– نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن

عنصر آهن به طور طبیعی دارای سه اکسید طبیعی هماتیت، مگنتیت، و مگهمیت می­باشد. هماتیت فراوان­ترین نوع از اکسیدهای آهن می­باشد و نسبت به دو نوع دیگر دارای پایداری بیشتری می­باشد. گونه­های دیگر نیز در نهایت به این گونه تبدیل می­شوند.
مگنتیت از لحاظ مغناطیسی، فرو مغناطیس می­باشد و در بین فلزات واسطه بیشترین خاصیت مغناطیسی را دارد. این اکسید آهن مشکی رنگ است. در واقع به علت خاصیت مغناطیسی خیلی زیاد مگنتیت و افزایش این خاصیت برای ذراتی با گستره ی شعاعی در حد نانومتر، مطالعات بسیار زیادی در زمینه­ی سنتز و کاربرد این ذرات انجام گرفته است]7[.

1-5- روش­های سنتز نانوذرات مغناطیسی

برای تولید نانو ذرات روش های بسیار متنوعی وجود دارد. از جمله روش­های میکروامولسیون^[1][9،8]، روش­های سل- ژل[10]، روش‌های فازگازی[11]،  معمول­ترین روش ساخت نانو ذرات مغناطیسی، روش هم­رسوبی نمک­های آهن در محیط قلیایی است[13،12]. روش هم­رسوبی ساده­ترین و پر بازده­ترین روش شیمیایی برای بدست آوردن این ذرات است. همچنین این روش‌ معمولاً‌ کم هزینه و با بازدهی بالا می­باشد[14]. بنابراین در این تحقیق از روش هم­رسوبی نمک­های آهن در محیط قلیایی برای ایجاد ذرات نانو استفاده گردیده تا بتوانیم با نانو ذرات حاصل شده، خالص سازی­های بهتر، سریع تر و با راندمان بالاتر را ایجاد نماییم.

1-5-1- روش همرسوبی

همرسوبی یک روش ساده و بی­دردسر برای سنتز اکسیدهای آهن (Fe₃O₄ و -Fe₂O₃γ) از محلول­های آبی [Fe²⁺/Fe³⁺] از طریق افزایش یک باز (قلیا) تحت اتمسفر بی‌اثر و در دمای اتاق یا دماهای بالا می­باشد. اندازه، شکل و ترکیب نانوذرات مغناطیسی تولید شده به میزان زیادی به نوع نمک­های مصرفی (کلراید، سولفات، نیترات و پرکلرات)، نسبت Fe²⁺/Fe³⁺، دمای واکنش، pH و قدرت یونی محیط بستگی دارد. با این روش سنتزی در صورت ثابت بودن شرایط سنتز، کیفیت نانوذرات تولید شده کاملاً تکرار پذیر خواهد بود.
معمولاً مگنتیت (Fe₃O₄) با افزودن یک باز (قلیا) به مخلوط آبی از کلرید آهن II و III در یک نسبت مولی 2:1 تهیه می­شود. رسوب مگنتیت سیاه رنگ می­باشد. می­دهد. واکنش کلی به این صورت نوشته می­شود:
Fe²⁺ + 2Fe³⁺ + 8OH^–                                      Fe₃O₄ + 4H₂O
 
بر طبق ترمودینامیک این واکنش، در نسبت مولی 1 به 2 از Fe²⁺ به Fe³⁺ و تحت محیط عاری از اکسیژن رسوب کاملی از Fe₃O₄، در pH 9 تا 14، تشکیل خواهد شد. در غیر این صورت Fe₃O₄  حاصل ممکن است به صورت زیر اکسید شود:
Fe₃O₄ + 0.25O₂ +4.5 H₂O                     3Fe (OH) ₃
 
این مسأله به میزان زیادی روی خواص فیزیکی و شیمیایی نانوذرات مغناطیسی سنتز شده تأثیرگذار است. برای ممانعت از اکسیداسیون احتمالی ذرات در هوا و همین طور جلوگیری از تجمع آن­ها، نانوذرات سنتز شده معمولاً با مولکول­های آلی یا معدنی در طول فرآیند پوشیده می­شوند. برای کنترل سینتیک فرآیند که شدیداً به سرعت اکسایش گونه­های آهن بستگی دارد، سنتز ذرات باید در محیطی عاری از اکسیژن و با عبور دادن گاز نیتروژن از ظرف واکنش انجام شود. عبور گاز نیتروژن از درون محلول نه تنها از اکسایش مگنتیت جلوگیری می­کند بلکه اندازه ذرات را در مقایسه با روش های بدون حذف اکسیژن کاهش می­دهد [16,15].
[1]–Micro emulsion
لینک جزییات بیشتر و دانلود این پایان نامه:
حذف فلزات سنگین از فاضلاب‌های صنعتی با استفاده از نانو ذرات مگهمایت اصلاح شده با پلیمرهای سنتزی جدید