نانو ساختارها - جلسه هفتم
مزوپروس های سیلیكاتی با دارا بودن شبكه خنثی كاربردهای محدودی دارند.
نویسنده : شایان فروزنده دل
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
تاریخ : يکشنبه 1396/11/01 ساعت 09:36
عنوان:
نانو ساختارهای lus
اهداف جلسه:
· آشنایی با عاملدار کردن ترکیبات متخلخل
· آشنایی با کاتالیست های LUS
وسایل مورد نیاز:
· دسترسی به اینترنت
· بالن 500 میلی لیتری
· سیلیكاژل
· سدیم هیدروکسید
· سورفاکتانت کاتیونی
· هیتر
· هیدروکلریک اسید
· آون
· اتوکلاو
مقدمه:
مزوپروس های سیلیكاتی با دارا بودن شبكه خنثی كاربردهای محدودی دارند. بدین ترتیب، برای افزایش قابلیت کاتالیزوری و جداسازی آن ها می توان مانند زئولیت‌ها ماهیت شبكه را از طریق وارد نمودن ناجوراتم‌ها یا گروه های عاملی اصلاح نمود. مزایای مواد هیبریدی معدنی - آلی براین اساس است که در برگیرنده ویژگی های هم زمان دو نوع ترکیب آلی و معدنی هستند. تركیبات معدنی می‌توانند پایداری مكانیكی، حرارتی و ساختاری را فراهم كنند در حالی كه اجزا آلی آن ها را بیشتر برای كاربردهای گسترده به عنوان كاتالیزور، حسگر و جاذب گازها آماده می‌كنند.
اتصال گروه های عاملی به طور عمده به سه روش انجام می شود:
١) عاملدار نمودن بعد از سنتز مزوپروس
در این روش، ابتدا مزوپروس سیلیكاتی تهیه شده، سپس گروه های عاملی آلی می‌توانند تهیه و وارد شبکه شده و به صورت گروه های انتهایی به سطح حفره های مزوپروس سیلیكاتی متصل شوند. سادگی و راحت بودن شکل گیری ساختار اصلی در این روش از مزایا آن و عدم یکنواختی، انسداد حفره‌ها و نشاندن کم گروه های آلی درون کانال ها از معایب آن محسوب می شود.
تولید مواد هیبریدی معدنی-آلی با استفاده از مزوپروس‌های سیلیكاتی و سیلوكسانهای آلی، R-گروه‌های عاملی آلی
2) سنتز تک ظرفی مزوپروس های سیلیکاتی
مزوپروس‌های سیلیكاتی حاوی گروه های آلی از تراكم هم زمان تتراآلكوكسی سیلان (Si(OR)4) و سیلوكسانهای آلی (R-Si(OR)3) در حضور مواد فعال سطحی که به عنوان شکل‌دهنده عمل میکند و مواد شیمیایی كمكی سنتز شده اند.
از مزیت های این روش می توان به توزیع یکنواخت گروه های آلی درون کانال های مزوحفره، کاهش کمتر در اندازه حفره ها، انسداد کمتر حفره ها و پایداری بیشتر نقطه اتصال گروه های آلی در شبکه سیلیکاتی اشاره کرد.
روش سنتز تک ظرفی برای اصلاح مزوپروس های سیلیكاتی، R-گروه عاملی
٣) مزوپروس های دوره ای (PMOs[Periodic Mesoporous Organosilicates])
ترکیب‌ها مزوپروس تناوبی، هیبریدی از گروه های معدنی سیلیکاتی و ترکیب‌ها آلی با توزیع یکنواخت در درون دیواره نانو حفره ها هستند.
از ویژگی های این ترکیب ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1) نشاندن 100 درصد گروه های آلی به صورت یکنواخت در کانال ها که در دو روش قبلی از 25 درصد تجاوز نمی کند.
2) گروه های آلی به دلیل قرار گرفتن در درون دیواره به هیچ وجه باعث انسداد حفره ها نمی‌شوند.
3) پیش ماده های آلی استفاده شده در تهیه این ترکیب‌ها به علت تنوع، باعث تولید دامنه وسیعی از مواد با خواص جالب الکتریکی، نوری، انتقال بار و مغناطیسی می شوند.
مکانیسم تشکیل این مواد همانند خانواده MCM-41 و SBA بوده که شامل گونه های آلی بیس تری آلکوکسی و تشکیل زنجیره های پلیمری و در نهایت تراکم آن ها اطراف ماده مؤثر سطحی است. این دسته از مواد به دلیل پایداری حرارتی و مکانیکی و کاربردهای ویژه آن به عنوان کاتالیزورها، حسگرها[Sensors ]، مخزن بنزین(Gas Storage)، هم چنین در جاذب ها (Adsorption) و در کروماتوگرافی(Chromatography ) توسعه یافته اند.
