ساخت نانوذرات کبالت کرومات با استفاده از قالب پلیمری ژل پلی‌آکریل‌آمید

نوع مقاله : پژوهشی

نویسنده

نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد نجف‌آباد، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد

چکیده

فرضیه: با توجه به خواص ویژه نانومواد، ساخت نانوذرات در سال‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته و تاکنون روش‌های مختلفی برای تولید این مواد به‌کار گرفته شده است. یکی از این روش‌ها، استفاده از ساختار‌های پلیمری برای کنترل نانوساختارهاست. بنابراین می‌توان انتظار داشت، تولید نانوذرات کبالت کرومات با ابعاد معین با استفاده از شبکه پلیمری با اندازه حفره‌های قابل کنترل، امکان‌پذیر است.
روش‌ها: در این پژوهش از ژل پلی‌آکریل‌آمید به‌عنوان قالبی برای به‌دام‌انداختن یون‌های فلزی استفاده شد تا نانوذرات در این قالب پلیمری تشکیل شوند و سپس شبکه پلیمری به‌کمک عملیات گرمایی حذف شد تا نانوذرات نهایی تولید شوند. بر این اساس، نانوذرات کبالت کرومات با این روش ساخته شد و برخی از پارامتر‌های تولید مانند دمای تشکیل شبکه پلیمری و دمای تکلیس محصولات بررسی شدند. محصول تولیدی با روش‌های مختلف مشخصه‌یابی شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد، با افزایش دما، سرعت تشکیل ژل سریع‌تر می‌شود. نتایج پراش پرتو X نشان داد، اگر چه محصول اولیه بی‌شکل است، اما اسپینل بلوری کبالت کرومات پس از عملیات گرمایی در ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد تولید شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی تشکیل ذرات با ابعادی در محدوده ۵۰nm  تا ۱۵۰nm  را نشان می‌دهد. نتایج تجزیه گرمایی نشان داد، ژل پلیمری تشکیل‌شده پس از عملیات گرمایی تا دمای ۶۵۰ درجه تخریب می‌شود. براساس تصاویر میکروسکوپ الکترونی،  اکثر ذرات دارای ابعاد بین ۵۰nm  تا ۱۵۰nm هستند. نمونه‌‌های تولیدی به‌عنوان نورکاتالیزگر برای تخریب رنگینه آبی متیلن استفاده شدند. نتایج تخریب نشان داد، نانوذرات تولیدی با این روش به‌خوبی رنگینه را به‌عنوان آلاینده آب حذف می‌کنند. همچنین، اثر مقدار نورکاتالیزگر بر ظرفیت حذف بررسی شد و نتایج نشان داد، با افزایش پودر تا ۳mg  بازده تخریب افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Fabrication of CoCr2O4 nanoparticles using polyacrylamide gel polymer template

نویسنده [English]

  • Hassanzadeh-Tabrizi S.A.
Advanced Materials Research Center, Department of Materials Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran.
چکیده [English]

Hypothesis: Due to the special properties of nanomaterials, the production of nanoparticles has received much attention in recent years and various methods have been used to produce these materials. One of the methods is to use polymer structures to control nanostructures. Therefore, it is possible to produce cobalt chromate nanoparticles with certain dimensions using a polymer network with controllable pore size.
Method: Polyacrylamide gel was used as a template to trap metal ions to form nanoparticles in this polymer template, and the polymer network was removed with the aid of heat treatment to produce the final nanoparticles. Therefore, cobalt chromate nanoparticles were fabricated by polyacrylamide gel method. The synthetic parameters like the temperature of polymer network formation and calcination temperature on the products were investigated. The manufactured product was characterized by different methods of analysis.
Findings: The results showed that the gel formation rate becomes faster with increasing temperature. X-Ray diffraction results showed that although the initial product is amorphous, a cobalt chromate crystalline spinel was produced after heat treatment at 800°C. Scanning electron microscope images showed the formation of particles with dimensions in the range of 50 to 150 nm. The thermal analysis results revealed that the polymer gel formation is destroyed after heat treatment up to 650°C. Electron microscope images showed that most of the particles have dimensions between 50 and 150 nm. The produced samples were used as photocatalysts for the degradation of methylene blue dye. The degradation results showed that the nanoparticles produced by this method effectively degrade the dye as a water pollutant. Also, the effect of the amount of photocatalyst on photodegradation yield was investigated and the results showed that by increasing the powder to maximum 3 mg, the degradation efficiency increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Photocatalyst
  • Polyacrylamide gel
  • Cobalt chromate
  • Nanomaterials
  • Polymer

مراجع

  1. Hahn H., Unique Features and Properties of Nanostructured Materials, Adv. Eng. Mater., 5, 277-284, 2003.
  2. Lu Y. and Liaw P.K., The Mechanical Properties of Nanostructured Materials, JOM., 53, 31-35, 2001.
  3. Pasparakis G., Recent Developments in the Use of Gold and Silver Nanoparticles in Biomedicine, Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol., 14, e1817, 2022.
  4. Oroujzadeh N. and Delpazir E., Ultrasonic Bottom-Up and Up-to-Down Methods to Synthesize Nano Particles of Two N-Nicotinyl Phosphorictriamides, Phosphorus. Sulfur. Silicon Relat. Elem., 191, 1467-1469, 2016.
  5. Baig N., Kammakakam I., and Falath W., Nanomaterials: A Review of Synthesis Methods, Properties, Recent Progress, and Challenges, Mater. Adv., 2, 1821-1871, 2021.
  6. Kolahalam L.A., Viswanath I.V.K., Diwakar B.S., Govindh B., Reddy V., and Murthy Y.L.N., Review on Nanomaterials: Synthesis and Applications, Mater. Today Proc., 18, 2182-2190, 2019.
  7. Miditana S.R., Tirukkovalluri S.R., and Imandi M.R., Review on the Synthesis of Doped TiO2 Nanomaterials by Sol-Gel Method and Description of Experimental Techniques, J. Water Environ. Nanotechnol., 7, 218-229, 2022.
  8. Dineshbabu N., Jayaprakash R.N., Karuppasamy P., Arun T., Vijaya J.J., Nimshi R.E., Pandian M.S., Packiam S.M., and ramasamy P., Investigation on Tetracycline Degradation and Bactericidal Properties of Binary and Ternary ZnO/NiO/g-C3N4 Composites Prepared by a Facile Co-precipitation Method, J. Environ. Chem. Eng., 10, 107368, 2022.
  9. Wang Y., Li H., Huang D., Wang X., Cai L., Chen Y., Wang W., Song Y., Han G., and Zhen B., A High-Performance Ethanol Gas Sensor Based on Ce-Doped SnO2 Nanomaterials Prepared by the Pechini Method, Mater. Sci. Semicond. Process., 137, 106188, 2022.
  10. Gao H., Yu C., Wang Y., Wang S., Yang H., Wang F., Tang S., Yi Z., and Li D., A Novel Photoluminescence Phenomenon in a SrMoO4/SrWO4 Micro/Nano Heterojunction Phosphors Obtained by the Polyacrylamide Gel Method Combined with Low Temperature Calcination Technology, J. Lumin., 243, 118660, 2022.
  11. Zhang M., Yang H., Xian T., Wei Z.Q., Jiang J.L., Feng Y.C., and Liu X.Q., Polyacrylamide Gel Synthesis and Photocatalytic Performance of Bi2Fe4O9 Nanoparticles, J. Alloys Compd., 509, 809-812, 2011.
  12. Wang S., Tang S., Gao H., Fang L., Hu Q., Sun G., Chen X., Yu C., Liu H., and Pan X., Modified Polyacrylamide Gel Synthesis of CeO2 Nanoparticles by Using Cerium Sulfate as Metal Source and Its Optical and Photoluminescence Properties, J. Mater. Sci. Mater. Electron., 32, 10820-10834, 2021.
  13. Wang W.P., Yang H., Xian T., and Jiang J.L., XPS and Magnetic Properties of CoFe2O4 Nanoparticles Synthesized by a Polyacrylamide Gel Route, Mater. Trans., 53, 1586-1589, 2012.
  14. Liu H., Wang S., Gao H., Yang H., Wang F., Chen X., Fang L., Tang S., Yi Z., and Li D., A Simple Polyacrylamide Gel Route for the Synthesis of MgAl2O4 Nanoparticles with Different Metal Sources as an Eficient Adsorbent: Neural Network Algorithm Simulation, Equilibrium, Kinetics and Thermodynamic Studies, Sep. Purif. Technol., 281, 119855, 2022.
  15. Noori M., Tahmasebpoor M., nd Khazini L., Effective Parameters on the Formation of Natural Zeolite-Based Granules to Remove Cationic Dyes from Contaminated Water, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Perian), 34, 267-279, 2021.
  16. Balakrishnan A., Appunni S., Chinthala M., and Vo D.V.N., Biopolymer-Supported TiO2 as a Sustainable Photocatalyst for Wastewater Treatment: A Review, Environ. Chem., Lett. 20, 3071-3089, 2022.
  17. Tahmasebpoor M., Sanaei L., and Noori M., Efficiency of Magnetic Granular Adsorbent Based on Natural Zeolite/Chitosan in Removing Arsenic from Polluted Water, Iran. J. Technol. (Persian), Sci. Technol., 35, 2022.
  18. Bhat M.A., Rangreez T.A., Yaseen Z., Rather R.A., and Shalla A.H., Smart Polyacrylamide-Cholic Acid Hybrid Composite Hydrogel: Development, Characterization, and Encapsulation Study of Methylene Blue Dye, Mater. Today Commun., 33, 104515, 2022.
  19. Unimuke T.O., Louis H., Emori W., Idante P.S., Agwamba E.C., Nwobodo I.C., Wei K., Cheng C.R., Adalikwu S.A., and Bassey V.M., Spectroscopic and Molecular Electronic Property Investigation of 2-Phenylpyrimidine-4, 6-Diamine via
    1H NMR, UV–Vis, FT-Raman, FTIR, and DFT Approach, J. Mol. Struct., 1263, 133195, 2022.
  20. Fardood S.T., Moradnia F., Forootan R., Abbassi R., Jalalifar S., Ramazani A., and Sillanpӓӓ M., Facile Green Synthesis, Characterization and Visible Light Photocatalytic Activity of MgFe2O4@CoCr2O4 Magnetic Nanocomposite, J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 423, 113621, 2022.
  21. Shuaibu A.D., Rubab R., Khan S., Ali S., Shaikh A.J., Khan S.A., and Khan A.M., Comparative Effects of Zinc Oxide Nanoparticles Over the Interfacial Properties of Low Concentrations of Ionic Surfactants at Interfaces, Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp., 637, 128241, 2022.
  22. Pournajaf R. and Hassanzadeh-Tabrizi, S.A., Polyacrylamide Synthesis of Nanostructured Copper Aluminate for Photocatalytic Application, J. Adv. Mater. Process., 5, 12-19, 2018.

 

مجله علوم و تکنولوژی پلیمر
دوره 35، شماره 6 - شماره پیاپی 182
بهمن و اسفند 1401
صفحه 519-527

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار