وب سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان
وب سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان
سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
ظهور علم نانو در سال¬های اخیر منجر به پیشرفت قابل توجهی در علوم مختلف شده است. به ذراتی که دارای یک بعد و یا چند بعد در مقیاس 9-10 باشند نانوذره گفته می¬شود. کوچک شدن اندازه ذرات و رسیدن به مقیاس نانو باعث ایجاد خواص جدید و منحصر به فردی می شود
عکس نویسنده
عکس نویسنده
نویسنده : مهدی رحمانی
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

سنتز نانوذرات تیتانیوم دی اکسید
سنتز نانوذرات تیتانیوم دی اکسید

دهمین دوره از پروژه های دانش‌آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پرشور شما دوستان و علاقه‌مندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ها و ایده های خلاقانه خود در منوی"پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ها یاری نموده‌اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده های جالب، علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه‌ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقه‌مند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح های جدید شما عزیزان هستیم.

 

نام ایده: سنتز نانوذرات تیتانیوم دی اکسید با استفاده از روش سل-ژل و احتراقی و ارزیابی خواص فتوکاتالیستی آن¬ در حذف فرمیک اسید
نام ارائه‌دهنده/دهندگان: محمد مهدی رضایی، سید محمد حسین فاطمی، علی عبادی مهر، علی تنگستانی، رضا حسن نژاد، عرفان آقایی
زمینه و نوع پروژه: نانو
درجه سختی: متوسط
نام مدرسه: سرای دانش واحد سید خندان


در پژوهش حاضر دانش آموزان سعی در سنتز نانوذرات تیتانیوم دی اکسید با استفاده از روش سل-ژل و احتراقی و ارزیابی خواص فتوکاتالیستی آن در حذف فرمیک اسید داشتند لذا آن ها جهت دستیابی به اهداف پژوهش از روش زیر استفاده کردند.


ظهور علم نانو در سال های اخیر منجر به پیشرفت قابل توجهی در علوم مختلف شده است. به ذراتی که دارای یک بعد و یا چند بعد در مقیاس 9-10 باشند نانوذره گفته می شود. کوچک شدن اندازه ذرات و رسیدن به مقیاس نانو باعث ایجاد خواص جدید و منحصر به فردی می‌شود که این خواص با خواص آن ذرات در مقیاس بزرگ‌تر متفاوت می‌باشد. هر جسمی که ذرات تشکیل دهنده آن زیر nm 100 باشند دارای خواص و عملکرد بهتری نسبت به حالت عادی می باشد.


یکی از نانوذراتی که در سال های اخیر به صورت گسترده در زمینه های مختلف استفاده شده است تیتانیوم دی اکسید (TiO2) می باشد. از جمله خواص تیتانیوم دی اکسید (TiO2) می توان به خاصیت آب گریزی که باعث خود تمیزشوندگی می شود، حذف آلاینده ها از آب و حذف رنگ از آب مانند حذف متیلن بلو از آب و ... اشاره کرد. کاربرد و کارایی TiO2 به شدت تحت تأثیر ساختار بلوری شکل و اندازه ذرات آن است. بنابراین تلاش های بسیاری برای تولید نانو ذرات TiO2 ابا اندازه، شکل و تخلخل کنترل شده جهت استفاده در لایه های نازک سرامیک ها، کامپوزیت ها و کاتالیست ها صورت گرفته است. البته گران بودن نانو ذرات TiO2 که ناشی از فرایند پیچیده سنتز آن ها است تا حدی کاربرد این مواد را محدود کرده است.

 

روش سنتز نانوذرات
جهت سنتز به روش سل-ژل ابتدا 20 میلی لیتر ایزوپروپوکساید به 40 میلی لیتر اسید استیک اضافه شد و روی همزن مغناطیسی (Hot Plate) به مدت پانزده دقیقه هم زده شد تا کاملاً همگن شود. سپس 120 میلی لیتر آب مقطر به صورت قطره قطره به محلول فوق اضافه شد و به مدت دو ساعت روی همزن مغناطیسی قرار داده شد. سپس ژل حاصله در دمای ºC 90 به مدت 12 ساعت خشک شد و به دنبال آن عملیات کلسیناسیون در دمای ºC 400 و مدت زمان 4 ساعت انجام شد.
جهت سنتز به روش احتراقی ابتدا مقداری از اسید سیتریک در آب حل شد. در ادامه محلول تهیه شده از اسید سیتریک به تیتانیوم ایزوپروپکساید اضافه شد در ادامه بعد از حل شدن و حرارت دیدن محلول مورد نظر بصورت ژل پایدار در می آید. سپس ژل تهیه شده در دمای 200 درجه سلسیوس به منظور عملیات احتراق در کوره قرار داد شد. در ادامه رسوب جامد حاصل از این عملیات به مدت 4 ساعت در دمای 400 درجه سلسیوس به منظور کلسینه شدن در کوره قرار داده شد.


