No category

پایان نامه رایگان درباره پلیمر، مولکولی، تولید

اگر سل حاصل دارای چنین ویژگی باشد می‌توان امیدوار بود تا محصول همگن، خالص و با بازده بالا تولید شود.
4ـ2ـ3 تشکیل ژل
برای این کار کافی است محصول ساخته شده را به نوعی تحریک کرد تا ذرات ریز پراکنده شده (که هرکدام شامل چند تا چند ده واحد مولکولی یا اتمی ازآغازگرهای مربوطه هستند) شروع به نوعی گردهمایی کنند. با ایجاد برهمکنش‌های (فیزیکی و شیمیایی) میان ذرات معلق پراکنده شده درمحلول سل، آنها بصورت واحدهای بینهایت بزرگ می‌دهند که نوعاً تمام حجم ظرف واکنش را به خود اختصاص می‌دهد.
شکل 4-3 واکنش تراکم
این مولکول غول پیکر که دارای خلل وفرج بسیار فراوانی است تمام حلال را در درون خود به دام می‌اندازد، و ژل خیس67نام دارد.
شکل 4ـ4 نمای کلی از واکنش تراکم و تبدیل به ژل
برای تولید ژل خیس نیاز به تحریک محلول سل داریم تا به ژل برسیم این تحریک می‌توان با استفاده از معرف مناسب (آب خالص یا آب به همراهHcl، NaoH) انجام شود در واقع در مرحله تبدیل سل به ژل که توسط واکنش‌های مرسوم به تراکم کنترل می‌شوند یک واکنش بسپارش معدنی68به شمار می‌رود که محصول نهایی آن شبکه اکسیدی حاوی خوشه‌های اکسید فلزی M-O-M است.
شکل 4-5 واکنش تراکم و تصویر سه بعدی از واکنش تراکم
در روش سل _ژل هر دو مرحله هیدرولیز و تراکم تولید محصولات فرعی با وزن مولکولی پایین نظیر الکل و آب می‌کنند و این محصولات فرعی باید از سیستم حذف شوند. در واقع یک روش اساسی برای تولید نانو ذرات سیلیکا محسوب شود و تولید ذرات با اندازه یکسان می‌کند خواص فیزیکی ژل خشک بستگی به پارامتر‌های موجود در روش سل_ژل دارد. واکنش تراکم دقیقاً عکس واکنش هیدرولیز است در هیدرولیز مولکولی درشت با مصرف آب به اجزاء ساده تر تبدیل می‌شود اما در تراکم دو مولکول ساده به هم می‌پیوندند و تشکیل یک مولکول پیچیده تر را می‌دهند در حاشیه این ترکیب شدن یک مولکول دو هیدروکسید یا (یک هیدروکسید+یک آلکوکسید) (M-OR+HO-M) با هم ترکیب شوند تا یک اکسید فلزیM-O-Mایجاد کنند. ژل در نهایت به عنوان محلول ساخته می‌شود در مرحله‌ی بعدی باید به روشی حلال را از آن جدا کنیم تا فرآیند تکمیل شود. ژل‌ها انواع مختلفی دارند که هر کدام خصوصیات و کاربردهای مخصوص به خود را دارند. بسته به نوع حلال مورد استفاده یا نوع روش خشک کردن، اسامی، ویژگی‌ها و کاربردهای آنها متفاوت خواهد بود. بنابراین روش سل-ژل، روش ارزان و قابل دسترسی برای تولید در حجم صنعتی می‌باشد در این روش با ساخت یک محلول خوب (شفاف و پایدار) و تبدیل آن به ژل طی فرآیند هیدرولیز و در پی آن تراکم به محصول ژل خیس رسید و با یکی از روش‌هایی که برای خشک کردن ژل خیس وجود دارد، ژل را خشک کرده و به محصول نهایی که یک ساختار جامد متخلخل است می‌رسیم نحوه خشک کردن بستگی مستقیم به نوع محصول و ویژگی‌های آن دارد.
4-3 واکنش‌های شیمیایی درگیر در فرآیند سل-ژل به اختصار
شکل 4-6 خلاصه واکنش‌های سل_ژل
به طور کلی در هر فرآیند شیمیایی محصول به دست آمده حاصل واکنش‌های شیمیایی مختلف است. در روند فرآیند سل-ژل نیز واکنش‌های مختلفی رخ می‌دهد تا محصول نهایی به دست آید.
4ـ4 روش سل_ژل در یک نگاه
شکل 4-7 روش سل_ژل در یک نگاه
4-5 روش‌های تولید نانو ذرات
روش‌های زیادی ازجمله فرآیندسل-ژل (روش محلولی)، تراکم بخار خنثی، آلیاژسازی مکانیکی، یا برخورد با گلوله‌های پرانرژی، روش پلاسما وروش‌های الکتروشیمیایی از روش‌ها‌ی معمول برای تولید نانو ذرات هستند همه روش‌های ذکر شده برای تولید حجم زیادی از نانو مواد استفاده می‌شوند. (نیدربرگر69 و پینا70، 2009)
فصل پنجم
مطالعات تجربی
5-1 مواد مصرفی
متاکریلیک اسید(MAA)، اتیلن گلیکول دی متاکریلات (EGDMA)، 2و2_آزوبیس ایزو بوتیرو نیتریل(AIBN)، اتانول، استونیتریل، استیک اسید، متانول، تترا اتیل ارتو سیلیکات(TEOS)، نانو ذرات سیلیکا(Sio2)، سیلان71(MPTS)، گلایسین، سارکوزین، آلانین، والین، پرولین، تیروزین، نین هیدرین از شرکت مرک72 آلمان خریداری شدند.
5-2 دستگاه‌ها
از pHمترjenway مدل 310 برای تنظیم pH استفاده شد، از دستگاه استخراج سوکسله73جهت حذف انالیت هدف استفاده شد، از دستگاهFT_IR (Nicolet6700)جهت بررسی طیف‌های پلیمر قالب مولکولی و پلیمر قالب گیری نشده استفاده شد. میزان غلظت گلایسین در مخلول‌ها پس از تماس با پلیمر از دستگاه UVمدل PERKIN ELMAR lambda 25 مورد بررسی قرار گرفتند. از دستگاه پراش پرتو(XRD) Xمدل Bruker_D8 ADVANCE جهت آنالیز نانو ذرات سیلیکا به دست آمد.
5ـ3 تهیه پلیمر قالب مولکولی
5ـ3ـ1 انتخاب عوامل
5ـ3ـ1ـ1 مولکول هدف
مولکول هدف در انجام این پروژه گلایسین است که دارای ذرات ریز بلوری سفید رنگ است و در آب محلول است و در شرایط دور از نور و رطوبت همینطور حرارت باید نگهداری شود.
شکل 5-1 ساختار مولکول هدف گلایسین
5ـ3ـ1ـ2 مونومر عاملی
مونومر عاملی مورد استفاده متاکریلیک اسید است که یکی از رایج‌ترین مونومرهای عاملی به شمار می‌رود که با توجه به ساختار مولکول هدف و امکان برقراری پیوند یونی بین مولکول هدف و مونومر وجود دارد. همچنین گروه کربوکسیل بر روی این مونومر مناسب برای برقراری پیوند هیدروژنی است. (پیچون74، 2007)
شکل 5ـ2 ساختار مونومر عاملی متاکریلیک اسید
5ـ3ـ1ـ3 عامل اتصال دهنده عرضی
اتیلن گلیکول دی متاکریلات که به عنوان عامل اتصال دهنده عرضی عمل می‌کند دارای دو گروه اکریلات است که همین امر سنتز پلیمری سخت با مورفولوژی (ریخت شناسی) مطلوب را امکان پذیر می‌کند. همینطور ساختار سه بعدی پلیمر قالب مولکولی توسط اتصال دهنده عرضی تعیین می‌شود. و سختی و استحکام پلیمر نیز از دیگر عواملی است که به اتصال دهنده عرضی بستگی دارد. (آنسل75، 2004)
شکل 5ـ3 ساختار اتصال دهنده عرضی (اتیلن گلیکول دی متاکریلات)
5-3-1-4 حلال مناسب
در انتخاب حلال خوب باید موارد زیر را مد نظر قرار دهید:
با توجه به وجود نیروهای غیر کووالانسی، نظیر پیوند هیدروژنی و نیروهای واندروالسی، بین مونومر و قالب مولکولی، حلال‌های آپروتیک (غیر قطبی) یا با قطبیت متوسط کمترین برهم کنش را با نیروهای موجود دارند.
حلال مورد نظر باید قابلیت نفوذ در پلیمر و تورم آن را داشته باشد.
حلال پوششی اجزاء باید به گونه‌ای باشد که کمترین ممانعت را در بر هم کنش‌های بین مولکولی مونومر عاملی – قالب را داشته باشد. قدرت پیوند بین دو مولکول با بار مخالف در حلال‌هایی با دی الکتریک پایین مثل هیدرو کربن‌ها مانند کلروفرم بالاست.
5-3-1-5 آغازگر
آغازگر مورد استفاده در این پروژه 2َ و 2- آزوبیس (2 – متیل پروپیو نیتریل)یا AIBN است که به صورت حرارتی و فتوشیمیایی تخریب می‌شود و رادیکال تولید می‌کند. (آنسل76، 2004)
شکل 5ـ4 ساختار آغازگر مورد استفاده در فرآیند تولید پلیمر قالب مولکولی
5-4 طراحی آزمایش و پلیمریزاسیون
یک پلیمر قالب مولکولی (MIP) و یک پلیمر قالب گیری نشده (NIP) می بایست مشابه و با ترکیب یکسان آماده گردند. به غیر از آنالیت هدف که از پلیمر NIP برداشته می شود.
5-4-1 سنتز نانو ذرات سیلیکا
به یک بشر 100 میلی‌لیتری مقدار 30 میلی‌لیتر اتانول و 5 میلی‌لیتر تترااتیل ارتوسیلیکات (TEOS) اضافه شد و محتویات آن از طریق سرنگ GC به بشر دیگری که حاوی 9 میلی‌لیتر آمونیاک و 50 میلی‌لیتر اتانول بود با سرعت 025/0 میلی‌لیتر بر دقیقه اضافه شد. بعد از گذشت 24 ساعت محلول واکنش به لوله‌های آزمایش انتقال داده شد و به مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ شد، سپس رسوب به دست آمده با اتانول مطلق شستشو و در نهایت به دسیکاتور انتقال داده شد و تحت خلأ خشک گردید.
5-4-2 سنتز نانو ذرات سیلیکا – سیلان A (MPTS)
به یک بالن ته گرد سه دهانه مقادیر 60 میلی لیتر تولوئن به عنوان حلال و 3/0 گرم نانوذرات سیلیکا و 6 میلی لیتر سیلانA (MPTS) به فلاسک انتقال داده شد. این واکنش به مدت 12 ساعت تحت حضور گاز نیتروژن به طول انجامید. در پایان پس از سانتریفیوژ و شستشوی رسوب با 10 میلی لیتر تولوئن ترکیب نانوذرات سیلیکا-سیلانA به دست آمد که از آن جهت سنتز پلیمر مورد استفاده قرار گرفت.
شکل 5ـ5 سنتز نانو ذرات سیلیکا_سیلان A
5-4-3 روش سنتز پلیمر قالب مولکولی
به یک بالن ته گرد سه دهانه حلالهای تولوئن-استونیتریل(20 میلی لیتر و 60 میلی لیتر) و مونومر عاملی (متاکریلیک اسید 36/1 میلی لیتر)و آنالیت هدف (گلایسین 445/0 گرم) جهت همزدن به مدت 15 دقیقه به فلاسک انتقال داده شد. سپس نانو ذرات( سیلانA-سیلیکا 6/0 گرم) و ایجاد کننده پیوند های عرضی (اتیلن گلیکول دی متاکریلات ( 1/12 میلی لیتر) اضافه شد. سپس آغازگر (‘2و2-آزو بیس ایزو بوتیرو نیتریل 34/0 گرم )اضافه شد. مخلوط مورد نظر به مدت 15 دقیقه تحت گاز نیتروژن قرار گرفت تا اکسیژن حل شده در آن حذف گردد. چرا که وجود اکسیژن مانع از فرآیند پلیمریزاسیون رادیکالی میشود. فرآیند پلیمریزاسیون به مدت 18 ساعت در حمام روغن ?C60 ادامه یافت. بعد از پلیمریزاسیون یک مونولیت پلیمری سخت بدست آمد که در درون یک هاون خرد و پودر شد. سپس استخراج سوکسله به مدت 12 ساعت انجام شد تا آنالیت هدف با نسبت حجمی30 :70 (V/V) متانول/استیک اسید حذف گردید. سپس پلیمر چندین بار با متانول مطلق شستشو داده شد تا اسید استیک و دیگر عوامل خشک کننده حذف شوند. حال پلیمر خشک شده آماده برای آزمایش است. (یان و همکاران،2010)77
شیوه سنتز NIP دقیقا مشابه شیوه سنتز MIP است، تنها با این تفاوت که گلایسین به عنوان مولکول هدف در فرآیند تهیه NIP برداشته می شود. ساختار دو پلیمر سنتز شده از طریق اسپکتروسکوپی FT-IR مورد بررسی قرار گرفت و ساختارشان تایید گردید.
5-4-4 شناسایی گلایسین
شناسایی گلایسین توسط معرف نین هیدرین با فرمول مولکولی C9H6O4 انجام شد. نین هیدرین طی واکنش با اسیدهای آمینه تولید رنگ بنفش می کند که شدت رنگ تشکیل شده متناسب با غلظت اسید آمینه است. شدت رنگ توسط دستگاه اسپکتروفتومتری با توجه به میزان جذب وغلظت براساس منحنی کالیبراسیون مشخص می شود. (لی و همکاران،2008)78
شکل 5ـ6 شناسایی گلایسین توسط نین هیدرین
5-5 بهینه سازی شرایط جذب گلایسین به کمک پلیمر قالب مولکولی
5-5-1 مشخص کردن بیشترین طول موج جذب
به 5 سی سی از محلولهای گلایسین ppm 100 مقدار cc 2 محلول نین هیدرین w/v 2% (حل کردن 2 گرم نین هیدرین در cc 100استن) اضافه می کنیم و مدت 10 دقیقه در حمام آب جوش قرار می دهیم تا رنگ بنفش ظاهر شود. محلول رنگی را در حمام آب سرد گذاشته و پس از5 دقیقه، جذب آن در دامنه طول موج 800-200 نانومتر اندازه گیری شد. ماکزیمم جذب در 570 نانومتر بود. تمام سنجشهای بعدی در این طول موج انجام شد.
نمودار 5-1 بیشترین طول موج جذب
5-5-2 بررسی اثر زمان بر جذب پلیمر
5 محلول استاندارد (ppm10) گلایسین تهیه شد و به 5 بشر 100 میلی لیتری انتقال داده شد. سپس 1 گرم از پلیمر به هر بشر افزوده شد. هر یک از مخلوط ها در شرایط کاملاً یکسان به مدت 30،60،90،120،150دقیقه بوسیله یک مگنت هم زده شدند تا جذب سطحی گلایسین بر روی ذرات پلیمر قالب مولکولی تسهیل گردد. سپس کلیه مخلوطها سانتریفیوژ شده و به 5 میلی لیتر از محلولهای فیلتر شده ( مقدار گلایسین جذب سطحی نشده) مقدار 2 میلی لیتر معرف نین هیدرین %2 افزوده و در حمام آب داغ قرار داده تا رنگ محلول به بنفش تغییر رنگ دهد. سپس از آنها در طول موج nm560 طیف UV گرفته شد. همانگونه که از جدول (3-1) مشخص است بازه زمانی 120 دقیقه کافی است تا به تعادل برسیم. میزان سارکوزین متصل شده به پلیمر از طریق کم

مطلب مشابه :  پایان نامه با موضوعافراد مبتلا

دیدگاهتان را بنویسید