نانو محک بهبود
آلاینده های رنگزای شیمیایی ,نانو مواد،نانو،محك،بهبود

کاربرد نانو ذرات مغناطیسی در حذف آلاینده های رنگزای شیمیایی

زهره زرنگار -جواد صفری

فن آوری نانو مهندسی در طراحی تهیه شناسایی و کاربرد مواد و قطعاتی است که حداقلیکی ار ابعاد آن در مقیاس نانو باشد. این فن آوری در علوم گوناگون مانند شیمی ،فیزیک ،زیست، پزشکی ،الکترونیک،و...توسعه ی شگرفی داشته است و به سرعت مسیررشدو پیشرفت آن در همه ی علوم آشکار است.در چند دهه ی گذشته نانو ذرات به دلیل ویژگی های شیمیایی، فیزیکی و زیست شناختی منحصر به فرد خودبسیار مورد توجه بوده اند ودر علوم گوناگون مانند شیمی علم مواد فیزیک شیمیایی و زیست شناختی مواد با مقیاس ماکرو متفاوت است که به علت اندازه ی کوانتومی و افزایش نسبت سطح به حجم آن ها می باشد.یکی از مهم ترین نانوذرات در فن آوری نانو نانو ذرات مغناطیسی است.

نانو ذرات مغناطیسی گروهی از نانو ذرات هستند که اندازه­­ی کمتر از صد نانومتر دارند. این ذرات در حضور یک میدان مغناطیسی خارجی دارای ویژگی های مغناطیسی هستند ساده ترین ساختار نانو ذرات شامل یک هسته ی مغناطیسی و پوشش های غیر مغناطیسی گوناگون از ترکیبات های شیمیایی می باشند که در علوم گوناگون از ترکیب های شیمیایی می باشند که در علوم گوناگون مانند شیمی فیزیک ، زیست، پزشکی، و داروسازی،بسیار مورد توجه هستند.از مهمترین نانو ذرات مغناطیسی نانو ذرات سوپر پارامغناطیس می باشندبرای آشنایی با این نوع نانو ذرات اشاره ای کوتاه به ماهیت مغناطیسی نانو ذرات می شود.

 

ماهیت مغناطیسی نانو ذرات

در مواد مغناطیسی مولکول ها و اتم های سازنده ی آن خاصیت مغناطیسی دارند به بیان ساده تر عناصری مانند آهن، کبالت، نیکل و آلیاژهای آن ها که توسط آهن ربا جذب می گردد، مواد مغناطیسی نامیده می شود.

طبقه بندی مواد مغناطیسی بر اساس پذیرفتاری مغناطیسی انجام می شود. بر این اساس مواد را به سه گروه فرو مغناطیس پارا مغناطیس و دیا مغناطیس دسته بندی می کنند.

در مواد دیا مغناطیس برایندگشتاور دو قطبی مغناطیسی صفر است و در حضور میدان مغناطیسی گشتاور دو قطبی در ان ها القا می شود؛ اما جهت این دو قطبی های القا شده بر خلاف جهت میدان مغناطیسی خارجی می باشد که باعث می شودمادهی مغناطیسی خارجی می باشدکه باعث می باشد ماده­ی دیا مغناطیس از میدان مغناطیسی دفع شود.

با حذف میدان مغناطیسی خارجی خاصیت مغناطیسی این مواد باقی نمی ماند. در ماده ی پارا مغناطیسی دو قطبی مغناطیسی دارای سمت گیری مشخص و منظمی نیستند، در نتیجه این مواد خاصیت  مغناطیسی ندارند.اگر آنها درون یک میدان مغناطیسی  قرار داده شوند در راستای خط های میدان مغناطیسی منظم می شوند.با حذف میدان مغناطیسی دوقطبی های مغناطیسی دوباره به سرعت به وضعیت قبلی که در غیاب  میدان داشتندبر می گردند به این ترتیب مواد پارا مغناطیس در میدان های مغناطیسی قوی خاصیت مغناطیسی پیدا می کنند.مواد فرو مغناطیس مانند مواد پارا مغناطیس است با این تفاوت که مجموعه ای از دو قطبی های مغناطیسی در یک جهت و راستا قرار دارند حوزه ی مغناطیسی می گویندخاصیت مغناطیسی این مواد به سرعت تغییر مسیر این حوزه ها و قرار گرفتن در جهت میدان بستگی دارد.

