تحقیق استفاده از نانورس ها در سوپر جاذب های آب

توضیحات

 عنوان فارسی: استفاده از نانورس ها در سوپر جاذب های آب

• مقدمه
•  رس‌ها و دسته‌بندی آنها
•  ساختمان رس‌ها و مشخصات فیزیکی و شیمیایی آنها
•  نانورس‌ها
•  نانو‌رس مونت موریلونیت
•  انواع دیگر نانورس‌ها
•  نانو‌رس‌ها و قابلیت جذب کنندگی
•  تولید نانورس
•  نانورس‌ها و سوپر جاذب‌های آب
•  منابع                                    

مقدمه

نانوفناوری، توانمندی تولید و ساخت مواد، ابزار و سیستم‌های جدید با در دست گرفتن کنترل در مقیاس نانومتری یا همان سطوح اتمی و مولکولی و استفاده از خواصی است که در این سطوح ظاهر می‌شوند. موادی که حداقل یکی از ابعاد آنها در مقیاس ۱ الی ۱۰۰ نانومتر باشد، مواد نانویی یا نانو مواد خوانده می‌شوند. این مبحث در قالب موضوعات مربوط به نانوفناوری جای می‌گیرد.

یک نانومتر برابر با یک میلیاردم متر (^۹-۱۰ متر) می‌باشد. این اندازه ۱۸۰۰۰ بار کوچکتر از قطر یک تار موی انسان است. به طور میانگین ۳ تا ۶ اتم در کنار یکدیگر طولی معادل یک نانومتر را می‌سازند که این خود به نوع اتم بستگی دارد. به‌طور کلی، فناوری نانو، گسترش، تولید و استفاده از ابزار و موادی است که ابعادشان در حدود ۱-۱۰۰ نانومتر می‌باشد.

فناوری نانو به سه سطح قابل تقسیم است: مواد، ابزارها و سیستم‌ها. موادی که در سطح نانو در این فناوری به کار می‌رود، را نانو مواد می‌گویند. ماده‌ی نانو ساختار، به هر ماده‌ای که حداقل یکی از ابعاد آن در مقیاس نانومتری (زیر ۱۰۰ نانومتر) باشد اطلاق می‌شود. این تعریف به وضوح انواع بسیار زیادی از ساختارها، اعم از ساخته دست بشر یا طبیعت را شامل می‌شود. منظور از یک ماده‌ی نانو ساختار، جامدی است که در سراسر بدنه آن انتظام اتمی، کریستال‌های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در مقیاس چند نانومتری گسترده شده باشند. در حقیقت این مواد متشکل از کریستال‌ها یا دانه های نانومتری هستند که هر کدام از آنها ممکن است از لحاظ ساختار اتمی، جهات کریستالوگرافی یا ترکیب شیمیایی با یکدیگر متفاوت باشند.

همه مواد از جمله فلزات، نیمه هادی‌ها، شیشه‌ها، سرامیک‌ها و پلیمرها در ابعاد نانو می‌توانند وجود داشته باشند. همچنین محدوده فناوری نانو می‌تواند به‌صورت ذرات بی‌شکل (آمورف)، کریستالی، آلی، غیرآلی و یا به‌صورت منفرد، مجتمع، پودر، کلوئیدی، سوسپانسیونی یا امولسیون باشد.

با گذر از مقیاس میکرو به نانو، با تغییر برخی از خواص فیزیکی و شیمیایی روبه رو می‌شویم که دو مورد مهم از آنها عبارتند از: افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات کوانتومی.

افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم که به تدریج با کاهش اندازه‌ی ذره رخ می‌دهد، باعث غلبه یافتن رفتار اتم‌های واقع در سطح ذره به رفتار اتم‌های درونی می‌شود. این پدیده بر خصوصیات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با دیگر مواد اثر می‌گذارد. افزایش سطح، واکنش پذیری نانو مواد را به شدت افزایش می‌دهد، زیرا تعداد مولکول‌ها یا اتم‌های موجود در سطح در مقایسه با تعداد اتم‌ها یا مولکول‌های موجود در توده‌ی نمونه بسیار زیاد است، به گونه‌‌ای که این ذرات به شدت تمایل به آگلومره یا کلوخه‌ای شدن دارند. به عنوان مثال در مورد نانوذرات فلزی، به محض قرار گیری در هوا، به سرعت اکسید می‌شوند. در بعضی مواقع برای حفظ خواص مطلوب نانومواد، جهت پیشگیری از واکنش بیشتر، یک پایدار کننده را بایستی به آنها اضافه کرد که آنها را قادر می‌سازد تا در برابر سایش، فرسودگی و خوردگی مقاوم باشند.

