سنتز و شناسایی نانو هیبریدهای sio2/tio2تابش پز به عنوان پوشش های کاتالیست نوری

نانو کامپوزیت های پر شده پلیمری 1-1-1-مقدمه: کامپوزیتهای پلیمری متعارف معمولاً توسط پرکنندهها در مقیاس میکرومتر با بستر های پلیمری تقویت شدهاند. کاربردهایی برای مقیاسی بزرگ طی دههها در صنعت خودرو، ساخت و ساز، الکترونیک و محصولات مصرفی پیدا کردهاند. کامپوزیتها خواص توسعه یافته ای نظیر سفتی و قدرت بالاتر در مقایسه با پلیمر های معمولی [2 ،1] بدست آوردنداگرچه خواص بدست آمده توسط این کامپوزیتهای سنتی شامل خطراتی میشود. برای مثال سفتی بدست آمده در هزینه از سختی بدست آمده که آن هم در داد و ستد برای وضوح نوری بوده مناسب تر است.اخیراً کامپوزیتهای پلیمری پرشده در مقیاس نانو روش جدیدی برای غلبه بر محدودیتهای همتایان سنتی شان دادهاند. یک ایده پیشنهادی توسط نظریه miccomchics فعلی (جاری) [3] است که بر خواص موثر کامپوزیتهای پلیمری پرشده در مقیاس میکرو روی ثابتهای کسر حجمی ترکیبات، قطعات، شکل و آرایش پرکننده و پلیمر/ پرکننده رابط، تکیه میکند. براساس این ایده خواص کامپوزیتهای پلیمری همچنین مستقل از اندازه پرکننده است لزوماً این ممکن است درست نباشد، برای نانوکامپوزیتهای پلیمری برجسته ترین تفاوت نانو کامپوزیتها در مقایسه با همتایان سنتی خود در کوچکی است. -4-ساختارهای تیتانیم دی اکسید و سیلیسیم دی اکسید 1-4-1- تیتانیم دی اکسید: tio2 این ماده معدنی بطور وسیعی در رنگهای ساختمانی و رنگهای هنری کاربرد دارد و این استفاده بعلت خاصیت پوشش قوی است که دارد تیتانیم دی اکسید یک ماده رنگی است که در این مورد استفاده وسیعی دارد. این ماده منتصویر کننده برای پرتو فروسرخ می باشد و برای رصد خورشید در زمانی که براثر گرما دید ضعیف باشد نیز استفاده می شود. 1-4-2-اثرات تیتانیم دی اکسید روی سلامتی انسان: ساخت شیشه بعنوان ماده اصلی محسوب می شود و در شکل خالص خود کوارتز نامیده می شود که در ساخت فیبرهای نوری کاربرد دارد. هدف از اجرای این پروژه شناسایی وستتر نانو هیبریه های tio2 - sio2 به عنوان پوشش های کاتالیست نوری می باشد که در رنگبری کاربرد دارد مثلاً در اگر این ماده با پوست و چشم تماس پیدا کند باعث تحریک می شود تنفس و تماس پوستی و چشمی راههای ورود آن به بدن است. سرطانزایی: آژانس بین المللی تحقیقات سرطان (ia rc) این ماده را در گروه سوم طبقه بنادی کرده است. تیتانیم دی اکسید بصورت دو آلوتروپ روتیل و آناتاس وجود دارد که اولی می تواندخاصیت فوتوکاتالیستی برای رنگبری داشته باشد و دومی در ساختار برخی از رنگدانه ها وجود دارد.در این تحقیق ما از آلوتروپ روتیل استفاده نمودیم. 1-4-3- سیلیسم دی اکسید sio2 این ماده که ماده اصلی تشکیل دهنده شن و ماسه است حاوی سیلیم و اکسیژن می باشد که فرآوان ترین عناصر تشکیل دهنده پوسته زمین اند و در رنگبری پساب های صنعتی و فاضلابهای شهری که بخش مهمی از تصفیه فاضلاب به شمار می رود. بطوریکه با عبور فاضلاب از این هیبرید و تابش پرتو uv رنگ آن از بین برود می توان بررسی نمود: 1-5- پوشش های فوتو کاتالیستی(کاتالیست نوری) 1-5-1- نانوفوتوکاتالیست فتوکاتالیست ها موادی هستند که باعث نابودی آلاینده ها در آب و فاضلاب و تبدیل آن ها به مواد بی خطر نظیر آب و دی اکسیدکربن می شوند. در حقیقت این مواد