طراحی و ساخت سیستم تولید نانوذرات فلزی و کاتالیست های کامپوزیتی بر پایه فتودپوزیت

از ویکی خرد

فهرست مندرجات ۱ خلاصه پروژه ۲ مقدمه ۳ مشخصات دستگاه ۴ طراحی و ساخت دستگاه ۵ شرح عملکرد دستگاه ۶ نتیجه ۷ ایده های حاصل از این پروژه ۸ منابع ۹ نام اعضای گروه ۱۰ معلم راهنما

خلاصه پروژه

در این پروژه به بررسی نحوه ساخت دستگاه فتودپوزیت به منظور تولید نانوذرات فلزی مانند نانو قلع ، نانو نقره، نانو آهن ، نانو نیکل پرداختیم. پایه ی عملکرد این دستگاه فتودپوزیت (نشاندن با نور) که شامل لوله های کوارتز در ابعاد (80 ×50×30) لامپ UV، گوی های TiO2، پمپ تزریق، استراکچر و مخزن استیل می باشد و حضور کاتالیزگرهایی همچون تیتانیوم دی اکسید از نوع کریستال آناتاس و یک منبع نوری UV برای بر انگیخته شدن الکترون ها واکنش فتوکاتالیست است .بدین منظور با استفاده از محلول های نمک فلزی با غلظت 0/1 میلی گرم بر لیتر و وارد نمودن این محلول به مخزن تزریق با سرعت 200 سی سی در دقیقه محلول را از ستون های آلکنده از گوی های تیتانیم دی اکسید (کاتالیزگر) و سرامیک های زیعولیتی در حضور نور uv عبور می دهیم . در پایان از محلول بی رنگ اولیه محلول رنگی حاصل می شود که حاوی نانو ذرات فلزی نقره ، نیکل و آهن است. تغییر رنگ محلول بیانگر انجام واکنش است. بعد از پانزده دقیقه ذرات نانو روی سطون های سرامیکی طراحی شده دوپ شده(نشسته) و محلول نانو ذرات فلزی استخراج می شود.

مقدمه

حضور نانوفناوری در صنایع مدت زیادی است که حس شده است و هم اکنون بسیاری از کاربردهای آن استاندارد و متعارف اند. ریچارد فایمن برنده جایزه ی نوبل فیزیک در سال 1965 ملقب به پدر نانوتکنولوژی در سال 1960 در همایش جامعه ی فیزیک امریکا هنگام سخنرانی اش پیش بینی جالبی را مطرح نمود . وی گفت که فضاهای زیادی در پایین وجود دارد.همین جمله ، پایه علم نانو تکنولوژی شد. وی پیشنهاد کرد که می توان اتم های مجزا را دستکاری نمود و ساختارهای کوچکی را ساخت که دارای خواص متفاوتی هستند .منابع ذکر شواهد پیش بینی های فایمن در بین دانشمندان هم عصر خودش از پذیرش خوبی برخوردار نشد ولی این پیش بینی ها امروزه به حقیقت پیوسته است.[1]در تعریف نانو تکنولوژی پیشوند "نانو" به معنی یک میلیاردم است. یک نانو متر (nm1) برابر است با 1000000000/ 1یک متر. [2] اساس نانو تکنولوژی، کوچک نمودن مواد در حد 100-1 نانو متر است . خواص مواد در این ابعاد تغییر و پیشرفت های حاصل ، ناشی از بهره برداری خواص جدید فیزیکی و شیمیایی مواد در این ابعاد می باشد . در ادامه به توضیح کاملی از این پروژه ، به شرح مواد تسریع کننده ی واکنش های شمیایی (کاتالیزگرها) می پردازیم . نانوذرات نیمه هادی همچون دی اکسید قلع و تیتانیوم دی اکسید که به عنوان کاتالیزگرهای نوری مورد استفاده قرار می گیرند برای خاصیت برانگیختگی و انتقال الکترون از لایه پایه به لایه هدایت هستند. از ترکیب و ساخت کامپوزیت های این نانوذرات میتوان کاتالیست ها و سطوحی را طراحی جمله کامپوزیت های : Ag/Tio2 , Sn/TiO2 ,… که در زمینه های ضد عفونی ، تصفیه نمودن آب و هوا و انواع سطوح های مختاف کاربرد دارد. دستگاه فوتودپوزیت که شامل سه نوع سل از این نوع کامپوزیت ها می باشد در این راستا طراحی و ساخت شده است تا نانو ذرات فلزی و کامپوزیت های مختلف را تولید کند.

مشخصات دستگاه

اجزای دستگاه فتودپوزیت ساخته شده عبارت است از:

• 1. مخزن استیل با گنجایش حدودا 3 لیتر با ابعاد cm3 20×20×20
• 2. پمپ تزریق محلول((220v , 200cc/min
• 3. لوله ها منعطف سیلیکونی جهت اتصال
• 4. بدنه استیل دستگاه (استراکچر) در ابعاد 30cm ×80×503
• 5. پایه قرارگیری سطون های کاتالیستی (سل) 6 عدد
• 6. منبع نوری برانگیختگی کاتالیست ( لامپ فرابنفش 15w , 30cm فیلیپس )
• 7. تیوپ شیشه ای از جنس کوارتز 50×3.5
• 8. تجهیزات اتصالی
• 9. کاتالیزگر سرامیکی پوشش داده شده با ذرات نانو کاتالیستی
• 10. کلید و تجهیزات برقی

طراحی و ساخت دستگاه

این دستگاه درون یک بدنه ی استیل نچسب و فولادی به منظور مقاومت در مقابل آب و بازتابش نور فرابنفش (UV) طراحی و ساخته شد. تزریق محلول جهت نمونه در دستگاه از پمپ تزریق با سرعت 2 سی سی بر دقیقه استفاده نمودیم. برای سطون های کاتالیستی که اساس راکتور دستگاه محسوب می شوند از تویوپ (لوله ی شیشه ای) کوارتز که نور UV را به طور کامل عبور می دهند استفاده می نماییم. از نور UV به منظور افزایش سرعت واکنش فوتو کاتالیستی (واکنش های افزایشی با نور) استفاده شد. .به منظور عملکرد بهینه واکنش و نشاندن نانو ذرات فلزی بر روی سطوحی ثابت از سرامیک های زعولیتی که با AgTiO2 کت شده بود استفاده شد.این سه ستون طراحی شده را به صورت سری با استفاده از اتصالات سلیکونی به هم وصل نموده به گونه یی که 4لامپ UV به صورت مستقیم به این سه راکتور تابش کند.

شرح عملکرد دستگاه

• 1- قبل از اینکه از سیستم فتو دپوزیت استفاده کنیم لامپ ها UV استقرار یافته بر روی سطون ها را روشن کرده تا سطون کاتالیستی ، سطحی فعال برای برانگیخته شدن ذرات کاتالیستی شود.
• 2- بعد از نیم ساعت محلول با غلظت و حجم مشخص را وارد مخزن با سرعت 200 سیسی بر دقیقه می نماییم
• 3- بعد از حدود 1 الی 5 دقیقه رنگ خروجی بنا بر نمک فلزی و نوع آن مورد استفاده تغییر می کند.

نتیجه

با ساخت این دستگاه ما توانستیم نانو ذرات فلزی مانند نانو ذرات Ag / Sn / Zn ، کامپوزیت های آنها مانند AgTio2 را استخراج و این ذرات را روی گوی های سرامیکی دوپ کنیم. مواد بدست آمده را در آزمایشگاه مورد بررسی قرار داده و محصول نهایی به صورت محلول کلوییدی استخراج شد . این محلول کلوییدی طبق فراینده سل-ژل می تواند به صورت پودر نانویی بر روی سطوح نشانده شود. با ساخت این دستگاه ما به نانو ذراتی از فلز ها دست یافتیم که با تغییر در اندازه یشان دیگر خواص اولیه خود را ندارنند و خاصیت های فیزیکی و شیمیایی تازه ای بدست آوردند برای مثال ذرات نانو نقره به ما اين امكان را ميدهند كه با كمترين غلظت خاصيت ضد ميكروبي بسيار قوي را از فلز نقره شاهد باشيم. تحقيقات متنوعي روي انواع ميكروبها جهت اثرگذاري ذرات نانو نقره صورت گرفته است و تا كنون بيش از 600 نوع ميكروب اثر پذير شناخته شده اند كه از آن جمله مي توان حتي به ويروس ايدز نيز اشاره كرد .[4] ما هم با تحقیق در این خاصیت نانو ذرات پروژه هایی را برای ساخت ابزار جدید با مهارت های بالا تعریف کردیم و این دستگاه به ما کمک خواهد کرد تا نانو ذرات فلزی مورد نیاز مان را بدون هزینه ی بسیار بالا خودمان در آزمایشگاه تولید کنیم.

ایده های حاصل از این پروژه

• 1. ساخت کفه ی کفش خود تمیز شونده با قابلیت شارژ
• 2. تولید صفحات و کاغذ های خود تمیز شونده
• 3. حذف آلاینده های آلی مانند فنل از آب و هوا

منابع

• 1. كاربرد هاي نانوتكنولوژي - کتاب فیزیک از آغاز تا امروز
• 2. http://www.guilanchem.pib.ir
• 3. http://www.nanocid.com/persian

نام اعضای گروه

• نسترن برین
• پانته آ پروین حسینی
• پریسا تفضلی مطیع
• زهرا زائری
• مارال ژیان پور
• سارا سیدی
• نیکی مسافر رحمتی

معلم راهنما

محمد شیری