البته این خاصیت مزایایی هم در بر دارد. مساحت سطحی زیاد، عاملی کلیدی در کارکرد کاتالیزوها و ساختارهایی همچون الکترودها می‌باشد. به‌عنوان مثال با استفاده از این خاصیت می‌توان کارایی کاتالیزورهای شیمیایی را به نحو مؤثری بهبود بخشید و یا در تولید نانوکامپوزیت‌ها با استفاده از این مواد، پیوندهای شیمیایی مستحکم‌تری بین ماده زمینه و ذرات برقرار شده و استحکام آن به شدت افزایش می‌یابد. علاوه بر این، افزایش سطح ذرات، فشار سطحی را کاهش داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم‌های ذرات می‌شود. تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و نسبت سطح به حجم بالا در نانوذرات، تأثیر متقابلی در خواص ماده دارد.

 تغییر در انرژی آزاد سطح، پتانسیل شیمیایی را تغییر می‌دهد. این امر در خواص ترمودینامیکی ماده (مثل نقطه ذوب) تأثیر گذار است. به محض آنکه ذرات به اندازه کافی کوچک شوند، شروع به رفتار مکانیک کوانتومی می‌کنند. خواص نقاط کوانتومی مثالی از این دست است. نقاط کوانتومی کریستال‌هایی در اندازه نانو می‌باشد که از خود نور ساطع می‌کنند. انتشار نور توسط این نقاط در تشخیص پزشکی کاربرد‌های فراوانی دارد. این نقاط گاهی اتم‌های مصنوعی نامیده می‌شوند؛ چون الکترون‌های آزاد آنها مشابه الکترون‌های محبوس در اتم‌ها، حالات گسسته و مجازی از انرژی را اشغال می‌کنند.

علاوه بر این، کوچک‌تر بودن ابعاد نانوذرات از طول موج بحرانی نور، آنها را نامرئی و شفاف می‌نماید. این خاصیت باعث شده است تا نانو مواد برای مصارفی چون بسته بندی، مواد آرایشی و روکش‌ها مناسب باشند. مواد در مقیاس نانو، رفتار کاملاً متفاوت، نامنظم و کنترل نشده‌ای از خود بروز می‌دهند. با کوچکتر شدن ذرات خواص نیز تغییر خواهد کرد. مثلاً فلزات، سخت‌تر و سرامیک نرم‌تر می‌شود. در ادامه به‌طور خلاصه برخی از نانو مواد معرفی می‌شوند:

نانوذرات اکسیدی که اغلب نانوذرات اکسیدی سرامیکی هم نامیده می‌شوند، شامل محدوده وسیعی از نانوذرات می‌گردند. این دسته از نانومواد، پراستفاده‌ترین دسته از نانوموادها را تشکیل می‌دهند. این مواد شامل نانواکسید تیتانیوم (TiO₂)، نانواکسید آلومینیوم (Al₂O₃)، نانواکسید زیرکونیوم (ZrO₂)، نانواکسید بور (B₂O₃)، نانواکسید بیسموت (Bi₂O₃)، نانواکسید سریم (CeO₂)، نانواکسید کبالت (Co₃O₄)، نانواکسید کروم (Cr₂O₃)، نانواکسید مس (CuO)، نانواکسید آهن (Fe₂O₃)، نانواکسید ایندیوم (In₂O₃)، نانواکسید قلع (Sn₂O₃)، نانواکسید منیزیم (MgO)، نانواکسید منگنز (Mn₂O₃)، نانواکسید مولیبیدن (MoO₃)، نانواکسید نیکل (NiO)، نانواکسید سیلیکون (SiO₂)، نانواکسید تنگستن (WO₃)، نانواکسید ایتریا (Y₂O₃ )، نانواکسید روی (ZnO) و … می‌باشد.