در اثر تابش نور منجر به بروز یک واکنش شیمیایی شوند، در حالی که خود ماده، دست خوش هیچ تغییری نمی شود. فتوکاتالیست ها مستقیماً در واکنش های اکسایش و کاهش دخالت ندارند و فقط شرایط موردنیاز برای انجام واکنش ها را فراهم می کنند تعدادی از مواد که به عنوان فتوکاتالیست به کار می روند عبارتند از: دی اکسید تیتانیم (tio2)، اکسیدروی (zno)، اکسید آهن (fe2o3)، اکسید تنگستن (wo2 ) 1-5-2فوتوکاتالیست tio2 در سال 1972 هنگامیکه پروفسور فوجی شیما و دانشجویش هوندا مشغول انجام آزمایش بودند به پدیده عجیبی برخوردند. آن ها مشاهده کردند که به هنگام قرار دادن الکترودهایی از جنس tio2و pt در آب، مدرای تشکیل می شود که بدون اعمال جریان الکتریسیته از بیرون، و تنها در معرض نور می تواند آب را به اکسیژن و هیدروژن تجزیه کند. به دنبال این پدیده هوندا کشف کرد که tio2 خاصیت کسیدکنندگی قوی دارد. بنابراین مطالعات خود را بر روی اثر این ماده ارزشمند در پدیده های زیست محیطی مانند استریلیزه کردن، گندزدایی و حذف آلودگی ها معطوف کرد. محصولات جدید این فناوری دارای اثرات ضدباکتریایی است و بنابرانی یکی از پیشرفته ترین ابزار برای ضدعفونی کردن فضاها و یکی از شاخه های اصلی مورد مطالعه در صنعت مواد است. 1-5-3خاصیت فوتوکاتالیستی tio2 امروزه فوتوکاتالیست های نانومتری از ذرات tio2با اندازه دانه 20 نانومتر ساخته می شود. پس از جذب uv اشعه خورشیدی توسط این ذرات، الکترون های آن ها توسط انرژی uv به تحرک درآمده و از مدار خود خارج می شوند، که نتیجه آن بر جای گذاشتن حفراتی است که قابلیت اکسیدکنندگی بسیار بالایی دارند. در عین حال الکترون ها که خاصیت احیایی قوی دارند، پس از تماس با h2o و o2 هوا مطابق واکنش (1-1) رادیکال های آزاد اکسیژنی و هیدروکسیدی ایجاد می کنند. این رادیکال های آزاد خاصیت اکسیدکنندگی بالایی داشته و قادر خواهند بود که مواد آلاینده، دود و باکتری های مضر را به مواد بی ضرری مانند h2o و co2 تجزیه کنند. محققان از اکسیداسیون فوتوکاتالیستی برای شکستن و از بین بردن بسیاری از آلاینده های ارگانیک (آلی) و تبدیل آن ها به co2 و آب استفاده می کنند. این روش برای تصفیه آب آشامیدنی، از بین بردن باکتری ها و ویروس ها و جدا کردن فلزات از جریان فاضلاب ها به کار می رود. در مورد تصفیه آب، تحقیقات نشان داد که هیدروکربن های آلیفاتیک کلردار با استفاده از این روش کلرزدایی شده و به co2 و h2o شکسته می شوند. علاوه بر این بسیاری از آروماتیک ها که در برابر واکنش های اکسیداسیونی معمولی مقاوم هستند به راحتی از بین می روند. 1-5-4-استفاده از نانو فناوری در بهبود خاصیت فوتوکاتالیستی tio2 نانو فناوری تنها به ذرات بسیار کوچک مربوط نیست، بلکه یک دانش انقلابی و هنر دستکاری ماده در مقیاس اتمی یا مولکولی است. محققان در حوزه های مرتبط با نانو مواد، نیازمند روش های پیشرفته ساخت مواد هستند که از اشتراک فرآیندهای بالا به پایین و پایین به بالا حاصل می آید. زمانی که ماده به اندازه 1 تا 100 نانومتر کوچک شود، بسیاری از خواص آن تغییر کرده و خواص منحصر به فردی که از هر دو حالت ماکرو و تک اتم متفاوت است، پیدا می کند. دلیل این امر، اثرات کوانتومی، محدودیت منطقه ای ماده، و تأثیرات فصل مشترک است. هدف نهایی فناوری نانو تولید محصولاتی با کاربری ویژه و خواص فیزیکی و شیمایی جدید است. به عنوان مثال دست یابی به استحکامی 10 برابر بیشتر از آهن، بسیار آسان خواهد شد، تمامی اطلاعات یک کتابخانه در یک تراشه به اندازه حبه قند قابل جمع آوری، و تومورهایی به اندازه چندید سلول قابل شناسایی خواهد بود. 2-1-بخش تجربی در ابتدا به معرفی مواد مورد نیاز در تحقیق می پردازم تا کاربرد و علت استفاده از هریک مشخص گردد. مواد اصلی تهیه نانو ذرات تترا اتیل اورتو تیتانات یا اتیل تیتانات و تری متوکسی سیلیل پروپیل متاکریلات است از ایزوپروپیل الکل برای پخش کردن دو ماده در هم استفاده می شود.ماده اصلی هم رزین اپوکسی 828 است.همچنین ازمواد دیگر در تهیه پلیمر استفاده می شود.mdhq.hcl.maa.nmdea.tmpta,دی فنیل کتون و تری فنیل فسفین 2-3- بخش آزمایشگاهی 2-3-1-مقدمه این بخش شامل سه مرحله می باشد: آ-مرحله اول شامل تهیه نانو ذره tio2-sio2دارای گروه متاکریلات ب-مرحله دوم شامل سنتزرزین اپوکسی اکریلات پ-مرحله سوم تهیه نانو هیبرید 25درصد از ترکیبات سنتز شده در مراحل اول و دوم میباشد 2-3-2-تهیه نانو هیبریدهای tio2-sio2 دارای پیوند دوگانه مواد لازم: ایزوپروپیل الکل (2-پروپانول).تری اتیل اورتو تیتانات.تری متوکسی سیلیل متااکریلات.اب مقطروهیدرو کلریک اسید.تمامی مواد یاد شده از شرکت مرک آلمان تهیه گردیده است. روش کار: ابتدا مقدار 100 گرم ایزوپروپیل الکل را با ترازو توزین نموده و به کمک هم زن مغناطیسی آن را هم می زنیم. سپس مقدار 35 گرم teot به آن می افزاییم و روی دستگاه می گذاریم تا هم زدن انجام شود پس از مدتی مخلوط شیری رنگ می شود و حالت سل پیدا می کند سپس مقدار 25/3 گرم tmpma به آن افزوده و اجازه می دهیم تا حدود 2ساعت دیگر هم زدن ادامه یابد بعد به آن 3 گرم آب مقطری که 3 قطره به آن هیدروکلریک اسید اضافه کرده ایم می افزاییم بعد هم-زدن را به مدت 24 ساعت ادامه می دهیم. ماده حاصل علاوه بر هیبرید tio2-sio2 شامل بخش آلی متاکریلات است که گروه = ch2 حاوی پیوند دوگانه امکان ساخت یک هیبرید یکنواخت در رزین اپوکسی را خواهد داد. لازم به توضیح است چون ایزوپروپیل الکل مقداری آب دارد واکنش آبکافت (هیدرولیز) در ابتدای کار سرعت لازم را دارد و به آرامی اجازه می دهیم پیش برود تا ذرات ریز تشکیل شود (شکل 2-3). نتیجه گیری در این تحقیق نانو ذرات tio2 و sio2 سنتز و به روش شیمیایی اصلاح شد. رزین تابش پز به کمک رزین ایوکسی 828 در اکریلیک اسید در حضور کاتالیزور تری فنیل فسفین سنتز و پوشش فتو کاتالیستی تابش پز با استفاده از نانو ذرات tio2 و sio2 و رزین اپوکسی اکریلات به کمک هموژنایزر تهیه شد. نتایج طیف سنجی های زیر قرمز تبدیل فوریه رزین و نانو ذرات اصلاح شده و نشده، سنتز موفقیت آمیز رزین با قابلیت تابش پز بودن و اصلاح شیمیایی مناسب نانو ذرات را اثبات نمود. مطالعات ریخت شناسی حاکی از تشکیل ذرات در مقیاس نانویی بوده و ذرات دارای آرایش یکسان و پراکنش مناسب در بستر رزین اپوکسی اکریلات می باشد. آزمون های گرماسنجی نشان دهنده دمای انتقال شیشه ای 26 درجه سانتی گراد بود و تخریب پوشش در دمای بالاتر از 220 درجه سانتی گراد مشخص شد. خواص کاتالیزور نوری پوشش بدست آمده بر روی رنگبری ماده رنگزای آلی با پرتودهی پرتو فرابنفش عملکرد مناسب آن در رنگ بری رنگزا های آلی را اثبات نمود.