سنتز نانو بیوکامپوزیت نقره-پودر کف دریا

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

10.22075/chem.2017.2291

چکیده

درتحقیقحاضر،  ابتدامحلولکلوئیدینانوذراتنقرهازاحیاءنمکنیتراتنقرهبهروشاحیاءشیمیاییسنتزشد. دراین روش پلی وینیل الکل (PVA)بهعنوانعاملپایدارکنندهوتریسدیمسیتراتبهعنوانعاملاحیاءکنندهمورداستفادهقرارگرفت. طیفسنجیجذبمرئی-فرابنفش (UV-Vis) وتکنیکپراکندگیدینامیکینور (DLS)تشکیلنانوذراتنقرهبااندازهمتوسط 43  نانومترراتاًییدکردند. درمرحلهبعدیپودرکفدریاخریداریشده،چندینمرتبهباآبمقطرشستشودادهشدوپسازخشککردنازالکعبوردادهشدتاذراتبااندازهیکنواختحاصلشوند. ترکیباجزاءسازندهپودرآمادهسازیشدهبااستفادهازطیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس (XRF)شناساییشد. برایتهیهنانوبیوکامپوزیتموردنظر،مقدارمناسبیازمحلولکلوئیدینانوذراتنقرهسنتزشدهبامقدارمعینیازپودرکفدریاآمادهسازیشده،تحت امواج  اولتراسونیکمخلوطشدند.  بررسیتصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM)بیانگرتوزیعیکنواختنانوذراتنقرهدربسترپودرکفدریابود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Composite bio-synthesis of nano silver powder of the sea floor

چکیده [English]

reclamation of salt silver nitrate chemical synthesis method of CPR. In this method, polyvinyl alcohol (PVA) as پایدارکننده and trisodium citrate is used as a احیاءکننده agent. Visible-ultraviolet-absorption spectroscopy (UV-Vis) and dynamic light scattering (DLS) techniques formed the silver nanoparticles with 43 nm to a medium size تاًیید. In the next step powder purchased sea floor, rinsed with distilled water several times, and after drying of the elk were given passes to the resulting uniform size particles. The composition of the preparation of the powder components using x-ray fluorescence spectroscopy (XRF) was detected. For the preparation of nano-bio composit, a decent amount of colloidal silver nanoparticles synthesis solution with a certain amount of powdered sea floor preparation, under ultrasonic waves were mixed. Check the field emission electron microscope images of microscope (FE-SEM) represent a uniform distribution of silver nanoparticles in the context of sea floor powder

کلیدواژه‌ها [English]

  • Key words: Silver nanoparticles
  • chemical reclamation
  • sea floorpowder
  • Nano-bio composit

سنتزنانوبیوکامپوزیتنقره-پودرکفدریا

علی مهری­زاد*

گروه شیمی، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

 

تاریخ دریافت: 24/01/95              تاریخ تصحیح: 15/07/95           تاریخ پذیرش: 17/12/95

چکیده

درتحقیقحاضر،  ابتدامحلولکلوئیدینانوذراتنقرهازاحیاءنمکنیتراتنقرهبهروشاحیاءشیمیاییسنتزشد. دراین روش پلی وینیل الکل (PVA)بهعنوانعاملپایدارکنندهوتریسدیمسیتراتبهعنوانعاملاحیاءکنندهمورداستفادهقرارگرفت. طیفسنجیجذبمرئی-فرابنفش (UV-Vis) وتکنیکپراکندگیدینامیکینور (DLS)تشکیلنانوذراتنقرهبااندازهمتوسط 43  نانومترراتاًییدکردند. درمرحلهبعدیپودرکفدریاخریداریشده،چندینمرتبهباآبمقطرشستشودادهشدوپسازخشککردنازالکعبوردادهشدتاذراتبااندازهیکنواختحاصلشوند. ترکیباجزاءسازندهپودرآمادهسازیشدهبااستفادهازطیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس (XRF)شناساییشد. برایتهیهنانوبیوکامپوزیتموردنظر،مقدارمناسبیازمحلولکلوئیدینانوذراتنقرهسنتزشدهبامقدارمعینیازپودرکفدریاآمادهسازیشده،تحت امواج  اولتراسونیکمخلوطشدند.  بررسیتصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM)بیانگرتوزیعیکنواختنانوذراتنقرهدربسترپودرکفدریابود.

واژگان کلیدی: نانوذرات نقره، احیاء شیمیایی، پودر کف دریا، نانو بیوکامپوزیت

1-    مقدمه

امروزه استفاده از ذرات فلزی صفر ظرفیتی در پاکسازی آب­ها و خاک­های آلوده، موضوع بسیاری از تحقیقات بوده و مقالات منتشر شده در این زمینه حاکی از آن است که این ذرات (بویژه در مقیاس نانو) توانائی فوق­العاده­ای دارند. در سال­های اخیر پیشرفت­های چشمگیری در تبدیل آلاینده­های آلی و معدنی به ترکیبات بی­ضرر با استفاده از فلزات صفر ظرفیتی نظیر آهن صورت پذیرفته است  [5-1]. اساس کار برد  این است که آلاینده­های زیست محیطی می­توانند فلزات صفر ظرفیتی را اکسید نموده و خود احیاء شوند. مشکل اصلی استفاده از ن[1]انوذرات فلزات صفر ظرفیتی این است که چنین ذراتی به دلیل واکنش­پذیری بسیار بالا به سرعت اکسیده شده و یا کلوخه­ای می­شوند که این امر منجر به کاهش مکان­های فعال می­شود. راه حل این مشکل تهیه کامپوزیت­هایی است که قادر به تثبیت و نگهداری این نانوذرات می­باشند. در نتیجه، امروزه  مطالعاتی در زمینه نگهداری و تثبیت این نانوذرات بر روی مواد مختلفی مانند زئولیت­ها، خاک رس، کربن فعال صورت پذیرفته است [8-6]. در سال­های اخیر نانوذرات نقره کاربردهای زیادی در زمینه­های مختلف پیدا کرده­اند که از آن جمله می­توان به کاربرد این ذرات در حذف آلاینده­ها اشاره کرد [12-9]. نانوذرات نقره با استفاده از روش­های مختلفی مانند احیاء شیمیایی، الکتروشیمیایی، فوتوکاتالیزوری و غیره تهیه شده­اند[16-13]. یکی از رایج­ترین روش­ها برای سنتز نانوذرات نقره، احیاء شیمیایی محلول نمک­های نقره به وسیله عوامل احیاءکننده مناسب می­باشد که در فرآیند سنتز، کاتیون­های نقره با استفاده از عامل احیاءکننده احیاء شده و بصورت ذرات نقره صفر ظرفیتی حاصل می­شوند. همان­طور که قبلاً اشاره شد، مشکل اصلی استفاده از نانوذرات فلزات صفر ظرفیتی، سرعت اکسیده شدن بسیار بالای چنین ذراتی است که منجر به کاهش مکان­های فعال می­شود و راه حل این مشکل، تثبیت و نگهداری چنین ذراتی در بستر کامپوزت­ها می­باشد. به همین منظور در تحقیق حاضر در نظر است از پودر کف دریا به عنوان بستر کامپوزیت استفاده شود. کف دریا، غضروف پشت نرم تنی است که مخصوص آب­های شور است و هنگامی که این نرم تن می­میرد و بدنش توسط ماهی­ها خورده می­شود این غضروف توسط ماهی­ها قابل خوردن نبوده و چون سبک است به سطح آب دریا آمده و توسط امواج به سمت ساحل کشیده می­شود و توسط مردم محلی جمع آوری شده و پس از خشک شدن به قیمت ناچیزی جهت تغذیه پرندگان و یا سایر مصارف نظیر پودر سفید کننده دندان به فروش می­رسد [17و18]. در این تحقیق در نظر است ابتدا نانوذرات نقره به روش احیاء شیمیائی سنتز شده و از آمیختن این نانوذرات با پودر کف دریا، نانو بیوکامپوزیت نقره-پودر کف دریا تهیه شود.

2-    روش تجربی

2-1- مواد شیمیایی و دستگاه­ها

پودر کف دریا از فروشگاه عطاری خریداری شد. نیترات نقره (AgNO3)، پلی وینیل الکل (PVA) و تری سدیم سیترات (Na3C6H5O7) از شرکت مرک تهیه شد. در تمامی آزمایشات از آب دوبار تقطیر (دیونیزه) استفاده شد.

برای تهیه نانو بیوکامپوزیت نقره- پودر کف دریا از دستگاه اولتراسونیک Elma T 460/H, 170 W, 35 kHz استفاده شد. به منظور شناسائی نانوذرات نقره سنتز شده از اسپکتروفوتومتر دو شعاعی مرئی فرابنفش ([2]UV-Vis) UV-1700 Shimadzu و دستگاه پراکندگی دینامیکی نور (DLS[3]) ZS 3600 Malvern Nanosize استفاده شد. جهت ارزیابی عناصر و اجزاء سازنده پودر کف دریا از طیف­سنج فلورسانس اشعه ایکس ([4]XRF) ED 2000 Oxford استفاده گردید. برای بررسی ریخت شناسی (مورفولوژی) کامپوزیت تهیه شده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی ([5]FE-SEM) MIRA3FEG Tescan استفاده شد.