از کاربردهای نانوپودر اكسید سریوم (CeO₂)، استفاده كاتالیستی برای تبدیل گازهای مضر خروجی از اگزوز خودرو و تبدیل آنها به گازهای با ضرر كمتر می‌باشد. كاربرد مهم دیگر آن در زمینه تولید و ذخیره سازی هیدروژن می‌باشد. علت اصلی این كاربردها وجود جاهای خالی اكسیژن در سطح سریا می‌باشد كه به‌عنوان مكان فعال در واكنش‌ها عمل می‌كنند.

نانوپودر اکسید زیرکونیوم (ZrO₂) در صنایع نسوز و هسته‌ای کاربرد دارد. از نانوذرات نانواکسید سیلیس (SiO₂)، برای ساخت نمونه‌های بتن حاوی نانوذرات سیلیس (HPC)، نانوسیلیس در جلوگیری از خوردگی فولاد، … استفاده می‌شود. استفاده از نانوسیلیس در تهیه بتن ضمن افزایش عمر بنا مانع از فرسایش و خوردگی سدها و سازه‌های دریایی به ویژه در بخش های بندری و نفت و گاز می‌شود.

نانوذرات اکسید سرب با ساختاری مناسب برای ساخت باتری‌های سرب-اسید با طول عمر و ظرفیت بالا استفاده می‌شود. نانوذره اکسید روی در صنایع مختلف می‌تواند جانشین اکسید روی ماکرومولکول گردد و خواص فوق العاده‌ای به محصول نهایی بدهد. این محصول در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی به عنوان کاتالیزور استفاده می‌گردد و همچنین در صنعت لاستیک سازی، الکترونیک، الکتریک، لعاب، آرایشی و بهداشتی و در صنایع شیمیایی مختلف دیگر کاربرد وسیعی دارد.

این دسته می‌تواند شامل تمام اکسیدهای عناصر جدول تناوبی باشد. نانواکسیدهای عناصر کمیاب نیز در مواردی بصورت تجاری عرضه می‌شود. قیمت این دسته از نانوذرات اغلب تا حدودی نزدیک می‌باشد. این نانواکسیدها اغلب غیرفعال بوده و در شرایط محیط واکنش خاصی نمی‌دهند. این نانوپودرها را می‌توان تا چندین سال در شرایط مناسب نگهداری کرد. بعضی از این نانوذرات به رطوبت حساس بوده و ممکن است در بلندمدت واکنش دهند.

نانواکسیدهای غیراکسیدی نیز به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند ولی اغلب قیمت بالاتری نسبت به نانوذرات اکسیدی دارند. معروفترین نانوذرات در این دسته شامل نانوسیلیکون کاربید (SiC)، نانوسیلیکون نیترید (Si₃N₄)، نانوتیتانیوم کاربید (TiC)، نانوتیتانیوم نیترید (TiN)، نانونیترید بور (BN)، نانوکاربید تنگستن (WC)، نانو دی برید تیتانیوم (TiB₂)، … می‌باشد. قیمت این مواد حداقل دو تا سه برابر قیمت نانومواد اکسیدی می‌باشد. کاربردهای محدودتری نسبت به نانومواد اکسیدی دارند.

نانوذرات عنصری شامل طیف وسیعی از نانومواد می‌شود. این نانوذرات به دلیل خالص بودن و همینطور اندازه بسیار ریز ذرات، به شدت واکنش‌پذیر هستند و حتی واکنش‌پذیری آنها از مواد غیرنانو مشابه بسیار بیشتر است. این موضوع به دلیل سطح ویژه بسیار زیاد آنها می‌باشد. تقریبا این واکنش پذیری در تمام این مواد دیده می‌شود و در برخی از موارد استفاده نابجا باعث انفجار نانومواد می‌شود که بسیار خطرناک است. نانومواد عنصری متداول شامل نانونقره (Nano Ag ) به‌صورت پودر و نانوسیم، نانوطلا (Nano Au)، نانوبور (Nano B)، نانوکبالت (Nano Co)، نانوکروم (Nano Cr)، نانومس (Nano Cu)، نانوآهن (Nano Fe)، نانومولیبیدن ( Nano Mo )، نانونیکل (Nano Ni)، نانوسیلیس (Nano Si)، نانوتیتانیوم (Nano Ti)، نانوتنگستن (Nano W)، نانوروی (Nano Zn) و … می‌باشند.

