22272

سنتز آزمايشگاهي نانو ساختارهاي آب‌گريز بر پايه‌ي اكسيد مس

كارشناسي ارشد

صنايع شيميايي معدني

98-99

1399/3/13

دكتر نوروزبيگي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

چكيده در اين پژوهش، پودر فوق آب‌گريز اكسيد مس بدون اصلاح شيميايي، با ساختار سلسله ي مراتبي ميكرو-نانو، با استفاده از روش ساده و كم‌هزينه‌ي هيدروترمال، به‌صورت تك‌مرحله‌اي تهيه‌شده است. آزمايشات بر اساس طراحي تاگوچي به‌منظور بررسي اثر پارامترهاي: نوع افزودني آلي، غلظت افزودني آلي، دماي واكنش و نسبت مولي مواد اوليه در سه سطح صورت گرفت. همچنين به‌منظور بالا بردن خاصيت فوق آب‌گريزي و براي بررسي اثر نوع اصلاح‌كننده شيميايي، پودر هاي حاصل با پالميتيك اسيد اصلاح شد كه تمام نمونه‌هاي اصلاح‌شده فوق آب‌گريز با بيشترين زاويه تماس °162.4 بدست آمد. اعتبار سنجي بر روي پارامترهاي فرآيند در شرايط بهينه پيش‌بيني‌شده، انجام شد. نتايج حاصل از طراحي تاگوچي نشان داد كه نوع افزودني هاي آلي نقش مهم و اساسي بر روي خواص آب‌گريزي ايفا مي‌كند. آناليز فاز كريستالي، مورفولوژي سطح، تركيب شيميايي و زاويه تماس قطره‌ي آب بر روي پودر با استفاده از آزمون XRD، SEM، FTIR و عكس‌برداري با ميكروسكوپ نوري موردبررسي قرار گرفت. زاويه تماس قطره آب قبل از اصلاح شيميايي در محدوده‌ي °111.8 تا °156.7 حاصل شد و بيشترين زاويه تماس نمونه‌ها در جدول طراحي قبل از اصلاح شيميايي °156.7 مربوط به نمونه 3 بوده است. نتايج بدست آمده از آزمون SEM نشان مي‌داد كه يك ساختار ميكرو-نانو سلسه مراتبي ميله‌اي، تيغي و سوزني شكل در نمونه‌ها پس از واكنش هيدروترمال (به مدت 8 ساعت) تشكيل‌شده است. همچنين نتايج بدست آمده از XRD وجود اكسيد مس را با تقريب 75 درصد فاز CuO و 25 درصد فاز Cu2O تاييد مي كند. همچنين نتايج حاصل از آناليز FTIR، پيوند فلز با اكسيژن و OH پيوندي و غير پيوندي را نشان داد. پودر فوق آب‌گريز شده تحت شرايط بهينه، زاويه تماسي در حدود °158.4 داشت. به‌منظور بررسي بيشتر فاكتورها آزمايش‌هايي تحت عنوان بررسي يك عامل در يك‌زمان (OFAT) انجام شد. پس از بررسي يك عامل در يك زمان مشاهده شد كه نوع افزودني آلي در مورفولوژي ساختار نقش به سزائي دارد و همچنين غلظت بهينه ي افزودني آلي مي بايست در سنتز نمونه ي فوق آب گريز مدنظر قرار بگيرد. واژه‌هاي كليدي: آب‌گريز- اكسيد مس- هيدروترمال- زاويه تماس قطره

1399/05/19

The synthesis of hydrophobic nanostructures based on copper oxide

6/3/2021 12:00:00 AM

Abstract: The hydrophobic powder containing unmodified copper oxide, with the micro-nano hierarchical structure, was prepared in a single step using a simple and low-cost hydrothermal method. Experiments were performed based on the combined Taguchi design to investigate the effect of parameters: the ratio of hexamine to copper salt, type of structure directing agents, the concentration of structure directing agents and reaction temperature at three levels. The powders have been modified with palmitic acid to enhance the superhydrophobicity and to investigate the effect of chemical modifiers. The confirmatory test was performed on the process parameters under the predicted optimal conditions. The results of the Taguchi design show that the type of structure orientation factors plays an important and fundamental role in the hydrophobic properties. Crystalline phase analysis, surface morphology, chemical composition, topography and contact angle of 5 μl water droplet on the powder were investigated by XRD, SEM, FTIR and optical microscopy. The contact angle of the drop is in the range of 111.8̊ to 156.7̊ and the highest contact angle of the nanostructures was before chemical modification of 159.6̊. The results of the SEM test show that a hierarchical micro-nano structure rod, urchin and needle like such as after the hydrothermal reaction was formed for 8 h. The XRD results also show that the sample contains copper oxide. The results of FTIR analysis also show the oxygen bonded metal and OH bond and non bonded OH bond. Hydrophobic powder under optimum conditions had a contact angle of about 158.4 degrees. To further investigate the factors, experiments were conducted under the Investigation of one Factor at a Time (OFAT). Keywords: powder- nanostructure- hydrophobic- copper oxide- hydrothermal- contact angle.