1- روش های تعیین خصوصیات نانوذرات
از آنالیز XRD برای شناسایی ساختار کریستالی ذرات سنتز شده در محدوده ی º90-5 =θ2 استفاده شده است. هم چنین از آنالیز FESEM (HITACHI مدل S-4160) جهت ریخت شناسی و مشخص شدن اندازه ذرات سنتز شده استفاده شد.


2- روش ارزیابی عملکرد نانوذرات
برای ارزیابی خاصیت فوتوکاتالیستی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم، این نانو ذرات در فرایند حذف اسید فرمیک در حضور نور UV مورد استفاده قرار گرفتند. برای این منظور محلول اسید فرمیک با 5/4 = pH تهیه شد و مقدار مشخصی از پودر نانو ذرات سنتز شده به آن اضافه شد. سپس در معرض نور UV بر روی همزن مغناطیسی در دمای محیط همزده شد. حذف اسید فرمیک در محلول در واقع به معنای افزایش pH و رسیدن آن به مقدار خنثی می باشد. مقدار pH محلول با استفاده از دستگاه pH متر اندازه گیری شد. از نانوذرات اکسید روی و تیتانیوم دی اکسیدسنتز شده با استفاده از روش احتراقی و نمونه¬ی صنعتی اکسید روی به منظور مقایسه، در حذف اسید فرمیک استفاده شد.

مهارت های کسب شده

آشنایی با شیوه انجام پژوهش
آشنایی با فناوری های نانو

 



نام ایده: سنتز نانوذرات تیتانیوم دی اکسید و روی اکسید به روش احتراقی و ارزیابی خواص فتوکاتالیستی آن¬ها در حذف فرمیک اسید

نام ارائه‌دهنده/دهندگان: امین سامینی، پدرام سادات پارسی، سید حسین حسینی، علی محمودی، عرفان آقایی
زمینه و نوع پروژه: نانو
درجه سختی: متوسط
نام مدرسه: سرای دانش واحد سید خندان

سنتز نانوذرات تیتانیوم دی اکسید


در دهه ی اخیر علم نانو به صورت ویژه ای مورد توجه قرار گرفته است و کاربردهای آن در زمینه های مختلف علوم، پزشکی و مهندسی بر همگان روشن شده است. نانوذرات دارای کاربردهای مختلفی از قبیل جذب، کاتالیست، پوشش دهنده و ... دارند. از نانوذرات روی اکسید و تیتانیوم دی اکسید در کاربردهای مختلفی از قبیل حذف آلودگی ها، تصفیه آب و پوشش های خود تمیز شونده استفاده شده است. این نانوذرات می توانند با استفاده از روش های سنتز گوناگون مانند سل ژل و روش احتراقی سنتز شوند. در روش احتراقی معمولاً از نیترات فلزات و عامل سوختی به عنوان مثال اسید سیتریک و یا اوره استفاده می شود. در سنتز احتراقی محلول، معمولاً ماده حل شونده در حلالی حل شده است كه خود ماده سوختنی هستند و این حلال چنانچه در حین سوختن ازدیاد حجم زیادی داشته باشد به صورت احتراق عمل می نماید.

 

پس از احتراق ماده حل شده به صورت جامد در ته ظرف رسوب می نماید. به کاتالیزورهایی که در حضور نور فعال می شوند و انجام بسیاری از واکنش های شیمیایی را سریع‌تر می کنند فوتوکاتالیست گفته می شود. فتوکاتالیست ها اکسیدهای جامد نیمه رسانا هستند و همچنین آن ها مواد پاک کننده ی محیطی نیز به شمار می آیند. هنگامی که نور ماوراءِ بنفش یا فلورسانس به آن ها برخورد می کند فعال می شوند و می توانند آلودگی ها را از بین ببرند.
 

