اثر pH بر خواص جذبی نانو ذرات اکسید روی-اکسید کادمیوم برای حذف متیل بلو و متیل اورانژ

الهه خلیلی فرد 1، سید علی حسن زاده تبریزی*2 ، مجتبی نصر اصفهانی3
کارشناس ارشد، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته ، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
دانشیار، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
دانشیار، دانشکده شیمی و علوم پایه، واحد نجف آباد ،دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
*Hassanzadeh@pmt.iaun.ac.ir
)تاریخ دریافت: 31/05/1394، تاریخ پذیرش: 26/06/1394(

چکیده
نانو کامپوزیت ZnO-CdO با استفاده از روش میکروامولسیون آب در روغن سنتز شد .اثر دمای کلسیناسیون بر روی تبدیلات فازی، اندازه کریستال ها و همچنین سطح ویژه نانو کامپوزیت ZnO-CdO تحقیق شد. محصولات سنتز شده توسط آنالیزهای TEM ،SEM ،BET ،XRDو مورد بررسی قرار گرفت. اثر pH بر جذب دو رنگ متیل بلو و متیل اورانژ بررسی شد. نتایج پراش اشعه ایکس نشان داد که نانو کامپوزیت ZnO-CdO با کریستالهای نانومتری شکل گرفته است. ذرات روی-کادمیم سنتز شده در دمای C˚400 بهترین خواص جذب متیل بلو و متیل اورانژ را در محیط اسیدی از خود نشان دادند.

واژه های کلیدی:
ZnO-CdO، میکروامولسیون آب در روغن، نانو ساختار، میکروسکپ الکترونی عبوری، جاذب.