 

 

 

2-2- روش سنتز نانوذرات نقره

ابتدا محلول کلوئیدی نانوذرات نقره از احیاء نمک نیترات نقره به روش احیاء شیمیایی سنتز شد. برای این منظور در ارلن مایر کاملاً تمیز 500 میلی­لیتری مقدار 225 میلی­لیتر آب دوبار تقطیر ریخته شد و بر روی آن 25 میلی­لیتر پلی وینیل الکل 1 % اضافه شد و مخلوط حاصل بر روی همزن مغناطیسی (با دور rpm 800) مجهز به هیتر قرار داده شد و تا نزدیکی نقطه جوش حرارات داده شد. قبل از جوشیدن محلول، 500 میکرو­لیتر از نیترات نقره 40 مولار اضافه شد و در حین جوشیدن 3 میلی­لیتر از تری­سدیم سیترات 15 % بصورت قطره قطره اضافه شد. ارلن حاوی محتویات فوق در درون مخلوط آب و یخ قرار داده شد تا دمای آن به 8-7 درجه سلسیوس کاهش یابد.

2-3- روش آماده­سازی پودر کف دریا

پودر کف دریا خریداری شده، چندین مرتبه با آب مقطر شستشو داده شد و پس از خشک کردن از الک عبور داده شد تا ذرات با اندازه یکنواخت حاصل شوند.

2-4- روش تهیه نانو بیوکامپوزیت نقره-پودر کف دریا

به منظور تهیه نانو بیوکامپوزیت نقره- پودر کف دریا، ارلن محتوی 200 میلی­لیتر محلول کلوئیدی نانوذرات نقره سنتز شده به مدت 5 دقیقه تحت امواج اولتراسونیک (با فرکانس 45 کیلو هرتز و قدرت100 % ) قرار داده شد، سپس 20 گرم از پودر کف دریای آماده­سازی شده بر روی آن اضافه شد و مخلوط حاصل به مدت 30 دقیقه تحت امواج اولتراسونیک قرار داده شد. نهایتاً مخلوط تهیه شده با استفاده از قیف بوخنر صاف شد و پودر حاصل در داخل آون با دمای 60 درجه سلسیوس به مدت 20 ساعت خشک شد.

3-    بحث و نتیجه­گیری

در این بخش به ترتیب، نتایج حاصل از ارزیابی کیفیت نانوذرات نقره سنتز شده، پودر کف دریا آماده­سازی شده و نانو بیوکامپوزیت نقره-پودر کف دریا تهیه شده ارائه شده است.

3-1- شناسائی نانوذرات نقره سنتز شده

به منظور شناسائی نانوذرات نقره سنتز شده و نیز تعیین سایز و دامنه توزیع نانوذرات به ترتیب از طیف حاصل از طیفسنجی جذب مرئی فرابنفش (UV-Vis) و نمودار بدست آمده از تکنیک پراکندگی دینامیکی نور (DLS) بهره برده شد که نتایج در شکل­های 1 و2 شده است.

                       

شکل 1. طیف جذبی UV-Vis نانوذرات نقره سنتز شده

 

شکل 2. نمودار DLS نانوذرات نقره سنتز شده

همان­طور که از شکل 1 مشاهده می­شود حداکثر طول موج جذب محلول کلوئیدی نانوذرات نقره برابر 465 نانومتر می­باشد که این مقدار از مشخصات جذبی نانوذرات نقره در ناحیه مرئی-فرابنفش بوده و در توافق با یافته­های دیگر پژوهشگران می­باشد [19]. با توجه به شکل 2 نیز ملاحظه می­شود میانگین سایز ذرات نقره سنتز شده برابر 13/43 نانومتر می­باشد.

3-2- شناسائی پودر کف دریا

جهت شناسائی عناصر و اجزاء سازنده پودر کف دریا از تکنیک طیف­سنجی فلورسانس اشعه ایکس (XRF) استفاده شد که نتایج حاصل در جدول 1 آورده شده است.

 

 

جدول 1. نتایج آنالیز XRF پودر کف دریا

ترکیب شیمیایی

درصد وزنی (%)

CaO

54/92

Na2O

78/1

SO3

74/1

MgO

43/1

Cl

79/0

SrO

62/0

SiO2

44/0

Fe2O3

43/0

K2O

14/0

 

با توجه به نتایج مندرج در جدول 1 ملاحظه می­شود که قسمت اعظم پودر از اکسید کلسیم تشکیل شده است.

3-3- شناسائی نانو بیوکامپوزیت نقره-پودر کف دریا

به منظور ارزیابی ریخت شناسی (مورفولوژی) کامپوزیت تهیه شده و نیز بدست آوردن نقشه نقطه به نقطه (Dot mapping) آن، از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) استفاده شد که تصاویر  حاصل در شکل­های3 و4  نشان داده  شده است.

 

شکل 3. تصویر FE-SEM نانو بیوکامپوزیت نقره-پودر کف دریا

 

شکل 4. Dot mapping نانو بیوکامپوزیت نقره-پودر کف دریا

با توجه به تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی و نقشه نقطه به نقطه نانو بیوکامپوزیت تهیه شده (شکل­های 3و4) ملاحظه می­شود که توزیع نانوذرات نقره در بستر پودر کف دریا بصورت کاملاً یکنواخت می­باشد که حاکی از موفقیت در تثبیت و نگهدای نانوذرات نقره در بستر کامپوزت می­باشد که این امر می­تواند در کاربرد نانوذرات نقره در زمینه­های رفع آلودگی ترکیبات آلی نقش بسزائی ایفا کند.

4-    نتیجه­گیری

طیف جذبی UV-Vis و نمودار DLS مؤید سنتز نانوذرات نقره با قطر متوسط 13/43 نانومتر می­باشد. شناسائی ترکیب شیمیایی پودر کف دریا با تکنینک XRF نشان داد که بخش اعظم آن از اکسید کلسیم تشکیل شده است. تصاویر حاصل از FE-SEM و   Dot mapping  حاکی از آن است که توزیع ذرات نقره در بستر پودر کف دریا بصورت یکنواخت صورت پذیرفته است.

5-    مراجع

[1] X. Fan, F. Zhang, G. Zhang, J. Du, Dyes Pigments, 75 (2007) 189.

[2] C. J. Liao, T. L. Chung, W. L. Chen, S. L. Kuo, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 265 (2007) 189.

[3] Y. H. Hwang, D. G. Kim, H. S. Shin, Journal of Hazardous Materials, 185 (2011) 1513.

[4] T. Almeelbi, A. Bezbaruah, Journal of Nanoparticle Research, 14 (2012) 900.

[5] M. Agrwal, D. Patel, International Journal of Environmental Research, 9 (2015) 1055.

[6] G. Riahi, D. Guillemot, M. Polisset-Thfoin, A. A. Khodadadi, J. Fraissard, Catalysis Today, 72 (2002) 115.

[7] M. M. Hossain, M. A. Al-Saleh, M. A. Shalabi, T. Kimura, T. Inui, Applied Catalysis: A, 274 (2004) 43.

[8] F. Marahel, M. Ghaedi, S. Nasiri Kokhdan, Fresenius Environmental Bulletin, 21 (2012) 163.

[9] H. H. Nersisyan, J. H. Lee, H. T. Son, C. W. Won, D. Y. Maeng, Material Research Bulletion, 38 (2003) 949.

[10] A. Panacek, L. Kvitek, R. Prucek, M. Kolar, R. Vecerova, N. Pizurova, Journal of Physical Chemistry, 110 (2006) 16248.

[11] S. Shrivastava, T. Bera, A. Roy, G. Singh, P. Ramachandrarao, D. Dash, Nanotechnology, 18 (2007) 103.

[12] B. Reidy, A. Haase, A. Luch, K. A. Dawson, I. Lynch, Materials, 6 (2013) 2295.

[13] E. Sumesh, M. S. Bootharaju, A, T. Pradeep, Journal of Hazardous Materials, 189 (2011) 450.

[14] J. Pal, M. Kanti Deb, D. K. Deshmukh, D. Verma, Applied Water Science, 3 (2013) 367.

[15] A. Ebeling, V. Hartmann, A. Rockman, A. Armstrong, R. Balza, J. Erbe, D. Ebeling, Computational Water, Energy, and Environmental Engineering,  2 (2013) 16.

[16] T. Ahmed, Z. Ahmad Bhatti, F. Maqbool, Q. Mahmood Faridullah, S. Qayyum, N. Mushtaq Desalination and Water Treatment, 57 (2016) 1.

[17] J. Cadman, S. Zhou, Y. Chen, Q. Li, Journal of Bionic Engineering, 9 (2012) 367.

[18] M. R. Shushizadeh, E. Moghimi Pour, A. Zare, Z. Lashkari, Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre, 6 (2015) 133.

[19] A. R.Kiasat, R. Mirzajani, F. Ataeian, M. Fallah-Mehrjard, Chinese Chemical Letters, 21 (2010) 1015.



*. نویسنده مسئول: استادیار شیمی فیزیک                                                                      ali.mehrizad@yahoo.com & mehrizad@iaut.ac.ir

 

[2] Ultraviolet-Visible

[3] Dynamic light scattering

[4] X-ray fluorescence

[5] Filed emission scanning electron microscopy