سنتز مزوپروس های تناوبی با استفاده از گروه های آلكوكسی سیلان چندتایی و ورود اجزاء آلی در شبكه
با توجه به كاربردهای گسترده نانوساختارهای سیلیسی اصلاح شده در سنتز مواد آلی و هم چنین محدودیت های موجود در ساختارهای فعلی، طراحی و ساخت نانوساختارهای سیلیسی اصلاح شده كارا و جدید امری ضروری است. بنابراین انتخاب سطحی با گروه های سیلانول آزاد بیشتر، این امكان را فراهم می سازد تا بتوان گروه های عاملی آلی (اسیدی و بازی) بیشتری را به صورت كووالان و دائمی به سطح متصل كرد. این امر سبب افزایش آبگریزی بیشتر سطح نانوساختار و در نتیجه تغییر در عملكرد آن خواهد شد. برای این منظور از سیلیكای مزومتخلخل LUS-1 استفاده شد. LUS كلمه ای است كه از اختصار سه كلمه لاوال یونیورسیتی سیلیكا بدست آمده است. این تركیب یك سیلیكای مزومتخلخل منتظم با مساحت سطح بالا و اندازه حفره 2 الی 3 نانومتر به عنوان زیرگروهی از خانواده ترکیبات متخلخل است، این تركیب فرم تاروپودی دارد. این ویژگی سبب میشود تا این تركیب نسبت به تركیبات مزومتخلخل مشابه نفوذ بیشتری داشته باشد. از طرفی به دلیل وجود گروه های سیلانول بیشتر بر روی سطح داخلی حفره ها، قادر خواهد بود با عوامل اصلاح كننده بیشتری پیوند دهد. یكی دیگر از مزایای این تركیب نسبت به تركیبات مزومتخلخل سیلیكاتی مشابه مقاومت هیدروترمال بالاتر این تركیب میباشد. علاوه بر این به دلیل كوچك بودن اندازه حفرات این امكان وجود دارد كه برخی از واكنش ها به صورت گزینشی با روند بسیار خوبی انجام شوند، و برخی دیگر به دلیل ازدحام فضایی محصول ها یا واكنش گرها پیش نروند.
روش کار
1. 15.5 گرم سیلیکای کلوئیدی به محلول سدیم هیدروکسید (2 گرم در 50 سی سی آب) اضافه کنید.
2. محلول تا 70 درجه سانتی گراد حرارت داده شود تا شفاف شود.
3. ستیل تیری متیل آمونیوم پارا-تولوئن سولفونات (2.5 گرم) در 90 سی سی آب حل شود.
4. محلول گام 3 به مدت 1 ساعت در 40 درجه سانتی گراد حرارت داده شود.
5. محلول اول قطره قطره به محلول دوم اضافه شود.
6. 20 ساعت در اتوکلاو با دمای 130 درجه سانتی گراد حرارت داده شود.
7. برای حذف سورفاکتانت محلول هیدروکلریک اسید 0.1 نرمال به اتانول اضافه شود.
8. محلول دو ساعت هم زده شود، صاف شود و با آب مقطر شسته شود.
9. در نهایت در 100 درجه سانتی گراد رسوب به دست آمده خشک شود.
سوالات
1. تفاوت عملکرد ترکیبات نانوساختار به کدام عامل بستگی دارد؟
2. نظم در تخلخل ترکیبات سیلیکیاتی چه تاثیری بر عملکرد ان ها دارد؟
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: مینا رزقی و شایان فروزنده دل
تنظیم: زینب شاه مرادی
نانو ساختارهای lus
اهداف جلسه:
· آشنایی با عاملدار کردن ترکیبات متخلخل
· آشنایی با کاتالیست های LUS
وسایل مورد نیاز:
· دسترسی به اینترنت
· بالن 500 میلی لیتری
· سیلیكاژل
· سدیم هیدروکسید
· سورفاکتانت کاتیونی
· هیتر
· هیدروکلریک اسید
· آون
· اتوکلاو
مقدمه:
مزوپروس های سیلیكاتی با دارا بودن شبكه خنثی كاربردهای محدودی دارند. بدین ترتیب، برای افزایش قابلیت کاتالیزوری و جداسازی آن ها می توان مانند زئولیت‌ها ماهیت شبكه را از طریق وارد نمودن ناجوراتم‌ها یا گروه های عاملی اصلاح نمود. مزایای مواد هیبریدی معدنی - آلی براین اساس است که در برگیرنده ویژگی های هم زمان دو نوع ترکیب آلی و معدنی هستند. تركیبات معدنی می‌توانند پایداری مكانیكی، حرارتی و ساختاری را فراهم كنند در حالی كه اجزا آلی آن ها را بیشتر برای كاربردهای گسترده به عنوان كاتالیزور، حسگر و جاذب گازها آماده می‌كنند.
اتصال گروه های عاملی به طور عمده به سه روش انجام می شود:
١) عاملدار نمودن بعد از سنتز مزوپروس
در این روش، ابتدا مزوپروس سیلیكاتی تهیه شده، سپس گروه های عاملی آلی می‌توانند تهیه و وارد شبکه شده و به صورت گروه های انتهایی به سطح حفره های مزوپروس سیلیكاتی متصل شوند. سادگی و راحت بودن شکل گیری ساختار اصلی در این روش از مزایا آن و عدم یکنواختی، انسداد حفره‌ها و نشاندن کم گروه های آلی درون کانال ها از معایب آن محسوب می شود.
تولید مواد هیبریدی معدنی-آلی با استفاده از مزوپروس‌های سیلیكاتی و سیلوكسانهای آلی، R-گروه‌های عاملی آلی
2) سنتز تک ظرفی مزوپروس های سیلیکاتی
مزوپروس‌های سیلیكاتی حاوی گروه های آلی از تراكم هم زمان تتراآلكوكسی سیلان (Si(OR)4) و سیلوكسانهای آلی (R-Si(OR)3) در حضور مواد فعال سطحی که به عنوان شکل‌دهنده عمل میکند و مواد شیمیایی كمكی سنتز شده اند.
از مزیت های این روش می توان به توزیع یکنواخت گروه های آلی درون کانال های مزوحفره، کاهش کمتر در اندازه حفره ها، انسداد کمتر حفره ها و پایداری بیشتر نقطه اتصال گروه های آلی در شبکه سیلیکاتی اشاره کرد.
روش سنتز تک ظرفی برای اصلاح مزوپروس های سیلیكاتی، R-گروه عاملی
٣) مزوپروس های دوره ای (PMOs[Periodic Mesoporous Organosilicates])
ترکیب‌ها مزوپروس تناوبی، هیبریدی از گروه های معدنی سیلیکاتی و ترکیب‌ها آلی با توزیع یکنواخت در درون دیواره نانو حفره ها هستند.
از ویژگی های این ترکیب ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1) نشاندن 100 درصد گروه های آلی به صورت یکنواخت در کانال ها که در دو روش قبلی از 25 درصد تجاوز نمی کند.
2) گروه های آلی به دلیل قرار گرفتن در درون دیواره به هیچ وجه باعث انسداد حفره ها نمی‌شوند.
3) پیش ماده های آلی استفاده شده در تهیه این ترکیب‌ها به علت تنوع، باعث تولید دامنه وسیعی از مواد با خواص جالب الکتریکی، نوری، انتقال بار و مغناطیسی می شوند.
مکانیسم تشکیل این مواد همانند خانواده MCM-41 و SBA بوده که شامل گونه های آلی بیس تری آلکوکسی و تشکیل زنجیره های پلیمری و در نهایت تراکم آن ها اطراف ماده مؤثر سطحی است. این دسته از مواد به دلیل پایداری حرارتی و مکانیکی و کاربردهای ویژه آن به عنوان کاتالیزورها، حسگرها[Sensors ]، مخزن بنزین(Gas Storage)، هم چنین در جاذب ها (Adsorption) و در کروماتوگرافی(Chromatography ) توسعه یافته اند.
سنتز مزوپروس های تناوبی با استفاده از گروه های آلكوكسی سیلان چندتایی و ورود اجزاء آلی در شبكه
1. 15.5 گرم سیلیکای کلوئیدی به محلول سدیم هیدروکسید (2 گرم در 50 سی سی آب) اضافه کنید.
2. محلول تا 70 درجه سانتی گراد حرارت داده شود تا شفاف شود.
3. ستیل تیری متیل آمونیوم پارا-تولوئن سولفونات (2.5 گرم) در 90 سی سی آب حل شود.
4. محلول گام 3 به مدت 1 ساعت در 40 درجه سانتی گراد حرارت داده شود.
5. محلول اول قطره قطره به محلول دوم اضافه شود.
6. 20 ساعت در اتوکلاو با دمای 130 درجه سانتی گراد حرارت داده شود.
7. برای حذف سورفاکتانت محلول هیدروکلریک اسید 0.1 نرمال به اتانول اضافه شود.
8. محلول دو ساعت هم زده شود، صاف شود و با آب مقطر شسته شود.
9. در نهایت در 100 درجه سانتی گراد رسوب به دست آمده خشک شود.
سوالات
1. تفاوت عملکرد ترکیبات نانوساختار به کدام عامل بستگی دارد؟
2. نظم در تخلخل ترکیبات سیلیکیاتی چه تاثیری بر عملکرد ان ها دارد؟
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: مینا رزقی و شایان فروزنده دل
تنظیم: زینب شاه مرادی
