به تجارت شیمیایی خوش آمدید

 

نانوذرات مغناطیسی تا به حال به صورت‌های مختلفی سنتز شده‌اند. اکسید فلزات مانند Fe3O4 و γ-Fe3O4 فریت‌ها از قبیل MFe2O4 (M=Mg, Mn, Cu, Ni). و آلیاژهای فلزی مانند FePt, CoPt  در دهه گذشته مطالعات فراوانی بر روی انواع روش‌های سنتز نانوذرات مغناطیسی موثر و با توان کنترل گستره توزیع اندازه ذرات آنها صورت گرفته است. این روش‌ها شامل:

هم‌رسوبی،

ریزامولسیون[1]،

تجزیه گرمایی[2]،

حلال- گرمایی[3]،

صوت شیمیایی[4]، به کمک مایکروویو[5]،

ترسیب شیمیایی بخار[6]،

سنتز احتراقی[7]،

قوس کربن[8]

پیرولیز لیزری[9].

روش‌های سنتز در فاز مایع

روش هم‌رسوبی

هم‌رسوبی یک روش ساده و ارزان برای تهیه نانوذرات مغناطیسی اکسید فلزات و فریت‌ها می‌باشد  در این روش رسوب‌دهی نانوذرات تحت شرایط بازی و در جو بی‌اثر انجام می‌گیرد. سنتز معمولاً در دمای محیط انجام می‌گیرد ولی گاهی از دماهای بالاتر نیز استفاده می‌شود [1].

روش ریزامولسیون

ریزامولسیون شامل یک محلول پایدار و همگن از روغن، آب و یک سورفکتانت[10] می‌باشد. محلول آبی ممکن است شامل نمک و یا افزودنی‌های دیگر باشد. روغن می تواند ترکیبی از هیدروکربن ها باشد. [1].

روش تجزیه گرمایی

با این روش نانوذرات هم اندازه و کوچک توسط تجزیه گرمایی ترکیبات آلی فلزی مربوطه در حلال آلی جوشان شامل یک سورفکتانت پایدارکننده، سنتز می‌شوند [2].

روش‌های سنتز فاز گازی

این روش‌ها بر اساس واکنش‌های پیرولیز، کاهش، هیدرولیز، اکسایش و سایر واکنش‌ها برای رسوب دادن نانوذرات جامد از اجزای گازی می‌باشد و شامل انواع روش‌های ترسیب شیمیایی بخار، تخلیه قوسی[11] و پیرولیز با لیزر می‌باشند [30].

 

 

 

روش‌های سنتز فاز جامد

روش‌های سنتز فاز جامد معمولاً برای تولید نانوذرات محافظت شده و کپسول شده با کربن به کار می‌روند. این روش‌ها بر اساس بازپخت در دمای بالای ترکیباتی مانند Fe2O3 و پودر کربن می‌باشند. در این روش سنتز نانوذرات معمولاً اندازه و مغناطیس‌پذیری نانوذرات به سختی قابل کنترل است. این روش‌ها شامل روش‌های احتراقی و بازپخت می‌باشند [3].

محافظت و پایدار کردن نانو ذرات مغناطیسی

محافظت و پایدار نگه داشتن نانو ذرات برای مدت طولانی بدون اینکه تجمع و رسوبی رخ دهد، یکی از مهم‌ترین مسائل در این زمینه می‌باشد. نانو ذرات مغناطیسی همانند دیگر نانو ذرات از انرژی سطح بالایی نسبت به حجمشان برخوردارند. به علاوه، برهمکنش‌های مغناطیسی قوی میان نانو ذرات مغناطیسی برقرار است. اثرات مغناطیسی اضافی این ذرات، آن را بیشتر از دیگر نانو ذرات متحمل تجمع کنترل نشده، تحت شرایط معمول سنتز، می‌کند. همچنین نانو ذرات تهیه شده مستعد اکسید شدن هستند و با حضور اکسیژن به مقمتیت1  تبدیل می­شوند که از نظر مغناطیسی خیلی ضعیف‌تر از مگنتیت است.

از روش‌های زیر می‌توان جهت پایداری نانوذرات مغناطیسی استفاده کرد:

1- تعادل بین نیروهای دافعه و جاذبه بین نانوذرات.

2- قرار دادن پوشاننده‌های آلی ‌یا معدنی بر روی سطح نانوذرات مغناطیسی [4].

 

 

اصلاح سطح نانو ذرات مغناطیسی

در آماده سازی و ذخیره سازی نانو ذرات به شکل کلوئیدی، پایداری کلوئید از اهمیت زیادی برخوردار است. با پوشش سطحی مناسب، نانو ذرات مغناطیسی می‌توانند درون حلال‌های مناسب پراکنده شوند و سوسپانسیون‌های همگن تشکیل می‌شود که فروسیال1 نامیده می شوند. آنها یا از طریق حجم زیادی از دانه‌ی پلیمری پراکنده می‌شوند یا پراکنده شدن از طریق شکستن پوسته ی اطراف هسته در واکنشگرهای کلوئیدی رخ می‌دهند.

توزیع همگن نانو ذرات پخش شده در محلول باعث انتقال جرم مطلوب به سطح و خروج جزء مورد نظر از محلول شده و خاصیت مغناطیسی سایر اجزاء را کاهش می‌دهد. علاوه بر این جاذب های پخش شده، از مشکلاتی مانند ایجاد رسوب در ستون‌های پر شده و غشاءها جلوگیری می‌کنند.

