23430

بررسي عوامل مؤثر بر ساخت كامپوزيت هيدروژلي اكسيدگرافن-PVA

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد گرايش سراميك

نيمسال اول 1400-1399

99/12/16

دكتر حسين سرپولكي، دكتر هاجر قنبري

مهندسي مواد و متالورژي

هيدروژل¬ها خواص منحصر¬به¬فرد و ويژه¬اي دارند. اين مواد، به صورت تك¬جزئي و يا چندجزئي در كاربردهاي مختلف استفاده مي¬شوند. در اين پژوهش، مشخصه¬هاي ساخت كامپوزيت هيدروژلي دوجزئي اكسيدگرافن (graphene oxide, GO)-پلي¬وينيل¬الكل (polyvinyl alcohol, PVA) با هدف دستيابي به هيدروژلي متخلخل از نوع تخلخل¬هاي باز، داراي خواص مكانيكي مناسب و قابليت جذب آلاينده¬هاي آب به كمك روش انجماد-ذوب بررسي شده¬است. فرآيند انجماد-ذوب مشتمل بر چرخه¬هاي متغير انجماد و ذوب، پس از انحلال است كه منجر به تغيير خواص هيدروژل مي¬شود. همچنين، در ادامه¬ براي بهبود خواص جذب، اجزاء ديگري از جمله آلوئه¬ورا، پوست موز و پلي¬اتيلن¬گليكول به كامپوزيت اضافه شد. ميزان تورم، تخلخل، چگالي و درصد ژلي هيدروژل¬ها بررسي شد و از آناليزهاي طيف¬سنجي تبديل فوريه مادون قرمز (Fourier-Transform Infrared Spectroscopy, FT-IR)، طيف‌سنجي فرابنفش-مرئي (Ultraviolet-Visible Spectroscopy, UV-Vis)، طيف‌سنجي جذب اتمي (Atomic Absorption Spectroscopy, AAS) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (Scanning Electron Microscope, SEM) به ترتيب براي مطالعات پيوندي، جذب آلاينده¬ها و ريزساختاري استفاده شد. با استفاده از PVA به عنوان جزء بسپاري هيدروژل، GO و حلال آب، كامپوزيت بهينه¬¬اي از PVA/GO با بيشينه تورم 2735%، تخلخل 94%، درصد ژلي 83% و بازدهي جذب رنگدانه¬ي آلي متيلن¬بلو 6/99% تهيه شد كه داراي چگالي g/cm3 01/0 ± 39/0 بود. اين نمونه¬ي بهينه حاوي wt.% 5 پلي¬وينيل¬الكل و wt.% 2 اكسيدگرافن با زمان انجماد h 6، زمان ذوب h 4 و قرارگيري تحت پنج چرخه انجماد-ذوب بود. از طرفي، با توجه به نتايج آناليز استحكام فشاري، نمونه¬ي حاوي wt.% 5 پلي¬وينيل¬الكل و wt.% 1 اكسيدگرافن، با زمان انجماد h 6، زمان ذوب h 4 و قرارگيري تحت پنج چرخه انجماد-ذوب، با استحكام فشاري MPa 1/0 ± 6/1، به عنوان بهينه¬ از نظر استحكام در نظر گرفته‌شد. در نهايت، بررسي نتايج افزودن آلوئه¬ورا، پوست موز و پلي‌اتيلن‌گليكول نشان داد كه كامپوزيت سه¬جزئي حاوي آلوئه¬ورا و پوست موز، امكان جذب فلزات سنگيني چون سرب را به ترتيب با بازدهي 64% و 56% فراهم مي¬كنند.

1400/02/13

Investigation on the Effective Parameters in the Production of Graphene Oxide-PVA Hydrogel Composite

3/7/2022 12:00:00 AM

Unique characteristics of hydrogels made them an appropriate choice to use in various applications in single or composite form. In this research, the effective parameters in the production of graphene oxide (GO)-polyvinyl alcohol (PVA) hydrogel composite with the aim of achieving hydrogel with open pores, having appropriate mechanical characteristics, ability to adsorb water pollutions by freezing-thawing method have been investigated. The freezing-thawing process involves the variable number of cycles of placement of the samples after dissolution, in the freezer and then at room temperature for a specified period of time, which leads to changes in the properties of the hydrogel. In the following, other components such as aloe vera, banana peel and polyethylene glycol were also added to the composite to improve its properties. In addition to the formulas of swelling, porosity, density and gel fraction; Fourier-Transform infrared (FT-IR) Spectroscopy, Ultraviolet-Visible Spectroscopy (UV-Vis), Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) and Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis were used for bonding, adsorption and microstructure studies. By using PVA as a polymer, GO and water as a solvent, PVA/GO optimum composite with maximum swelling ratio of 2735%, porosity of 94%, gel fraction of 83%, density of 0.39 ± 0.01 g/cm3 and the adsorption efficiency of methylene blue 99.6% was prepared. This sample contains 5 wt.% polyvinyl Alcohol, 2 wt.% graphene oxide, freezing time of 6 h, thawing time 4 h and 5 freeze-thawing cycles. Moreover, the sample containing 5 wt.% polyvinyl Alcohol, 1 wt.% graphene oxide, freezing time of 6 h, thawing time 4 h during and 5 freeze-thawing cycles has the optimum strength of 1.6 ± 0. 1 MPa. At last, the results of adding aloe vera, banana peel and polyethylene glycol to the composite were showed that by the presence of aloe vera and banana peel, this composite has the ability to absorb heavy metals such as lead with an efficiency of 64% and 52%, respectively.

كامپوزيت هيدروژلي , پلي‌وينيل‌الكل , اكسيد‌گرافن , انجماد-ذوب

hydrogel composite , polyvinyl alcohol , graphene oxide , freeze-thaw