دسته‌ای دیگر از نانوساختارها، ترکیبات مختلف کربن به‌صورت نانولوله‌های کربنی (CNT) می‌باشد. نانولوله‌ها به‌صورت‌های مختلفی یافت می‌شوند. این نانولوله‌ها به‌صورت تک جداره، دو جداره، چند دیواره یافت می شوند. قیمت نانولوله های تک دیواره بسیار بیشتر از دو دیواره و چند جداره است. فاکتور دیگر تاثیرگذار در خواص نانولوله‌ها، طول آنها می‌باشد. بیشتر بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی در مواد تشکیل شده از نانولوله‌ها به دلیل اثری ایست که این ماده به عنوان الیاف با قطر بسیار کم و سطح ویژه بسیار زیاد، ایفا می‌کند. البته با زیاد بودن طول CNT، امکان در هم پیچیدن آن نیز وجود دارد. تشخیص نانولوله‌های مرغوب از غیرمرغوب آن اغلب مشکل است و این ماده در بسیاری از موارد با سایر نانوساختارهای کربنی مخلوط می‌باشد.

نانوسیم‌ها و نانوویسکرها بصورت محدود و با قیمت بسیار بالا یافت می‌شوند. شرایط تولید این مواد بسیار سخت و پیچیده بوده و اغلب با خلوص پایین یافت می‌شوند. شرکت پارس صنعت لیما موفق به تولید نانوویسکرهای SiC گردیده که البته تا تولید صنعتی راه دشواری را پیش رو داریم. نانوسیم‌های نقره (Silver nanowires)، نانومیله‌های اکسید آهنی (Iron Oxide Nanorods)، نانومیله‌های اکسید منگنز (Manganese Oxide Nanorods)، نانوسیم‌های سرب (Lead Nanowires)، نانوسیم‌های مس (Copper Nanowires)، نانوسیم‌های کبالت (Cobalt Nanowires) و نانوسیم‌های نیکل (Nickel Nanowires) از انواع تجاری این دسته هستند.

یا توجه به اینکه کربن به فرم‌های مختلفی مانند گرافیت، الماس و … در طبیعت وجود دارد، بنابراین باید انتظار داشت که این فرم‌ها به‌صورت نانو نیز امکان تولید داشته باشند. نانوگرافیت‌ها (Graphite Powders)، نانوالماس‌ها (Diamond Powder)، نانوذرات کربنی (نانو دوده) (nanopowder Carbon)، نانوفلورین‌ها (C60) و … می‌باشد. قیمت این دسته از نانومواد بسیار بالا بوده و تقریبا جز گران‌ترین دسته محسوب می‌شوند.

نانومحلول‌ها نیز دسته‌ای دیگر از نانومواد هستند که از ترکیب نانوذرات عنصری، اکسیدی یا غیراکسیدی در یک حلال تهیه می‌شوند. این حلال می‌تواند آب مقطر، انواع الکل مانند اتانول، متانول، پرپانول و … باشد. این نانومواد در تحقیقات مرتبط با زیست شناسی، بیوتکنولوژی و شیمی پرکاربرد هستند.

نانومواد معدنی مانند نانو خاک رس (Nanoclay)، نانو کربنات کلسیم (CaCO₃)، نانو تالک، نانو میكا-بنتونیت و … نیز کاربردهای مختلفی یافته‌اند. این مواد از نظر قیمت ارزان بوده و از این رو در صنایع استفاده‌های متفاوتی پیدا کرده اند. برای مثال از نانوخاک رس در صنایع ساختمانی، نانوپلیمرها، تثبیت‌کننده خاک استفاده می‌شود. در ادامه پژوهش به‌طور کامل در مورد نانورس‌ها توضیح داده خواهد شد.

 توجه:

• برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
• لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.

سفارش تحقیق

به منظور سفارش تحقیق مرتبط با رشته تخصصی خود بر روی کلید زیر کلیک نمایید.

سفارش تحقیق