خاصیت مغناطیسی به مقدار بسیار زیادی به اندازه ی ذره وابسته است هر ماده ی مغناطیس در حالت توده از حوزه های مغناطیسی تشکیل شده است .

هر حوزه دارای  هزاران اتم است که در آن جهت چرخش الکترون ها یکسان و گشتاور های مغناطیسی به صورت موازی جهت یافته انداما جهت چرخش الکترون هر حوزه با حوزه های دیگر متفاوت است. هر گاه یک میدان مغناطیسی بزرگ تمام حوزه های مغناطیسی را هم جهت کند، تغییر فاز مغناطیسی رخ داده و مغناطیسی شدن به حد اشباع می رسد.هر ذره ای که تنها شامل یک حوزه باشدمی تواندنانو ذره به شمار رود.نانو ذرات مغناطیسی دارای تعدادحوزه های کمی هستند ومغناطیسی شدن آنها ساده تر می باشد.در مواد فرو مغناطیس وقتی اندازه یذره از یک حوزه مغناطیسی منفرد کوچکتر گردد پدیده ی سوپر پارا مغناطیس (متصل نشدن ذرات مغناطیسی در ابعاد نانو در شرایط عادی و حساسیت بالای آن ها به میدان مغناطیسی )به وقوع می پیوندد.

چندین نوع آهن اکسد در تهیه ی نانو ذرات مگنتیت ،هماتیت ماگمیت، که از بین همه انها مگنتییت و ماگمیت به دلیل زیست سازگاری آن ها کاربردهای بیشتری دارند.نانو ذرات مغناطیسی دارای سطح وسیع و زیست سازگاری مناسبی می باشند و توانایی جداسازی و شناسایی مولکول ها و سلول های مخصوص را دارند.

کاربرد نانو ذرات مغناطیسی در جذب رنگ

امروزه مشکلات آلاینده های محیط زیست بیش از پیش مورد توجه است چون با سلامت جامعه در ارتباط است سازمان سلامت جهانی (who)تخمین زده که در حدود 25 درصد بیماری های که بشر با ان روبرو است. مربوط به آلودگی های محیطی شامل آلودگی آب خاک و هوا می باشد.

بخش بزرگی از ترکیبهای آلی باعث ایجاد آلودگی در آب های طبیعی می گردند مواد رنگزای شیمیایی هستند که به صورت صنعتی و خانگی مورد استفاده قرار می گیرند مدیریت نامناسب آب های صنعتی یکی از عوامل اصلی آلودگی محیط است. بانک جهانی تخمین زده که 17 تا 20 درصد آلودگی آب های صنعتی مربوط به رنگرزی منسوجات است .

به معنای واقعی رنگ ها به مقدار وسیع و گسترده در برخی کاربردهای صنعتی مانند منسوجات پلاستیک کاغذ پوشش لاستیک استفاده می شود.در حدود 10تا 15 درصد این رنگ ها در فرایند رنگ کردن از بین می روند و وارد پساب شده و باعث آلودگی آب ها می شوندمواد رنگزا نه تنها رنگ نامطلوبی به آب می دهند بلکه برخی از رنگها سمی هستند و حتی برای بشر و حیوانات سرطان زا می باشند.حضور مواد رنگزای شیمیایی افزون بر آن که بر الودگی منابع آبی تاثیر می گذارند با متوقف کردن تولید اکسیژن و جلوگیری از نفوذ نور خورشید موجب مرگ موجودات زنده و وارد آمدن صدمه های جدی به محیط زیست می گردند.

تصفیه ی پساب های دارای مواد رنگزای آلی بسیار مشکل است زیرا ساختار شیمیایی آنها طوری است که در مقابل تجزیه ی زیستی و برخی اکسید کننده های مرسوم مقاوم هستند. بنابراین حذف مواد مواد رنگی از پساب های صنایع نساجی و سایر صنایع مصرف کننده یرنگ ها به دلیل سمیت این مواد و اثرات نامطلوب آنها بر آ بهای دریافت کننده پساب بسیار مورد توجه است.

روش های گوناگونی برای حذف مواد رنگزا ارایه گردیده است روش هایی مانند انعقاد فیلتراسیون غشا جذب فوتوکاتالیزگر و اکسایش پیشرفته و توسعه یافته استاز میان این روش ها فرایند جذب توجه زیادی را جلب کرده است که به علت طراحی ساده و موثر آن و آسانی عملکرد است جاذب های گوناگونی مانند کربن فعال زئولیت و بسپارها استفاده شده اند تا رنگ ها را از آب های آلوده حذف کنند.فرایند جذب با ظرفیت بالا و جداسازی آسان مورد انتظار برای جاذب های مغناطیسی است.

به تازگی یک فن آوری حامل مغناطیسی بر پایه یمواد مغناطیسی به وسیله پژوهشگران گزارش شده است . جاذب مغناطیسی به آسانی از طریق یک میدان مغناطیسی خارجی از محلول جدا میشوداگر چه این جاذب ها ی مغناطیسی باعث بازیافت آسان آنها از محلول با یک آهن ربا می شودظرفیت جذب به نسبت هنوز پایین است به دلیل نبودن یا کمیابی گروههای عاملی شیمیایی روی سطح جاذب است.چن وهمکاران از نانو ذرات مغناطیسی مگنتیت اصلاح شده با چیتوسان پلی و چیتوسان کربوکسی متیل دارشده برای جذب رنگ های بازی و اسید ی به ترتیب استفاده کرده اند.

در هر دو جاذب مغناطیسی ظرفیت جذب رنگ افرایش یافت که این فرایند با ساختار بسپار و گروههای عاملی در جاذب مغناطیسی در ارتباط است.

بر اساس پژوهش های انجام شده نانو ذرات مغناطیسی اصلاح شده با بسپار ها پر شاخه در مقایسه ی با جاذب های مغناطیسی دیگر موثر تر و کاربردی تر می باشد مزیت بسپار های پر شاخه در جذب رنگ ها عبارت است از :

1-      بسپار های پر شاخه گروه های عاملی فراوانی دارند که باعث بهبود کارایی جذب می شود.

2-      در بسپارهای پر شاخه در مقایسه با بسپار های خطی زنجیر های مولکولی به مفدار کم تر یا اصلا با هم برخورد ندارند این ویژگی باعث می شود تا گروههای عاملی بهتر در جذب رنگ موثر باشند.

3-      تهیه ی یک مرحله ای بسپارهای پر شاخه نسبت به تهیه ی چند مرحله ای درخت سان ها راحت تر و کم هزینه تر است

 

افزون بر کاربرد های زیست پزشکی مثل جداسازی و خالص سازی پروتئین ها زیست سنسور ها و حاملان دارو جاذب های مغناطیسی با ظرفیت بالا بسیار جذاب و پراهمیت هستند  گزارش های کمی در مورد مواد مغناطیسی عامل دار با بسپار ها درمورد جذب رنگ و دارو انجام شده است زوئو و همکاران جاذب های مغناطیسی اصلاح شده با بسپار پلی گلیسرول پر شاخه را در جذب رنگ ها و داروی دکسوروبسین تهیه کرده اندو با اصلاح سطح بسپار پر شاخه ظرفیت جذب را افزایش داده اند.

بنابراین فن اوری نانو می تواند از طریق محافظت و اصلاح محیط به عنوان خط مشی قدرتمند برای فنآوری های قرن 21 باعث افزایش کیفیت محیط زیست شود.به ویژه استفاده از فن اوری نانو ذرات مغناطیسی برای حل مسایل زیست محیطی مورد توجه است .


PDF مقاله

دیدگاه خود را ارسال نمایید

ما را دنبال کنید