فروسیال‌های سوسپانسیون‌های کلوئیدی از ذرات مغناطیسی Fe3O4 هستند که سیالاتی با قابلیت مغناطیسی را تشکیل می‌دهند که در شدیدترین میدان‌های مغناطیسی به صورت مایع باقی می‌مانند و در نتیجه سیالات مغناطیسی دارای ترکیب منحصر به فردی از سیالیت می‌شوند و توانایی تعامل با یک میدان مغناطیسی را دارا می‌شوند.

سوسپانسیون می‌تواند با یک میدان مغناطیسی خارجی بر‌هم‌کنش داشته باشد و در یک ناحیه‌ی خاص، در یک موقعیت مناسب قرار بگیرند.

برای تثبیت مؤثر نانو ذرات اکسید آهن، اغلب نیاز است پوشش مورد نظر دانسیته ی بسیار بالایی داشته باشد. بعضی از تثبیت کننده‌ها مانند سورفاکتانت ها با یک پلیمر معمولا در زمان آماده‌سازی، از تجمع نانو ذرات جلوگیری می‌کنند.

 

پوشش‌های معدنی

‌‌سطح نانوذرات مغناطیسی را می‌توان با پوشش‌های معدنی  همچون اکسیدهای فلزی، سیلیکا، فلزات گرانبها و کربن پوشاند.یک راه بسیار ساده برای محافظت نانوذرات مغناطیسی، استفاده از اکسیدهای فلزی متفاوت از هسته اصلی به عنوان پوشش آن‌ها است

پوششی‌دهی با مواد آلی

تا به امروز اغلب مطالعات بر روی توسعه پوشش با سورفاکتانت‌ها متمرکز شده بود، اما امروزه بیشتر توجهات به سمت پوشش دهی با پلیمرها معطوف شده است. روش‌های متعددی برای پایداری نانوذرات مغناطیسی با استفاده از سورفاکتانت‌ها و پلیمرها چه در حین سنتز و چه بعد از سنتز نانوذرات ارائه شده است. مواد پوششی پلیمری را می توان به دو صورت مصنوعی و طبیعی طبقه‌بندی کرد.

1- پلیمرهای مصنوعی مانند کوپلیمر پلی (اتیلن – وینیل استات)، پلی وینیل پیرولیدین، کوپلیمر پلی (لاکتیک – گلیکولیک اسید) ، پلی اتیلن گلیکول، پلی وینیل الکل و …

2- پلیمرهای طبیعی: ژلاتین، دکستران[12]، کیتوسان[13]، پولولان [6-5]

در این تحقیق نیز از پلیمر طبیعی کیتوسان مشتق شده از کیتین برای پوشش دادن سطح نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن استفاده شده است، لذا در ادامه بیشتر به پلیمر کیتوسان پرداخته می‌شود.

عامل دار کردن نانوذرات مغناطیسی

برهمکنش‌های بین نانوذرات و محیط اطراف آن‌ها به شدت تحت تأثیر سطح و گروه‌های سطحی نانوذرات است. توسعه روش‌های اصلاح سطح نانوذرات مغناطیسی جهت عامل‌دار کردن شیمیایی آن‌ها و کنترل حلالیتشان مهم است و به شدت متاثر از نوع کاربرد مورد نظر است. به طور مثال برای کابردهای بیولوژیکی اغلب سطح نانوذرات مغناطیسی با مولکول‌های زیستی مانند پروتئین‌ها اصطلاح می‌شوند. ‌اکثر کاربردهای نانوذرات مغناطیسی نیازمند پایداری شیمیایی، یکنواختی در اندازه و پراکندگی مناسب آن‌ها در محیط مایع است. لذاسطح نانوذرات باید با گروه‌های مناسب اصلاح شوند. جذب شیمیایی الکترواستاتیکی، اتصال کووالانسی و تعویض لیگاند از جمله روش‌هایی هستند که برای تغییر و اصلاح سطح نانوذرات استفاده می‌شوند [7].

 

 


مراجع

[1]. Rayan Muller, et al., “Magnetic Iron Oxide Nanoparticles” Chemical Reviews, 108, 2008, PP. 2064-2110.

[2]. Yadollah Yamini, et al., “Magnetic Nanoparticles: Synthesis, Stabilization, Functionalization, Characterization, and Applications” Journal of Iranian Chemical Society, 7, 2010, PP 1-37.

[3]. Fritoi Schüth, et al., “Magnetic Nanoparticles: Synthesis, Protection, Functionalization, and Application” Angewandte Chemie International, 46, 2007, PP 1222-1244.

[4]. Petter Couvreur, et al., “Magnetic Nanoparticles” Chemical Reviews, 112, 2012, PP 5818-5878.

[5]. Hooshang Parham, Nadereh Rahbar, “Solid phase extraction-spectrophotometric determination of salicylic acid using magnetic iron oxide nanoparticles as extractor” Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, V. 50, 2009, PP. 58-63.

[6]. Mohmmad Faraji, et al., “Extraction of trace amounts of mercury with sodium dodecyle sulphate-coated magnetite nanoparticles and its determination by flow injection inductively coupled plasma-optical emission spectrometry” Talanta, 81, 2010, PP 831-836.

[7]. Marveled Colombo, et al., “Biological applications of magnetic nanoparticles” Chemical Society Reviews, 41, 2012, PP 4306-4334.