تهیه نانوكامپوزیت مغناطیسی از زئولیت طبیعی كلینوپتیلوییت

خلاصه اختراع :

عنوان اختراع: تهیه نانوكامپوزیت مغناطیسی از زئولیت طبیعی كلینوپتیلوییت زمینه فنی اختراع مربوطه: آب و فاضلاب، تصفیه پساب ها، فرآیندهای جداسازی بیان اهداف اختراع: هدف از این اختراع، سنتز نوعی كامپوزیت زئولیتی مغناطیسی است كه كاربرد زیادی به عنوان جاذب جهت حذف و جداسازی فلزات سنگین و هم چنین آلاینده های آلی دارد ارائه راه حل برای حل مشكل موجود : امروزه با توجه به كاربرد های گسترده نانو ذرات مغناطیسی، استفاده از این مواد برای پیش تغلیظ تركیبات آلی و معدنی از قبیل یونهای فلزی فلزات سنگین، رنگها و آفت كش ها گسترش یافته است. نانو ذرات مغناطیسی به دلیل سطح مؤثر بالا، فعالیت شیمیایی و همچنین وجود برهمكنش های قطبی بسیار حساس به اكسایش و تجمع می باشند. این تركیبات به دلیل آلگومره شدن در محلول به خوبی پخش نمی شوند كه سبب تأثیر بر روی فعالیت فیزیكی و شیمیایی و بر همكنش با سایر گونه ها می شود. به منظور غلبه بر این محدودیت ها همراه با حفظ خواص مغناطیسی نانوذرات، بارگذاری مواد شیمیایی خاص بر سطح نانو ذرات صورت می گیرد. برای این منظور از انواع پوشش های كربنی، سیلیكا، پلیمر های آلی و زئولیت ها استفاده می شود. مهمترین مسئله در سنتز نانو ذرات مغناطیسی كنترل دقیق اندازه ذرات است. خواص فیزیكی و شیمیایی این نانو ذرات و در نتیجه كاربرد آنها در زمینه های مختلف به شدت تحت تاثیر این فاكتور است. برای مثال در كاربردهای تجزیه ای نیاز به خاصیت مغناطیس پذیری این نانو ذرات است. كه در اندازه ذرات كمتر از nm 100 امكان پذیر می باشد. در راستای بررسی روش های تازه جهت سنتز نانو ذرات مغناطیسی، سنتز الكتروشیمیایی بعنوان یك انتخاب مناسب از میان روش های موجود جهت تولید نانو ذرات مغناطیسی استفاده شد. یكی از امتیازات این روش كنترل اندازۀ ذره توسط تنظیم دانسیته جریان الكترواكسیداسیون در سیستم می باشد. اگر سنتز در حضور یك سورفكتانت صورت بگیرد امكان جلوگیری از انباشت ذرات وجود خواهد داشت. در این پژوهش هدف تولید نانو ذرات Fe₃O₄ به اندازۀ nm 40 و nm 30 می باشد. حصول این اندازه توسط روش های موجود دشوار می باشد. مثلاً، توسط هم رسوبی ذرات حاصله بین 5 الی nm 12 می باشد؛ با روش هیدرولیز سل ژل ذرات بزرگتر حاصل می گردند و اكثر اوقات معلق شدن آنها در محلول آبی كلوییدی دشوار می باشد. روش سنتز به كار برده شده در این اختراع در سیستم آبی امكان كنترل در اندازه ذرات را در حدود nm 30 یا بزرگتر فراهم می كند و این برای كاربرد در فرایندهای جداسازی می تواند بعنوان یك روش ایده آل معرفی گردد. در ادامه این جاذب كاربرد های بسیاری به عنوان جاذب فلزات سنگین و آلاینده های آلی در صنایع شیمیایی،آب و فاضلاب و تصفیه پساب ها دارد و از طرفی وجود اكسید آهن باعث بازیابی و استفاده مجدد از این جاذب می شود. در این كار سعی شده است تا كامپوزیت مغناطیسی در یك فرآیند تك مرحله ای بدون نیاز به رفلاكس و استفاده نمودن از حلال سنتزگردد كه این فرایند بسیار مقرون به صرفه بوده و از لحاظ اقتصادی هزینه سنتز بسیار كمی را در مقابل عملكرد فوق العاده با پایداری بالا نشان می دهد. روشهای اجرایی برای بكارگیری اختراع: در دهه های اخیر تلاش هایی برای تولید و به كار بردن مواد ارزان قیمت برای حذف آلودگی ناشی از فلزهای سنگین و آلاینده های آلی از آب ها و پساب های صنعتی صورت گرفته است از جمله مواد معدنی كه كاربرد وسیعی برای حذف این آلودگی ها پیدا كرده اند، زئولیت ها هستند. این تركیبات دارای ساختار سه بعدی آلومینوسیلیكاتی هستند. زئولیت های مغناطیسی در صنایع تصفیه آب و فاضلاب كاربرد قابل توجهی در حذف آلاینده های نظیر انواع فتالات ها، بنزن و تركیبات آروماتیك، آمونیاك و فلزات سنگین دارد. بنابرین این جاذب با داشتن مساحت سطح بالا و شكل كروی وخاصیت تبادل كاتیونی بالا كاربرد قابل ملاحظه ایی در حذف آلودگی ها دارد. از طرفی استفاده از زئولیت های طبیعی به دلایلی چون درجه خلوص مطلوب و بالا، و نیز خواص تبادل یون، و خواص جذبی و غربال ملكولی مطلوب بسیار مقرون به صرفه می باشد. در این میان كلینو پتیلولیت یكی از پر مصرف ترین زئولیت های طبیعی شناخته می شود . استفاده از كلینوپتیلولیت در صنایع تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی وصنایع ساختمانی وسیستم های جداكننده گازها گزارش شده است. در بین زئولیت های دارای كاربرد صنعتی كلینوپتیلولیت به دلیل گزینش پذیری بالا نسبت به برخی از كاتیون ها در صنایع تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی كاربرد وسیعی پیدا كرده است