1- مقدمه
در سال های اخیر علاقه به مطالعه ساختارهای اکسید روی شدیداً افزایش یافته است. محور این مطالعات عمدتاً بر روی شکلهای مختلف نانو ساختارها اعم از نانو نوار، نانو فنر و نانو سیم است. با توجه به اینکه اکسید روی نیمه رسانایی با پهنای گاف انرژی 3/3 الکترون ولت و میزان انرژی برانگیختگی 6/0 میلی الکترون ولت است، در لیزر به عنوان ماده اولیه در دمای اتاق یا بالاتر به کار میرود، میتوان گفت اکسید روی غنیترین و متنوعترین ساختارها را دارد و محدوده آن شامل آرایه های نانو سیم، ساختارهای برجی شکل، نانو تسمه، نانو میلهها، نانو فنرها، نانو شانهها و نانو حلقههاست ]1[.
اکسید روی پودری سفید رنگ یا مایل به زرد و دارای شبکه بلوری هگزاگونال است که از سنگ معدن روی به دست میآید؛ این سنگ عمدتاً شامل کربناتها، سیلیکاتها و سولفیدها است. این ماده در ساختار ورتزیت بلورین میشود که یونهای اکسیژن به صورت شبکه هگزاگونالی و یونهای روی نیمی از حفره های چهار وجهی را اشغال میکنند. در این ساختار بلوری، یونهای اکسیژن و روی دارای عدد کئوردیناسیون چهار با بار های مخالف هستند. با توجه به اختلاف در اندازه یونهای موجود در ساختار، این یونها فقط 44 درصد از حجم یک بلور اکسید روی را اشغال میکنند و در نهایت یک فضای بزرگ خالی به وجود میآورند ]1[.
اکسید روی ماده ای با کاربرد مختلف می باشد و استفاده از آن به علت پایداری شیمیایی بالا، ثابت دی الکتریک پایین، ضریب اتصال الکترومکانیک بزرگ و انتقال تابان بالا در سرامیک های دی الکتریک، رنگدانه ها، کاتالیست ها و مواد حساس رواج پیدا کرده است. همچنین نانوذرات اکسید روی با نسبت حجم به سطح بالا، قابلیت جذب اشعه ماورابنفش بالا و عمر کاری طولانی به صورت عمده به عنوان کاتالیست، سنسور گازی ،هیدروژن دار کردن فازی، جاذب های شیمیایی، پر کننده های فعال برای پلاستیک ها و جاذب اشعه ماورابنفش در وسایل آرایشی به کار می روند]2[.
کادمیم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Cd و عدد اتمی 48 قرار گرفته است. کادمیم عنصری نسبتاکًمیاب، نرم، رنگ سفید مایل به آبی و فلز انتقالی سمی می باشد که در سنگ معدن روی وجود داشته و در باطریها به مقدار زیادی مورد استفاده قرار میگیرد. کادمیم فلز دو ظرفیتی است نرم، چکش خوار، انعطاف پذیر و به رنگ سفید مایل به آبی که با چاقو به راحتی بریده میشود. این عنصر از بسیاری جهات شبیه روی است اما کادمیم ترکیبات پیچیده بیشتری به وجود میآورد. معمولیترین حالت اکسیداسیون کادمیم 2+ میباشد، گرچه نمونه های کمیابی از 1+ نیز میتوان پیدا کرد] 3-4[.
تقریباً سه چهارم کادمیم در باطریها استفاده میگردد به خصوص باطریهای Ni-Cd و بیشتر یک سوم باقی مانده عمدتاً جهت رنگها، پوششها، آبکاری به عنوان مواد ثبات بخش پلاستیکها بکار میرود. اکسید کادمیم به علت خواص جذاب آن همچون گاف باند مستیم 3/2 الکترون ولت است. این ماده به طور گستردهای در کاربردهایی همچون آمادهسازی حمامهایپوشش کادمیمی و ساخت رنگدانه های رنگ مورد استفاده قرار میگیرد ]3و5-6[.
نانوکامپوزیتها شامل ترکیب ذرات در حوزه مولکولی یا نانو در زمینه پلیمری، فلزی یا سرامیکی میباشد. در همه موارد مشاهده میشود که مقدار نانو ذرات در این زمینهها میتواند به طور کامل خواص این مواد را تغییر دهد. این ذرات به عنوان تقویت کننده زمینه و همچنین تغییر دهنده رفتار الکتریکی مواد پایه به کار میروند. با جفت کردن دو نوع نیمه هادی میتوان یک نیمه هادی جدید به دست آورد. اگر دو نیمه هادی سطوح فرمی و ساختار الکترونی متفاوت داشته باشند، تأثیر زیادی بر عملکرد دینامیکی حاملهای بار تولید شده دارند]7[. وصل کردن دو نیمه هادی به یکدیگر باند شکاف را کاهش میدهد ]8[.
با پیشرفت فناوری در سالهای اخیر سنتز نانو کامپوزیتهای مختلف بر پایه اکسیدهای نیم رسانا افزایش یافته است. در این زمینه توجه به لایه نازک اکسیدهای نیم رسانای شفاف بر پایه اکسید روی )ZnO( و اکسید کادمیم )CdO(که به طور گسترده در ساخت قطعات مانند سلولهای خورشیدی، بازتاب دهنده های گرمایی و…افزایش یافته است. اتصال دو نیمه هادی اکسیدی مختلف میتواند موجب کاهش در باند شکاف، افزایش ناحیه جذب در طیف مرئی در اثر ایجاد جفت الکترون-حفره تحت پرتوافکنی و در نتیجه رسیدن به فعالیت فوتوکاتالیستی زیادی شود. از آنجایی که ZnO دارای باند شکاف بالا و در حدود eV2/3 میباشد میتوان با افزودن CdO با باند شکاف eV 5 /2 انرژی باند شکاف را کاهش داد و به دنبال آن به خواص فوتوکاتالیستی مطلوبی دست یافت ]8[. همچنین کاربرد دیگر این اتصال دو نیمه هادی را می توان ایجاد سنسور گازی بیان کرد]9[.
هدف از این تحقیق بررسی اثر افزودن اکسید کادمیوم بر خواص جذب نانوذرات اکسید روی تولید شده به روش روش میکروامولسیون آب در روغن می باشد.

مواد و روش پژوهش
مواد اولیه مورد استفاده
در این پژوهش از نمکهای نیترات روی پنج آبه و نیترات کادمیم چهارآبه به عنوان پیش ماده های فلزی، سیکلوهگزان، پلی اکسی اتیلن لوریل اتر)بریج-35(، 1-بوتانل، اتانل %96 و آمونیاک به عنوان عامل رسوب استفاده شد. مشخصات این مواد در جدول 1 قابل مشاهده است.

جدول )1(: مشخصات مواد مورد استفاده در این پژوهش
فرمول شیمیایی ماده اولیه ردیف
Zn(NO3)2.5H2O نیترات روی پنج آبه 1
Cd(NO3)2.4H2O نیترات کادمیم چهارآبه 2
C6H12 سیکلوهگزان 3
(C2H4O)nC12H26O پلی اکسی اتیلن لوریل اتر 4
CH3(CH2)3OH 1-بوتانل 5

روش سنتز نانو کامپوزیت ZnO-CdO نانوکامپوزیت ZnO-CdO توسط محققان قبلی با روش های سل ژل ]10-11[، اسپری پایرولیز ]12-13[، سولوترمال ]14[،تجزیه حرارتی ]15[ سنتز شد. برای سنتز این نانوکامپوزیت در این پژوهش برای اولین بار از روش میکروامولسیون استفاده شد.
عموماً یک محلول میکروامولسیون را به صورت یک سیستم پایدار ترمودینامیکی که حداقل از سه جزء تشکیل شده است:دو مایع غیر قابل حل در هم )معمولاً آب و روغن( و یک فعال کننده سطح تعریف میکنند. در حین مخلوط کردن، جوانه زنی اتفاق میافتد در حالی که لایه های فعال کننده سطح به سطح ذرات در حال رشد چسبیده و در نتیجه مانع انباشتگی ذرات میشوند. در واقع میکروامولسیونهای آب در روغن به طور موفقیتآمیز برای تهیه اندازهها و اشکال گوناگون نانو ذرات به کار رفتهاند. مشخص نیست که چطور چنین الگوهایی اندازه و شکل مواد به دست آمده را کنترل میکنند و این مسئله همچنان نیازمند آزمایشهای بیشتری است. یکی از فاکتورهای مهم سورفکتانت استفاده شده در روش میکروامولسیون است ]16-17[. سنتز نانو ذرات به روش میکروامولسیون از دهه 1980 که محلولهای کلوئیدی از نانو ذرات فلزی تهیه میشدند، بسیار مورد توجه بوده است ]18[.
میکروامولسیون محلول همسانگرد، به طور ماکروسکپی شفاف و همگن و به لحاظ ترمودینامیکی پایدار هستند و حداقل شامل سه جز می باشد. یک فاز قطبی )معمولا آب(، یک فاز غیر قطبی)معمولا روغن( و یک سورفکتانت. گاهی از یک ماده کمکی سورفکتانت نیز استفاده می شود. در مقیاس میکروسکپی مولکول های سورفکتانت لایه فصل مشترک بین مناطق قطبی و غیر قطبی را تشکیل می دهند. میکروامولسیون آب در روغن یا همان مایسل معکوس می تواند به عنوان نانو رآکتور بر ای سنتز نانوذرات تک پخش استفاده شود ]19[.
به منظور سنتز نانو ذرات به روش میکروامولسیون از سیستم آب/سیکلوهگزان/ 35-Brij استفاده شد. شکل 1 نشان دهنده مکانیزم تشکیل نانوذرات در میکروامولسیون میباشد.

شکل )1(: مکانیزم تشکیل نانو ذرات در میکروامولسیون ]17[

و کمک سورفکتانت و آب 1:1 می باشد]18[. با توجه به نمودار مقادیر بریج و اتانول و آب برای پژوهش و ایجاد نسبت 1:1 بین مواد اندازه گیری شد.
در این شکل دیاگرام سه تایی آب-سورفکتانت 35-Brij و کمک سورفکتانت اتانول نشان داده شده است همان طور که مشاهده می شود در غلظت بسیار کم روغن حداکثر 08/29 درصد از آب در بریج حل شده است و نسبت بین سورفکتانت
شکل )2(: دیاگرام سه تایی solution Brij- 35+ ethanol/oil / water ]20[
سنتز نانو ذرات روی-کادمیم توسط اختلاط حجمهای مساوی از دو محلول میکروامولسیون انجام میشود، میکروامولسیون اول شامل محلول آبی نمکهای روی و کادمیم به همراه سیکلوهگزان و بریج و میکروامولسیون دوم هم شامل سیکلو هگزان، بریج و آمونیاک به عنوان عامل رسوب دهنده است، نانوکامپوزیت های با درصد های مختلفی از کادمیم و روی ساخته شد. میکروامولسیون شامل سیکلوهگزان، بریج-35 واتانول بر روی همزن مغناطیسی با دمای 28 درجه سانتیگراد قرار گرفته و به مدت 30 دقیقه با سرعت 80 دور بر دقیقه این محلول کاملاً هم خورده و شفاف شد و سپس به دو قسمت تقسیم شده و در یکی آمونیاک و در دیگری مخلوط آب و نمکهای فلزی ریخته شد و سپس طبق شکل) 1( دو میکروامولسیون به هم به آرامی اضافه شده تا فرآورده مورد نظر طی انجام یک واکنش شیمیایی با هم ترکیب شوند و در نهایت رسوبی از پودرهای مورد نظر را به دست دهد، و در نهایت به
وسیله سانتریفیوژ رسوب از محلول جدا شده و در خشک کن ودر نهایت در کوره با دماهای مختلف قرار داده میشود. جدول
)2( درصدهای مختلف نانوکامپوزیت سنتز شده را نشان میدهد.

جدول )2(: نانوکامپوزیت های سنتز شده با درصدهای مختلف روی و کادمیم
ماده نانوکامپوزیت های سنتز شده
%ZnO 100 90 70 50 30 10 0
%CdO 0 10 30 50 70 90 100

شکل) 2( دیاگرام سه تایی آب/روغن و بریج-35 را نشان میدهد.

2-3- مشخصه یابی نانو ذرات روی-کادمیم سنتز شده
به منظور بررسی تغییرات فازی و همچنین بررسی فرایند سنتز از
دستگاه پراش اشعه X مدل 3710Philips Tw ولتاژ 30 کیلووات و جریان اعمالی 30 میلی آمپر با پرتو Cu-Kα با طول موج 54/1 آنگستروم استفاده شد. به منظور محاسبه اندازه کریستالهای ایجاد شده در دماهای سنتز 400،200 و600 درجه سانتیگراد از رابطه شرر استفاده شد )رابطه 1(.

)1(

در این رابطه d اندازه کریستال، λ طول موج،θ زاویه پراش، β پهنای پیک در نصف شدت ماکزیمم میباشد.
همچنین به منظور بررسی نانو سایز بودن و بررسی ریز ساختار دقیق پودر تولید شده، از میکروسکپ الکترونی عبوری )TEM( استفاده گردید. همچنین برای بررسی سطح ویژه پودرها در دو دمای C˚ 600-400 تست BET به عمل آمد.

نتایج و بحث
3-1- نتایج الگوی پراش اشعه ایکس الگوی تفرق اشعه ایکس برای سنتز نانوکامپوزیت CdO10 %- ZnO90 % در دماهای مختلف در شکل) 3( آورده شده است، در الگوها میتوان پیکهای مربوط به تشکیل اکسید روی و اکسید کادمیم را مشاهده کرد. همان طور که مشخص است پودرهای سنتز شده در دمای 400 و600 درجه سانتیگراد پیکهای مربوط به تشکیل اکسید روی و کادمیم نشان داده شده است و در دمای 200 درجه سانتیگراد تنها فاز اکسید روی ایجاد شده و فاز اکسید کادمیم پیکی نشان نداده و این فاز به صورت آمورف بوده است. همان طور که مشخص است الگوی مربوط به پودر سنتز شده در دمای 400 و 600 بسیار بهم نزدیک بوده اما الگو در دمای 600 پیکهای با شدت بالاتری را نشان میدهد که نشان دهنده اندازه ذرات ریزتر میباشد و کریستالهای آن بیشتر رشد کردهاند.

شکل) 3(: الگوی پراش اشعه ایکس برای پودرهای سنتز شده در دماهای کلسینه200،400 و600 درجه سانتیگراد

اندازه کریستال های محاسبه شده با روش شرر برای هر سه دما در شکل)4( آورده شده است. همان طورکه مشخص است رشد کریستال های نانوکامپوزیت در دمای C˚ 600 بیشتر شده است.

Crystallite Size (nm)

Crystallite Size (nm)

66417852450

120
80
40
0 200

400

L…
600 L ZnO (nm) 22 62 82 L CdO (nm) 0 71 103 L…

شکل)4(: اندازه کریستالهای محاسبه شده توسط رابطه شرر برای پودرهای سنتز شده در دماهای مختلف

نتایج XRD حاصل از نمونهها تطابق خوبی با نتایج دیگر محققان که در این زمینه بر روی این نانوکامپوزیت تحقیق کردهاند، دارد. کرمی و همکارانش ]21[ نیز مشاهده کردند عمده پیکها با شدت زیاد برای اکسید روی بوده و اکسید کادمیم تقریباً به صورت دوپ شده در درون ساختار اکسید روی قرار گرفته است.

3-2- نتایج میکروسکپ الکترونی عبوری
به منظور تعیین مورفولوژی و اندازه پودرهای سنتز شده از TEM استفاده شده که شکل) 4( تصاویر تهیه شده TEM از نانوکامپوزیت CdO-90%ZnO%10 ر ا نشان میدهد.

شکل )5(: تصاویر TEM از نانوکامپوزیت CdO-90%ZnO%10 کلسینه شده در دمای c ˚400
همان طور که از شکلهای میکروسکپی مشخص است اندازهذرات تقریباً یکدست میباشند. شکل ذرات تقریباً به صورت کروی بوده که در نمونه پخش گردیدهاند. دلیل این امر روش سنتز میکروامولسیون است. در میکروامولسیون شکل گرفته، میسل های معکوس حاوی قطره های کروی و نانومتری هستند. در حین اختلاط، این میسل ها با هم برخورد می کنند و واکنش سنتز از طریق نفوذ واکنش دهنده ها درون میسل ها انجام می گیرد. این نانوقطره ها که به عنوان نانو رآکتور برای انجام واکنش های شیمیایی استفاده می شوند، محیط مناسبی را برای کنترل جوانه زنی و رشد فراهم می کنند و اندازه و شکل هسته آبی را تعیین می نمایند. در واقع جذب سطحی سورفکتانت بر سطح فاز آبی از رشد بیش از حد نانوذره ی درون میسل جلوگیری می کند ]17[. از این رو است که اندازه نانو ذرات سنتز شده به این روش یکنواخت است. همچنین، ساختار میسل های معکوس شکل ذرات سنتز شده را کنترل می کند. لذا کروی بودن شکل نانوذرات به این دلیل می باشد. می توان بیان کرد سورفکتانت 35-Brij میسل های کوچکی تشکیل داده و در نتیجه مقدار آب حاوی اتمهای پیش ماده فلزی کمتری در هر میسل به دام افتاده و در نهایت ذرات کوچکتری از آنها تشکیل شده است. در واقع جذب سطحی سورفکتانت بر سطح نانو ذره از رشد بیش از حد آن درون یک میکروامولسیون جلوگیری میکند لذا میکروامولسیون می تواند در محدود کردن اندازه ذرات در حد مورد نیاز به کار روند. در روش میکروامولسیون قطرات آب نقش میکرو راکتور را بازی میکنند و رسوب گذاری در داخل آنها اتفاق میافتد. از عوامل موثر بر کارایی سورفکتانت چسبندگی است که میتوان آن را به عنوان مهمترین فاکتور در کنترل اندازه ذرات در روش میکروامولسیون است. همان طور که میدانید در روش میکروامولسیون ذرات در داخل ساختار قطرات پخش شده در فاز پیوسته شکل میگیرند. سایز قطرات با نسبت مولی آب به سورفکتانت تعیین میشود. در حجم بالای روغن، هنگامی که سورفکتانت وارد محیط پیوسته میشود، قطرات آب میتوانند در محیط پخش شوند. بسته به مقدار و نوع سورفکتانت اندازه قطرات متغیر است. سورفکتانت ها دو نقش مهم را در روش میکروامولسیون بازی میکنند. اول اینکه قدرت امولسیون سازی را زیاد میکنند و دوم اینکه مانع از تجمع بیشتر ذرات میشوند، زیرا مولکولهای آنها میتوانند روی سطح ذرات بچسبند .
همچنین تصویر SEM-map گرفته شده از نانوکامپوزیت CdO-90%ZnO%10 در شکل) 6( مشاهده میگردد.

FE SEM-map %90 شکل)6(: تصویر – از نانوکامپوزیت ZnO –
10%CdO

همان طور که در تصویر FE-SEM پیداست مورفولوژی نانو ذرات کروی است دلیل این امر روش سنتز میکروامولسیون است. در میکروامولسیون شکل گرفته، میسل های معکوس حاوی قطره های کروی و نانومتری هستند. در حین اختلاط، این میسل ها با هم برخورد میکنند و واکنش سنتز از طریق نفوذ واکنش دهنده ها درون میسل ها انجام میگیرد. این نانو قطره هاکه به عنوان نانو رآکتور برای انجام واکنشهای شیمیایی استفاده میشوند، محیط مناسبی را برای کنترل جوانه زنی و رشد فراهم میکنند و اندازه و شکل هسته آبی را تعیین مینمایند. در واقع جذب سطحی سورفکتانت بر سطح فاز آبی از رشد بیش از حد نانو ذرهی درون میسل جلوگیری میکند ]16[. از این رو است که اندازه نانو ذرات سنتز شده به این روش یکنواخت است. همچنین، ساختار میسل های معکوس شکل ذرات سنتز شده را کنترل میکند، لذا کروی بودن شکل نانو ذرات به این دلیل میباشد.

1080211253283

)الف(

)ب(
شکل)7(: ایزوترم جذب: )الف(: پودر سنتز شده در دمای 600 درجه سانتی گراد و )ب(: پودر سنتز شده در دمای 400 درجه سانتی گراد

3-3- اندازه گیری سطح ویژه نمونهها اگرچه نانوکامپوزیت روی-کادمیم قبلاً با روشهای دیگری سنتز شده اما اطلاعات زیادی در مورد سطح ویژه این نانوکامپوزیت در دماهای مختلف گزارش نشده است. اهمیت موضوع با توجه به کاربردهای این نانوکامپوزیت به خصوص در رابطه با جذب نمایان میشود. از این رو تأثیر دما بر روی سطح ویژه ذرات سنتز شده مورد بررسی قرار گرفت. سطح ویژه برای نانوکامپوزیت بهینه در دو دمای 400 و 600 درجه سانتیگراد اندازه گیری شد و مشخص شد که بیشترین سطح ویژه برای نانوکامپوزیت در دمای400 بدست آمد. همان طور که میدانید سورفکتانت ها دارای دو سر هستند این مولکولها در حین سنتز قطرات آبی حاوی نمکهای فلزی را محصور میکنند. اما در حین کلسیناسیون میسوزند و از بین میروند اما حفرات حاصل از سوختن آنها باعث افزایش سطح ویژه خواهند شد. جذب سطحی سورفکتانت بر سطح نانو ذره از رشد بیش از حد آن در درون یک میکروامولسیون جلوگیری میکند، لذا میکروامولسیون ها میتوانند در محدود کردن اندازه ذرات در حد مورد نیاز به کار روند. در رابطه با سطح ویژه میتوان گفت که بستگی زیادی به اندازه ذرات دارد. به طور معمول هرچه اندازه ذرات کوچکتر باشد، سطح ویژه آنها نیز بیشتر است. به منظور بررسی سطح ویژه پودرها دو نمونه پودر یکسان با دو دمای سنتز متفاوت یکی 400 و دیگری 600 درجه سانتیگراد مورد تست جذب واجذب نیتروژن قرار گرفته و مشخص شد که پودر سنتز شده در دمای 400 درجه سانتیگراد خواص بهتری از
خود نشان داده است. شکل) 7( ایزوترم جذب را برای نانو پودردر دماهای 400 و600 درجه سانتی گراد نشان می دهد.

جدول )3(: نتایج حاصل از تست BET برای پودرهای سنتز شده در دمای400 و600 درجه سانتیگراد
Mean pore
diameter(nm) Rp(nm) As(m2/g) نمونه
40/20 14/13 9/5 400 ˚C
108/38 46/13 1/5 600˚C

همان طور که مشخص شده پودر سنتز شده به دلیل سطح ویژه بالاتر دارای شرایط بهتری برای آزمون جذب میباشد.

3-4- بررسی مقدار جذب نانوکامپوزیت سنتز شده در کارهای تحقیقی که توسط دیگر پژوهشگران انجام شد رفتار فوتوکاتالیستی این نانوکامپوزیت برای متیلن بلو مورد آزمایش قرار گرفت و نتایج حاکی از تخریب رنگ کردن مناسب توسط این نانوکامپوزیت می باشد]22[. در این تحقیق از نانو ذرات روی-کادمیم به عنوان جاذب و از محلول متیل بلو و متیل اورانژ به عنوان عامل آلاینده استفاده شد. رابطه 2 نشان دهنده جذب رنگ توسط جاذب میباشد] 23[. )2( qe =(C0 −Ct)V/m

qe: میزان جذب جاذب در زمان تعادل بر حسب میلی گرم در گرم
0C: غلظت جاذب در زمان صفر Ce: غلظت جاذب در زمان t در این آزمون تعیین مقدار بهینه جاذب و اثر pH بررسی شد .شکل) 8( ساختار شیمیایی متیل بلو و شکل) 9( ساختار شیمیایی متیل اورانژ را نشان می دهد.

شکل) 8(: ساختار شیمیایی متیل بلو] 21[

شکل)9(: ساختار شیمیایی متیل اورانژ

همان طور که از ساختار شیمیایی دورنگدانه مشخص است متیل بلو رنگدانه ای آنیونی کاتیونی و متیل اورانژ رنگدانه ای آنیونی می باشد.

3-4-1- اثر pH
برای تعیین اثر pH، در سه محیط اسیدی، بازی و خنثی این تست انجام گردید که محیط اسیدی با استفاده از هیدروکلریک 2 مولار و محیط بازی با استفاده از آمونیاک انجام شد، و مشخص شد که نانوکامپوزیت در محیطهای اسیدی خواص جذبی مناسبی دارد. در شکل )10( نتایج مربوط به محیط اسیدی و بازی برای جاذب در محلول متیل اورانژ آورده شده است.

شکل) 10(: نمودار جذب نانوکامپوزیت در محلول متیل اورانژ در زمانهای
مختلف ومحیط های مختلف

همان طور که مشخص است جذب مناسبی در محیط بازی و خنثی صورت نگرفته است.
این آزمون در رابطه با متیل بلو نیز صورت گرفته است و در شکل )11( اثر محیط های خنثی ،اسیدی و بازی بر روی جذب جاذب ها نشان داده شده است.

شکل)11(: نمودار جذب نانوکامپوزیت در محلول متیل بلو در زمانهای
مختلف و محیط های مختلف

همان طور که در نمودار متیل بلو مشخص شده جذب مناسبی در محیط های خنثی و محیط اسیدی صورت گرفته است.
pH یکی از فاکتورهای مهم در تست جذب است که بر ساختار رنگ و بار سطحی جاذب تأثیر میگذارد. pH محلول، شیمی محیط آبی و پیوندهای سطح جاذب را تحت تأثیر قرار میدهد و لذا pH محلول به عنوان یک پارامتر مهم در طی فرایند جذب رنگ مطرح میباشد.

3-4-2- اثر زمان
شکل)12( تاثیر زمان بر مقدار جذب محلول متیل بلو و متیل اورانژ را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود، نرخ حذف آلاینده )جذب شونده( در ابتدا سریع بوده اما به تدریج با گذشت زمان کاهش یافته تا اینکه به حالت تعادل میرسد. این پدیده ناشی از این حقیقت است که در ابتدا و مراحل اولیه جذب شمار زیادی از مکانهای سطحی خالی برای انجام جذب در دسترس بوده اما با گذشت زمان مکانهای سطحی خالی باقی مانده در جذب آلاینده ها با مشکل رو به رو شده که این امرمیتواند به نیروهای بازدارنده بین مولکولهای جذب شونده بر سطح جاذب جامد و توده مایع شود.

شکل)12(: تاثیر زمان بر مقدار جذب محلول متیل بلو و متیل اورانژ

4-نتیجه گیری
در این پژوهش نانو پودر کامپوزیتی روی-کادمیم با روش میکروامولسیون در سیستم سیکلوهگزان، آب،1-بوتانول و سورفکتانت بریج-35 سنتز شد. نتایج نشان داد که پودرها دارای ابعاد نانومتری بود و اندازه ذرات برای پودرها با استفاده از رابطه شرر برای ZnO تا ????????2±55 و برای CdO تا ????????3±64 گزارش شد.
در بررسی اندازه ذرات سنتز شده به روش میکروامولسیون با استفاده از تصاویر میکروسکپی معلوم شد ذرات کامپوزیتی ZnO-%10CdO تقریباً ذرات کروی و یکنواخت دارند.
نانوپودرسنتز شده در دمای 400 درجه سانتیگراد دارای سطح ویژه m2/g 5/9 بوده در حالی که مقدار سطح ویژه برای پودر سنتز شده در دمای 600 درجه سانتیگراد برابر m2/g 5/1 بدست آمد.
در بررسی پارامتر دمای کلسیناسیون و تأثیر آن بر خواص نانوکامپوزیت اکسید روی- اکسید کادمیم مشخص شد که با افزایش دما اندازه کریستالهای کادمیم به طور کلی افزایش مییابد. در سه دمای سنتز شده تنها در دمای 400 و600 درجه سانتیگراد پیکهای اکسید کادمیم مشاهده شد و در 200 درجه سانتیگراد آمورف می باشد.
نتایج جذب نشان داد که در محیط های بازی برای هر دو رنگ متیل بلو و متیل اورانژ جاذب عملکرد بالاتری دارد.

5-سپاسگزاری
پژوهشگر از تمام مسئولین و کارشناسان محترم مرکز تحقیقات مواد پیشرفته دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد و تمام افرادی که در این پژوهش یاری نمودند کمال تشکر را دارد.

6-مراجع
[1] Z. Lin Wang, “Nanostructures of zinc oxide”, Journal of materials today, pp. 26-33, 2004.

]2[ ا .حیدری ،م .جعفری و ع .صفارتلوری، “سنتز و مشخصه یابی نانوکامپوزیت سه تایی SiO2-Al2O3-ZnO تولید شده به روش سل-ژل”، فصلنامه علمی-پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال نهم، شماره اول، ص ص 169-178، بهار 1394.

[3] K. Manickathai, S. Viswanathan & M. Alagar, “Synthesis and characterization of CdO and CdS nanoparticles”, Indian Journal of pure & Applied physics, Vol. 46, pp. 561-564, 2008.

]4[ ی .عزیزیان و ژ. نیک نام، “تهیه نانو ذرات اکسید کادمیم و بررسی اثر آلایش آهن بر روی خواص اپتیکی آنها”، بیست و یکمین کنفرانس اپتیک و فوتونیک ایران، دانشگاه شهید بهشتی، دی ماه 1393.

O. Vigila, L. Vaillantb, F. Cruza & G. Santanac, “Spray pyrolysis deposition of cadmium-zinc oxide thinˮ, Journal of Thin Solid Films, Vol. 361362, PP. 53-55, 2000.

M. Zaien, K. Omar & Z. Hassan, “Growth of nanostructured CdO by solid-vapor deposition”, Journal of the Physical Sciences, Vol. 6, No.17, pp.
4176-4180, 2011.

M. Arturo Lopez, “Synthesis of nanomaterials in microemulsions:formation mechanisms and growth control”, Journal of Current Opinion in Colloid and Interface Science, Vol. 8, pp. 137-144, 2003.

N. sahu & R. K. Duchaniya, “Synthesis of ZnO-
CdO Nanocomposites”, Journal of Materials Science & Surface Engineering, Vol. 1, No. 1, pp.
11-14, .3102

L. Zhou, Li. Ch, X. Zou & J. Zhao, “Porous nanoplate-assembled CdO/ZnO composite microstructures: Ahighly sensitive material for ethanol detectionˮ, Journal of Sensors and Actuators, Vol. 197B, pp. 370-375, 2014.

N. Sahu & R. K. Duchaniya, “Synthesis of ZnO-
CdO Nanocomposites”, Journal of Materials Science & Surface Engineering, Vol. 1, No. 1, pp.
11-14, .3102

Y. S. Choi, C. G. Lee & S. M. Cho, “Transparent conducting ZnxCd1-xO thin films prepared by the Sol-gel process”, Journal of Thin Solid Film, Vol.
289, pp. 153-158, .6991

O. Vigil, F. Cruz, G. Santana, L. Vallant A. Morales-Acevedo & G. Contreras-puente, “Influence of post-thermal annealing on the properties of sprayed cadmium-zinc oxide thin films”, Journal of Applied Surface Science, Vol.
161, pp. 27-34, .0002

O. Vigil, L. Vaillant, F. Cruz, G. Santana, A. Morales-Acevedo & G. Contreras-puente, “Spray pyrolysis deposition of cadmium-zinc oxide thin films”, Journal of Thin Solid Film, Vol. 361-362, pp. 53-55, 2000.

S. Meenakshisundar, C. K. Mahadevan & P. Ramanathan, “On the preparation of ZnO-CdO nanocomposites”, Journal of Materials and Manufactueing processes, Vol. 22, pp. 400-403, 2007.

R. Saravanan, H. Shankar, T. Prakash, V. Narayanan & A. Stephen, “ZnO/CdO composite nanorods for photocatalytic degradation of methylene blue under visible light”, Journal of Materials Chemistry and Physics, Vol.125, pp.
277-280, .1102

C. Tojo, M. de Dios & F. Barroso, “Surfactant Effects on Microemulsion-Based Nanoparticle Synthesis”, Journal of Materials, Vol. 4, pp. 55-72, .1102

M. Ahmad malik, Wani & M. Hashim, “Microemulsion method: A novel route to synthesize organic and inorganic nanomaterials”, Arabian Jornal of Chemistry, Vol. 5, pp. 397-417, 2012.

]18[ م .کرباسی، ع .نعمتی و م. حسینی زری، “سنتز نانو ذرات 2TiOبه روش میکروامولسیون و بررسی تغییرات ریز ساختاری ذرات در حین کلسیناسیون”، علوم و فناوری رنگ، شماره5، ص ص 50-43، 1390.

]19[ ع .شکوه فر، ف .تشکری و س. س. افقهی، “اثرتغییر نسبت مولی آب به سورفکتانت بر اندازه نانوذرات آلیاژی آهن – نیکل در روش میکروامولسیون”، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال نهم، شماره اول، ص ص 9-15، بهار 1394.

Ch. Singh Chauhan & N. Singh Chauhan, “Phase Behaviour of Microemulsion Systems Containing Tween-80 and Brij-35 as Surfactant”, Journal of Advanced Research in Pharmaceutical & Bio Sciences, Vol. 2, No. 3, pp. 320-235, .2102

H. Karami, A. Aminifar & H. Tavallali, “PVABased Sol-Gel Synthesis and Characterization of
CdO-ZnO Nanocomposite”, Journal clust science, Vol. 21, pp. 1-9, 2010.

R. saravanan, F. Gracia, M. Manssob khan, V. Poomima, V. K. Gupta, V. Narayanan & A. Stephen, “ZnO/CdO nanocomposites for textile effluent degradation and electrochemical detection”, Journal of Molecular Liquids, Vol. 209, pp. 374-380, 2015.

M. J. Iqbal & M. N. Ashiq, “Adsorption of dyes from aqueous solutions on activated charcoal”, Journal of Hazardous Materials, Vol.139B, pp. 5766, 2007.



قیمت: تومان


پاسخ دهید