سنتز و مشخصه‌يابي نانو ساختار متخلخل بر پايه چارچوب فلزي-آلي MIL-101(Cr)/ ايروژل سيليس و پوشش‌دهي آن بر روي منسوج براي كاربرد حذف رنگزا از پساب

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

كارشناسي ارشد

در سال‌هاي اخير استفاده از جاذب‌ها به عنوان يكي از روش‌هاي مهم جهت جذب آلودگي‌ها و تصفيه پساب به ويژه رنگزاهاي نساجي بسيار مورد توجه قرار گرفته است. امروزه تركيبات نانو متخلخل هيبريدي داراي ساختارهاي سلسه ‌مراتبي شامل حفرات ميكرو، مزو و ماكرومتري كه داراي گروه‌هاي عاملي و مراكز فعال بسيار زيادي بوده، به دليل افزايش ظرفيت و سرعت جذب فيزيكي و شيميايي رنگزاها مورد توجه پژوهشگران بسياري قرار گرفته است. نانو ساختار ايروژل سيليس به دليل ويژگي‌هاي منحصر به فردي همچون تخلخل‌هاي مزومتري فراوان و سطح مخصوص بالا، توانايي جذب رنگزاها به صورت فيزيكي را دارد. درحاليكه چارچوب فلزي-آلي MIL-101(Cr) نيز علي‌رغم داشتن ويژگي‌هايي همچون سطح مخصوص و تنوع ساختاري و وجود گروه‌هاي عاملي و مراكز فعال بسيار زياد، جذب رنگزاها صرفا به صورت شيميايي رخ داده و سرعت جذب را كاهش مي‌دهد. پژوهش‌هاي انجام گرفته در اين راستا محدود به استفاده از گرانول‌هاي ايروژل و يا ذرات پودري چارچوب فلزي-آلي MIL-101(Cr) و بررسي برهمكنش‌هاي شيميايي و فيزيكي بين جاذب و رنگزا است. با توجه به چالش‌هاي استفاده از چارچوب‌هاي فلزي-آلي و ايروژل سيليس و نيز خصوصيات منحصر به فرد هر دو نانو ساختار متخلخل، در اين پژوهش قرارگيري چارچوب فلزي-آلي MIL-101(Cr) در شبكه ايروژل سيليس و همچنين پوشش‌دهي اين ساختار تركيبي بر روي سازه ليفي (به منظور تقويت شبكه MOF/ايروژل و ايجاد ساختار سلسه مراتبي) و كاربرد اين ماده در حذف رنگزا از پساب مورد بررسي قرار گرفت. ذرات ايروژل سيليس به روش سل-ژل با استفاده از پيش‌ماده TEOS و خشك كردن در فشار محيط سنتز شد. چارچوب فلزي-آلي MIL-101(Cr) نيز در محدوده دمايي°C160-220 تحت فشار در اتوكلاو و طي فرايند هيدروترمال سنتز شد. ساختار هيبريدي MIL-101(Cr)/ايروژل سيليس بر اساس رشد بلور‌هاي MIL-101(Cr) بر روي بستر ايروژل سيليس در فرايند هيدروترمال تهيه شد. پوشش‌دهي منسوج پلي‌استري با ساختار هيبريدي حاصل بر مبناي روش تركيببي اسپري‌كردن و سنتز درجا انجام شد. ارزيابي ساختار و خواص نمونه‌ها با استفاده از آناليز‌هاي FESEM، XRD، جذب و واجذب نيتروژن، FTIR و EDS انجام شد. همچنين براي ارزيابي عملكرد جذب رنگزاي نمونه‌ها از چهار رنگزاي مختلف آنيونيك و كاتيونيك با غلظت ppm300 استفاده شد. نتايج نشان دادند كه نمونه ايروژل سيليس سنتز شده از سطح مخصوص m2/g860 و حفرات مزومتري nm7 و تخلخل ٪86 برخوردار است. نمونه‌هاي MIL-101(Cr) سنتز شده داراي سطح مخصوص در محدوده m2/g2486-3195 و متوسط اندازه حفرات 2 نانومتر هستند. با كاهش دماي فرايند هيدروترمال، شكل بلور‌ها از حالت هشت‌وجهي به كروي تغيير كرده و سطح مخصوص افزايش يافت. در دماي °c160 با حضور سودسوزآور به عنوان تعديل كننده، نمونه با بالاترين سطح مخصوص حاصل شد. نتايج جذب رنگزا نشان داند كه ايروژل سيليس قابليت جذب رنگزاي كاتيونيك به ميزان محدود را داشته و رنگزاي آنيونيك را جذب نمي‌كند. درحاليكه MIL-101(Cr) راندمان جذب رنگزاي آنيونيك تا 89٪ را نشان داد و از قابليت جذب رنگزاي كاتيونيك برخوردار نيست. ساختار هيبريدي حاصل ظرفيت جذب رنگزاي آنيونيك متيل اورانژ و كنگو رد به ترتيب تا mg/g290 و mg/g300 افزايش داد. همچنين قابليت جذب رنگزاهاي كاتيونيك(متيلن بلو) توسط ساختار هيبريدي حدود 7 برابر نسبت بهMIL-101(Cr) و 5/2 برابر نسبت به ايروژل سيليس افزايش يافت. روش پوشش‌دهي مورد استفاده براي قرارگيري ساختار هيبريدي حاصل بر سطح منسوج پلي‌استري منجر به حفظ حفرات ماكرومتري منسوج شده كه از عوامل مهم در فرايند جذب رنگزا است .همچنين نتايج، يكنواختي پوشش هيبريدي حاصل را تاييد كرد. نتايج جذب رنگزاي اين نمونه حاكي ‌از آن است كه پوشش ساختار هيبريدي حاصل بر روي منسوج پلي‌استر اوليه، ظرفيت جذب رنگزاي كاتيونيك متيل‌بلو و مالاخيت گيرين را از mg/g02/0 به حدود mg/g70 و رنگزاي آنيونيك كنگو رد و متيل‌اورانژ از mg/g02/0 به mg/g300 افزايش داد.

230993

شيمي نساجي و رنگ

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان