22371

طراحي،تهيه و مشخصه يابي نانوكامپوزيت مغناطيسي و بررسي عملكرد آنها در جذب آلاينده هاي زيست محيطي

كارشناسي ارشد

فيزيك ماده چگال

1397

1399/04/28

دكتر محسن بابامرادي - دكتر علي ملكي

فيزيك

سنتز آسان نانوكامپوزيت مغناظيسي Fe3O4-HNTs-Ppy به صورت پليمراسيون درجا در 2 مرحله به صورت رسوب گيري مغناطيسي صورت گرفت. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي(SEM) مورفولوژي سطح نمونه و قرار گيري نانوذرات مغناطيسي روي نانولوله هاي هالوزيت و همچنين در مرحله بعد پوشش پليمري را روي سطح نانوذرات به خوبي نشان مي دهد. طيف سنج تبديل فوريه فرو سرخ(FTIR) تشكيل پيوند هاي مدّ نظر مانند تشكيل پليمر و يا پيوند Fe_O را به خوبي متمايز مي سازد. همچنين براي ساير مشخصه يابي هاي فيزيكي نانوكامپوزيت از آناليزهاي مغناطيس سنج نمونه ارتعاشي(VSM)، طيف سنجي پراش انرژي اشعه ايكس(EDX)، آناليز توزين حرارتي(TGA) و اندازه گيري سطح ويژه نمونه (BET) استفاده شد. آناليز مغناطيس سنج نمونه ارتعاشي نشان داد كه ميزان مغناطيسي بودن Fe3O4 در حدود emu/g65 بود كه با افزودن HNTs و Ppy به آن مقدار مغناطش اشباع آن به ترتيب به emu/g 35 و emu/g 7 رسيد. آناليز توزين حرارتي نشان داد كه از دو درصد وزني سنتز شده يكي شامل 47% و ديگري شامل 67% از پليمر پلي پيرول بودند. همچنين پايداري دمايي نانوجاذب مغناطيسي در حدود 325درجه سانتي گراد مي باشد و بعد از آن با توجه به تبخير پلي پيرول ساختار تخريب مي شود. اندازه گيري سطح ويژه نمونه نيز نشان داد كه جاذب سنتز شده از نوع مزومتخلخل مي باشد. براي خاصيت جذب سطحي يون هاي فلزي سنگين و سمّي روي جاذب نيز به دليل مغناطيسي بودن نانوكامپوزيت و متخلخل بودن سطح آن مطالعاتي صورت گرفت. براي بررسي ميزان جذب اتم هاي فلزي از آناليز جذب اتمي(AAS) استفاده شد. مقدار جذب فلز مس و كادميم با 30 ميلي گرم جاذب در محلول PPM250 در مدت زمان 60 دقيقه به ترتيب 8/82% و 2/77% بوده است. درصد وزني نمونه هاي توليد شده تغيير يافت تا بيشترين ميزان جذب فلزايت سنگين مس و كادميم مشخص شوند. با تغيير درصد وزني نانوكامپوزيت مشخص شد كه هرچه ميزان مغناطيسي بودن جاذب بيشتر باشد، ميزان جذب بيشتر است. بنابراين با كاهش ميزان استفاده از پليمر و يا كاهش ميزان استفاده از نانولوله‌هاي هالوزيت كه خاصيت مغناطيسي نانوكامپوزيت را كاهش مي دهند، ميتوان ميزان جذب را افزايش داد. ايزوترم هاي جذبي و سينتيكي نيز بررسي شدند. كلمات كليدي: آلودگي آب، جاذب مغناطيسي، نانولوله هاي هالوزيت، فلرات سنگين، ايزوترم جذبي

1399/06/11

Design, synthesis and characterization of magnetic nanocomposite and study it’s properties in absorbing the environmental pollutants

7/18/2020 12:00:00 AM

Easy synthesis of Fe3O4-HNTs-Ppy magnetic nanocomposite was done by in situ polymerization in 2 steps by magnetic deposition. Scanning electron microscopy (SEM) images show the morphology of the sample surface and the placement of magnetic nanoparticles on the halloysite nanotubes as well as the polymer coating on the surface of the nanoparticles. Infrared Fourier Transform Spectrometer (FTIR) distinguishes well-formed bonds such as polymer or Fe_O bonds. Also for other physical characterizations of nanocomposites, vibration sample magnetometer (VSM) analyzers, X-ray energy diffraction (EDX) spectroscopy, Thermogravimetric analysis (TGA) and sample specific surface area (BET) measurements were used. Magnetometric analysis of the vibrating sample showed that the saturation magnetization of Fe3O4 was about 65 emu / g, which by adding HNTs and Ppy to that amount of saturation magnetization reached 35 emu / g and 7 emu / g, respectively. Thermal weight analysis showed that of the two weight percent synthesized, one contained 47% and the other contained 67% of the polypyrrole polymer. Also, the temperature stability of magnetic nanosorbents is about 325 ° C and then the structure is destroyed due to evaporation of polypyrrole. Measurement of specific surface area of the sample also showed that the synthesized adsorbent is of the mesoporous type. Studies were performed on the adsorption properties of heavy and toxic metal ions on the adsorbent due to the magnetic nature of the nanocomposite and its porous surface. Atomic absorption analysis (AAS) was used to evaluate the adsorption rate of heavy metal ions. The adsorption of copper and cadmium metal with 30 mg of adsorbent in 250 PPM solution for 60 minutes was 82.8% and 77.2%, respectively. The weight percentage of the produced samples was changed to determine the maximum amount of heavy metal adsorption of copper and cadmium. By changing the weight percentage of nanocomposite, it was found that the higher the magnetism of the adsorbent, the higher the adsorption rate. Therefore, by reducing the use of polymer or reducing the use of halloysite nanotubes that reduce the magnetic properties of the nanocomposite, the adsorption rate can be increased. Absorption and kinetic isotherms were also investigated. Keywords: Water Pollution, Magnetic Adsorbent, Halloysite Nanotubes, Heavy metals, Absorption Isotherm