سنتز نانوذرات تیتانیوم دی اکسید


فرمیک اسید یا جوهر مورچه ساده‌ترین عضو گروه کربوکسیلیک اسیدها است و طبق گزارش سازمان غذا و دارو آمریکا مقدار مجاز اسید فرمیک در هوای محیط ppm 5 است. قرار گرفتن مداوم در معرض اسید فرمیک باعث ایجاد عوارضی از قبیل حساسیت های پوستی و همچنین باعث جهش های ژنی در حیوانات می شود. طبق آزمایش-های صورت گرفته این ماده سمی باعث ایجاد آسیب های کلیوی و ریوی نیز می شود. از این رو حذف اسید فرمیک بسیار حائز اهمیت می باشد. در این کار تلاش شده است با استفاده از نانوذرات روی اکسید و تیتانیوم دی اکسید سنتز شده با استفاده از روش احتراقی، اسید فرمیک حذف شود.
 
در پژوهش حاضر دانش آموزان سعی در سنتز نانوذرات تیتانیوم دی اکسید و روی اکسید به روش احتراقی و ارزیابی خواص فتوکاتالیستی آن ها در حذف فرمیک اسید داشتند لذا آن ها جهت دستیابی به اهداف پژوهش از روش زیر استفاده کردند.


 مواد و روش ها
2-1 مواد مورد استفاده
از روی نیترات به عنوان منبع روی (شرکت مرک) و از تیتانیوم ایزوپروپوکساید (شرکت مرک) به عنوان منبع تیتانیوم استفاده شد. هم چنین از اسید سیتریک به عنوان ماده سوختی استفاده شد. از آب مقطر نیز به عنوان حلال و محیط سنتز استفاده شده است.
2-2 روش سنتز نانوذرات


روش سنتز روی اکسید به شرح زیر می باشد:
در گام اول مقداری از اسید سیتریک و نیترات روی بصورت جداگانه در آب حل شدند سپس محلول تهیه شده از اسید سیتریک کم کم به نیترات روی اضافه شد و در ادامه پس از حل شدن و حرارت دیدن محلول مذکور بصورت ژل پایدار درمی آید. سپس ژل تهیه شده به منظور فرآیند احتراق در کوره قرار داده شد در ادامه رسوب جامد حاصل از این فرآیند به مدت 5 ساعت در دمای 500 درجه سلسیوس به منظور کلسینه شدن در کوره قرار داده شد.


هم چنین روش سنتز تیتانیوم دی اکسیدبه روش احتراقی به شرح زیر می باشد:
ابتدا مقداری از اسید سیتریک در آب حل شد در ادامه محلول تهیه شده از اسید سیتریک به تیتانیوم ایزوپروپکساید اضافه شد در ادامه بعد از حل شدن و حرارت دیدن محلول مورد نظر بصورت ژل پایدار در می آید. سپس ژل تهیه شده در دمای 200 درجه سلسیوس به منظور عملیات احتراق در کوره قرار داد شد. در ادامه رسوب جامد حاصل از این عملیات به مدت 4 ساعت در دمای 400 درجه سلسیوس به منظور کلسینه شدن در کوره قرار داده شد.

 

3- روش های تعیین خصوصیات نانوذرات
از آنالیز XRD برای شناسایی ساختار کریستالی ذرات سنتز شده در محدوده¬ی º90-5 =θ2 استفاده شده است. هم چنین از آنالیز SEM (HTACHI مدل S-4160) برای ریخت شناسی و مشخص شدن اندازه ذرات سنتز شده استفاده شد.


4- روش ارزیابی عملکرد نانوذرات
برای ارزیابی خاصیت فوتوکاتالیستی نانوذرات روی اکسید و تیتانیوم دی اکسید، این نانو ذرات در حذف اسید فرمیک در حضور نور UV مورد استفاده قرار گرفتند. برای این منظور محلول اسید فرمیک با 5/4 = pH تهیه شد و مقدار مشخصی از پودر نانو ذرات سنتز شده به آن اضافه شد. سپس در معرض نور UV بر روی همزن مغناطیسی در دمای محیط همزده شد. حذف اسید فرمیک در محلول در واقع به معنای افزایش pH و رسیدن آن به مقدار خنثی می باشد. مقدار pH محلول با استفاده از دستگاه pH متر اندازه گیری شد. از نانوذرات روی اکسید و تیتانیوم دی اکسیدسنتز شده با استفاده از روش احتراقی و نمونه¬ی صنعتی روی اکسید به منظور مقایسه، در حذف فرمیک اسید استفاده شد.

 

مهارت های کسب شده

آشنایی با شیوه انجام پژوهش
آشنایی با فناوری نانو

 

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه:مهدی رحمانی
تنظیم:علی سرمدی

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین