغليظ، و يا انتقال ماده از يک ماتريکس پيچيده به حلال هاي مختلف باشد]38،37[ . به طور کلي روش SPE را در چهار مرحله مي توان دسته بندي کرد:
1-آماده سازي10: قبل از اينکه آناليت بوسيله فاز ساکن جذب شود، بايد بستر جذب آماده شود و با محلول حاوي نمونه سازگار گردد. براي مثال، در استخراج مواد آبگريز از يک محيط آبي، واضح است که بايد بين فاز غير قطبي و محلول قطبي تماس نزديکي برقرار شود. بدون انجام عمليات مقدماتي، مايع قطبي در کانال هاي کوچکي در سراسر فاز جامد بدون تماس لازم جاري ميشوند.
2- تماس فاز جامد با نمونه : با عبور نمونه از روي جاذب، آناليت بر روي جاذب نگهداري ميشود. هرچه سايز ذرات بکار رفته براي جذب سطحي کوچکتر باشد سطح قابل دسترس براي نمونه بيشتر و کارايي آن بيشتر است. البته بايد سرعت عبور جريان هم در نظر بگيريم که هر چه سايز ذرات کوچکتر باشد سرعت عبور نمونه کمتر ميشود و بنابراين لازم است يک بهينه سازي انجام شود.
3-شستن فاز جامد با حلالي با قدرت شويندگي پايين جهت حذف ترکيبات اضافي که ممکن است روي فاز جامد باقي مانده باشند (بدون خارج سازي آناليت)، در اين مرحله مواد مزاحم نگهداري شده در فاز جامد توسط شستشو با حلال مناسب زدوده ميشوند.
4-خارج سازي آناليت از بستر فاز جامد با استفاده از حلال مناسب ]39[ : در اين مرحله گونههاي مورد اندازهگيري جذب شده از استخراج کننده جامد خارج و به فاز مايعي برميگردند که براي اندازهگيري تجزيه‌اي مناسب است [40].
توزيع آناليت بين فاز آبي وفاز جامد بر پايه جذب، تعويض يوني ، زوج يون و يا تشکيل کمپلکس مي باشد]39[ . نانو ذرات در مقايسه با ذراتي که قبلا در استخراج با فاز جامد استفاده مي‌شدند، به طور قابل ملاحظه‌اي نسبت سطح به حجم بالايي دارند كه ظرفيت استخراج و راندمان خيلي بزرگتري را فراهم مي‌كند. يکي ديگر از مزاياي نانو ذرات اين است كه سطح آنها مي‌تواند به سادگي اصلاح شود و امكان استخراج گزينشي را دارا هستند. يکي ديگر از دلايل عمده توسعه نانو ذرات مغناطيسي به عنوان جاذب، قابليت جداسازي نانو ذرات مغناطيسي به وسيله ميدان خارجي خارجي مي‌باشد. ازجمله مهمترين خصوصيات يک فاز جامد مي توان به پايداري در گستره وسيعي از pH، گزينش پذيري، ظرفيت بالاجذب، سريع بودن مکانيسم جذب و واجذب، پايداري شميايي و مکانيکي در شرايط دمايي و فشاري مختلف اشاره کرد]39[ .

شکل (1-3)، شمايي از از فرايند جداسازي با استفاده از نانو ذرات مغناطيسي آهن
1-9- مكانيسم برهم كنش آناليت – جاذب
براي طراحي يك روش استخراج در فاز جامد با استفاده از يك جاذب مناسب، بايد ويژگيهاي آناليت، بافت آن و همچنين مكانيسم برهم كنش بين آناليت، بافت و جاذب را به دقت بررسي نمود. نيروهاي متفاوت بين اتمها و مولكولها، بر هم كنشهاي متفاوتي را بين آناليت و جاذب ايجاد ميكند كه ميتوان به موارد زير اشاره نمود [41].
1- بر هم كنشهاي غير قطبي
2- برهم كنشهاي قطبي
3- فرايندهاي تبادل يون11
4- پيوند كووالانسي
5- پيوندهاي كورديناسيون
6- پيوندهاي واندروالسي
با تغيير مكانيسم هاي برهم كنش، نوع پيوند، انرژي براي استخراج تغيير ميكند و هر چه ماهيت برهم كنش قطبي تر شود، انرژي مورد نياز بيشتر مي شود.
1-10- فلزات سنگين و اهميت زيست محيطي آنها
در جدول تناوبي به آن تعداد از عناصر که وزن اتمي بالائي بين 6/200 – 5/63 داشته و در درجه حرارت اتاق خاصيت فلزي دارند فلز سنگين اطلاق مي شود. بر اساس اين تعارف فلزاتي در جدول تناوبي که دانسيته بيشتر از 5 دارند به عنوان فلزات سنگين تعريف شده اند[42]. اين عناصر ترکيبات طبيعي پوسته زمين هستند که امکان تجزيه و تخريب آنها وجود ندارد و در طبيعت به صورت عناصر خالص، اکسيدهاي فلزي و يا سولفيدهاي فلزي ديده ميشوند. آلودگي آب و محيط زيست يک موضوع مهم زيست محيطي است. فلزات سنگين بصورت روزانه از واحدهاي صنعتي مختلف وارد محيط زيست ميشوند. فلزات سنگين دراثرحل شدن درآب به راحتي اکسيد ميشوند. چون فلزات سنگين به طورگسترده درمحيط زيست توزيع شده اند بنابرين به راحتي وارد چرخه غذايي ميشوند[44,43].
اين فلزات به صورت طبيعي ازمحيط زيست خارج نميشوند از اينرو حذف آنها از اهميت قابل توجهي برخورداراست، بعضي از فلزات در مقادير كم براي بدن انسان نياز مي باشد، بنابراين اندازهگيري مقاديرکم فلزات درمحيط زيست بسيارمهم است[43]. با توجه به اثر مخرب فلزات سنگين هنوز حذف فلزات سنگين از سيستم هاي آبي با کارايي بالا، از اهميت ويژه اي برخوردار مي باشد.
فلزاتي از قبيل کادميوم، جيوه، نقره، سرب از جمله فلزات خطرناکي هستندکه در محيط

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید