Օգտագործելով արմավենու յուղը որպես կանաչ ավետաբեր, մագնիսական նանոածխածինների աղեղային սինթեզ՝ օգտագործելով միկրոալիքային վառարան՝ կեղտաջրերի մաքրման համար:

Շնորհակալություն Nature.com այցելելու համար:Դուք օգտագործում եք զննարկչի տարբերակ՝ CSS-ի սահմանափակ աջակցությամբ:Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել թարմացված դիտարկիչ (կամ անջատել Համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում):Բացի այդ, շարունակական աջակցություն ապահովելու համար մենք կայքը ցուցադրում ենք առանց ոճերի և JavaScript-ի:
Ցուցադրում է միանգամից երեք սլայդներից բաղկացած կարուսել:Օգտագործեք «Նախորդ» և «Հաջորդ» կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդներով շարժվելու համար, կամ օգտագործեք վերջում գտնվող սլայդերի կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդների միջով անցնելու համար:
Միկրոալիքային ճառագայթման միջոցով արտանետվող մետաղների առկայությունը հակասական է, քանի որ մետաղները հեշտությամբ բռնկվում են:Սակայն հետաքրքիրն այն է, որ հետազոտողները պարզել են, որ աղեղի արտանետման երևույթը խոստումնալից ուղի է տալիս նանոնյութերի սինթեզի համար՝ մոլեկուլները բաժանելով:Այս ուսումնասիրությունը մշակում է մեկ քայլով, բայց մատչելի սինթետիկ մեթոդ, որը համատեղում է միկրոալիքային ջեռուցումն ու էլեկտրական աղեղը՝ չմշակված արմավենու յուղը վերածելու մագնիսական նանոածխածնի (MNC), որը կարող է համարվել որպես արմավենու յուղի արտադրության նոր այլընտրանք:Այն ներառում է միջավայրի սինթեզ՝ չժանգոտվող պողպատից մշտապես փաթաթված մետաղալարով (դիէլեկտրական միջավայր) և ֆերոցենով (կատալիզատոր) մասնակի իներտ պայմաններում:Այս մեթոդը հաջողությամբ ցուցադրվել է 190.9-ից մինչև 472.0°C ջերմաստիճանի տիրույթում տաքացման համար՝ տարբեր սինթեզի ժամանակներով (10-20 րոպե):Թարմ պատրաստված MNC-ները ցույց են տվել 20,38–31,04 նմ միջին չափսերով, միջծակոտկեն կառուցվածքով (SBET՝ 14,83–151,95 մ2/գ) և ֆիքսված ածխածնի բարձր պարունակությամբ (52,79–71,24 wt.%) գնդիկներ, ինչպես նաև D և G։ շերտեր (ID/g) 0,98–0,99:FTIR սպեկտրում նոր գագաթների առաջացումը (522,29–588,48 սմ–1) վկայում է ֆերոցենում FeO միացությունների առկայության օգտին։Մագնիսաչափերը ֆերոմագնիսական նյութերում ցույց են տալիս մագնիսացման բարձր հագեցվածություն (22,32–26,84 էմու/գ)։Կեղտաջրերի մաքրման մեջ MNC-ների օգտագործումը ցուցադրվել է՝ գնահատելով դրանց կլանման հզորությունը՝ օգտագործելով մեթիլեն կապույտ (MB) կլանման թեստը տարբեր կոնցենտրացիաներում՝ 5-ից 20 ppm:Սինթեզի ժամանակ (20 րոպե) ստացված MNC-ները ցույց են տվել կլանման ամենաբարձր արդյունավետությունը (10,36 մգ/գ), համեմատած մյուսների հետ, իսկ ՄԲ ներկերի հեռացման արագությունը կազմել է 87,79%:Հետևաբար, Լանգմյուիրի արժեքները լավատեսական չեն Freundlich արժեքների համեմատ, քանի որ R2-ը մոտ 0,80, 0,98 և 0,99 է MNC-ների համար, որոնք սինթեզված են համապատասխանաբար 10 րոպեում (MNC10), 15 րոպեում (MNC15) և 20 րոպեում (MNC20):Հետևաբար, ադսորբցիոն համակարգը գտնվում է տարասեռ վիճակում։Հետևաբար, միկրոալիքային աղեղն առաջարկում է CPO-ն MNC-ի փոխակերպելու խոստումնալից մեթոդ, որը կարող է հեռացնել վնասակար ներկերը:
Միկրոալիքային ճառագայթումը կարող է ջերմացնել նյութերի ամենաներքին մասերը էլեկտրամագնիսական դաշտերի մոլեկուլային փոխազդեցության միջոցով:Այս միկրոալիքային արձագանքը յուրահատուկ է նրանով, որ այն նպաստում է արագ և միատեսակ ջերմային արձագանքին:Այսպիսով, հնարավոր է արագացնել ջեռուցման գործընթացը և ուժեղացնել քիմիական ռեակցիաները2:Միևնույն ժամանակ, ավելի կարճ արձագանքման ժամանակի շնորհիվ, միկրոալիքային ռեակցիան, ի վերջո, կարող է արտադրել բարձր մաքրության և բարձր եկամտաբերության արտադրանք3,4:Իր զարմանալի հատկությունների շնորհիվ միկրոալիքային ճառագայթումը հեշտացնում է հետաքրքիր միկրոալիքային սինթեզները, որոնք օգտագործվում են բազմաթիվ հետազոտություններում, այդ թվում՝ քիմիական ռեակցիաներում և նանոնյութերի սինթեզում5,6:Ջեռուցման գործընթացում միջավայրի ներսում ընդունիչի դիէլեկտրական հատկությունները որոշիչ դեր են խաղում, քանի որ այն միջավայրում ստեղծում է թեժ կետ, ինչը հանգեցնում է տարբեր մորֆոլոգիաներով և հատկություններով նանոածխածինների առաջացման:Ուսումնասիրությունը Omoriyekomwan et al.Սնամեջ ածխածնային նանոմանրաթելերի արտադրություն արմավենու միջուկներից՝ օգտագործելով ակտիվացված ածխածնի և ազոտի8.Բացի այդ, Ֆուն և Համիդը որոշել են կատալիզատորի օգտագործումը 350 W9 միկրոալիքային վառարանում յուղի արմավենու մանրաթելից ակտիվացված ածխածնի արտադրության համար:Հետևաբար, նմանատիպ մոտեցում կարող է կիրառվել չմշակված արմավենու յուղը MNC-ների փոխակերպելու համար՝ ներմուծելով համապատասխան աղբահանիչներ:
Հետաքրքիր երևույթ է նկատվել միկրոալիքային ճառագայթման և սուր եզրերով, կետերով կամ ենթամանրադիտակային անկանոնություններով մետաղների միջև10։Այս երկու օբյեկտների առկայության վրա կազդի էլեկտրական աղեղը կամ կայծը (սովորաբար կոչվում է աղեղային արտանետում)11,12:Աղեղը կնպաստի ավելի տեղայնացված թեժ կետերի ձևավորմանը և կազդի ռեակցիայի վրա՝ դրանով իսկ բարելավելով շրջակա միջավայրի քիմիական կազմը13:Այս առանձնահատուկ և հետաքրքիր երևույթը գրավել է տարբեր հետազոտություններ, ինչպիսիք են աղտոտիչների հեռացումը14,15, կենսազանգվածի խեժի ճեղքումը16, միկրոալիքային օգնությամբ պիրոլիզը17,18 և նյութերի սինթեզը19,20,21:
Վերջերս նանոածխածինները, ինչպիսիք են ածխածնային նանոխողովակները, ածխածնային նանոսֆերաները և փոփոխված կրճատված գրաֆենի օքսիդը, ուշադրություն են գրավել իրենց հատկությունների շնորհիվ:Այս նանոածխածինները մեծ ներուժ ունեն կիրառությունների համար՝ սկսած էներգիայի արտադրությունից մինչև ջրի մաքրում կամ վնասազերծում23:Բացի այդ, պահանջվում են գերազանց ածխածնի հատկություններ, բայց միևնույն ժամանակ պահանջվում են լավ մագնիսական հատկություններ:Սա շատ օգտակար է բազմաֆունկցիոնալ ծրագրերի համար, ներառյալ մետաղական իոնների և ներկերի բարձր կլանումը կեղտաջրերի մաքրման մեջ, մագնիսական մոդիֆիկատորները կենսավառելիքներում և նույնիսկ բարձր արդյունավետությամբ միկրոալիքային կլանիչներ24,25,26,27,28:Միևնույն ժամանակ, այս ածխածիններն ունեն ևս մեկ առավելություն, ներառյալ նմուշի ակտիվ կայքի մակերեսի մեծացումը:
Վերջին տարիներին մագնիսական նանոածխածնային նյութերի հետազոտություններն աճում են:Սովորաբար, այս մագնիսական նանոածխածինները բազմաֆունկցիոնալ նյութեր են, որոնք պարունակում են նանո չափերի մագնիսական նյութեր, որոնք կարող են առաջացնել արտաքին կատալիզատորների արձագանքման, օրինակ՝ արտաքին էլեկտրաստատիկ կամ փոփոխական մագնիսական դաշտերը29:Իրենց մագնիսական հատկությունների շնորհիվ մագնիսական նանոածխածինները կարող են համակցվել ակտիվ բաղադրիչների լայն շրջանակի և բարդ կառուցվածքների հետ՝ անշարժացման համար30:Մինչդեռ մագնիսական նանոածխածինները (MNCs) ցույց են տալիս գերազանց արդյունավետություն ջրային լուծույթներից աղտոտող նյութերը կլանելու գործում:Բացի այդ, MNC-ներում ձևավորված բարձր հատուկ մակերեսը և ծակոտիները կարող են մեծացնել կլանման հզորությունը31:Մագնիսական բաժանարարները կարող են առանձնացնել MNC-ները բարձր ռեակտիվ լուծումներից՝ դրանք վերածելով կենսունակ և կառավարելի սորբենտի32:
Մի քանի հետազոտողներ ցույց են տվել, որ բարձրորակ նանոածխածիններ կարելի է արտադրել՝ օգտագործելով հում արմավենու յուղ33,34:Արմավենու յուղը, որը գիտականորեն հայտնի է որպես Elais Guneensis, համարվում է կարևոր ուտելի յուղերից մեկը՝ 2021-ին մոտ 76,55 միլիոն տոննա արտադրությամբ35: Հում արմավենու յուղը կամ CPO-ն պարունակում է չհագեցած ճարպաթթուների (EFAs) և հագեցած ճարպաթթուների հավասարակշռված հարաբերակցություն: (Սինգապուրի դրամավարկային մարմին):CPO-ում ածխաջրածինների մեծ մասը տրիգլիցերիդներ են՝ գլիցերիդ, որը կազմված է երեք տրիգլիցերիդ ացետատի բաղադրիչներից և մեկ գլիցերինի բաղադրիչից36:Այս ածխաջրածինները կարող են ընդհանրացվել իրենց հսկայական ածխածնի պարունակության պատճառով՝ դրանք դարձնելով պոտենցիալ կանաչ պրեկուրսորներ նանոածխածնի արտադրության համար37:Ըստ գրականության՝ CNT37,38,39,40, ածխածնային նանոսֆերաները33,41 և գրաֆեն34,42,43 սովորաբար սինթեզվում են՝ օգտագործելով չմշակված արմավենու յուղ կամ ուտելի յուղ:Այս նանոածխածինները մեծ ներուժ ունեն՝ սկսած էներգիայի արտադրությունից մինչև ջրի մաքրում կամ ախտահանում:
Ջերմային սինթեզը, ինչպիսին է CVD38 կամ pyrolysis33, դարձել է արմավենու յուղի տարրալուծման բարենպաստ մեթոդ:Ցավոք, գործընթացում բարձր ջերմաստիճանը բարձրացնում է արտադրության ինքնարժեքը։Նախընտրելի նյութը 44 արտադրելը պահանջում է երկարատև, հոգնեցուցիչ ընթացակարգեր և մաքրման մեթոդներ:Այնուամենայնիվ, ֆիզիկական տարանջատման և ճաքերի անհրաժեշտությունը անհերքելի է բարձր ջերմաստիճաններում չմշակված արմավենու յուղի լավ կայունության պատճառով45:Հետևաբար, ավելի բարձր ջերմաստիճաններ են պահանջվում չմշակված արմավենու յուղը ածխածնային նյութերի վերածելու համար:Հեղուկ աղեղը կարելի է համարել մագնիսական նանոածխածնի սինթեզի լավագույն պոտենցիալ և նոր մեթոդ46:Այս մոտեցումը ապահովում է ուղղակի էներգիա պրեկուրսորների և լուծումների համար խիստ հուզված վիճակներում:Աղեղի արտանետումը կարող է հանգեցնել չմշակված արմավենու յուղի ածխածնային կապերի կոտրմանը:Այնուամենայնիվ, օգտագործվող էլեկտրոդների տարածությունը կարող է պահանջել խիստ պահանջներ, ինչը կսահմանափակի արդյունաբերական մասշտաբը, ուստի արդյունավետ մեթոդ դեռ պետք է մշակվի:
Մեր գիտելիքներով, միկրոալիքային վառարանների օգտագործմամբ, որպես նանոածխածինների սինթեզման մեթոդ, աղեղային արտանետումների վերաբերյալ հետազոտությունները սահմանափակ են:Միևնույն ժամանակ, հում արմավենու յուղի օգտագործումը որպես պրեկուրսոր ամբողջությամբ ուսումնասիրված չէ:Հետևաբար, այս ուսումնասիրությունը նպատակ ունի ուսումնասիրել հում արմավենու յուղի պրեկուրսորներից մագնիսական նանոածխածիններ արտադրելու հնարավորությունը՝ օգտագործելով էլեկտրական աղեղ՝ միկրոալիքային վառարանով:Արմավենու յուղի առատությունը պետք է արտացոլվի նոր արտադրանքներում և հավելվածներում:Արմավենու յուղի վերամշակման այս նոր մոտեցումը կարող է օգնել խթանել տնտեսական հատվածը և դառնալ արմավենու յուղ արտադրողների եկամտի ևս մեկ աղբյուր, հատկապես տուժել է փոքր ֆերմերների արմավենու յուղի պլանտացիաները:Ըստ Ayompe et al.-ի կողմից աֆրիկացի մանր սեփականատերերի ուսումնասիրության, մանրատերերն ավելի շատ գումար են վաստակում միայն այն դեպքում, եթե նրանք իրենք մշակեն թարմ մրգերի կլաստերները և վաճառեն հում արմավենու յուղ, այլ ոչ թե վաճառեն այն միջնորդներին, ինչը ծախսատար և հոգնեցուցիչ աշխատանք է47:Միևնույն ժամանակ, COVID-19-ի պատճառով գործարանների փակման աճը ազդել է արմավենու յուղի վրա հիմնված կիրառական արտադրանքի վրա:Հետաքրքիրն այն է, որ քանի որ տնային տնտեսությունների մեծամասնությանը հասանելի են միկրոալիքային վառարաններ, և այս ուսումնասիրության մեջ առաջարկված մեթոդը կարելի է համարել իրագործելի և մատչելի, MNC արտադրությունը կարող է դիտարկվել որպես փոքրածավալ արմավենու յուղի պլանտացիաների այլընտրանք:Մինչդեռ, ավելի մեծ մասշտաբով, ընկերությունները կարող են ներդրումներ կատարել խոշոր ռեակտորներում՝ խոշոր TNC արտադրելու համար:
Այս ուսումնասիրությունը հիմնականում ներառում է սինթեզի գործընթացը՝ օգտագործելով չժանգոտվող պողպատը որպես դիէլեկտրական միջավայր տարբեր տեւողությունների համար:Միկրոալիքային վառարանների և նանոածխածինների օգտագործմամբ ընդհանուր ուսումնասիրությունների մեծ մասը առաջարկում է 30 րոպե կամ ավելի սինթեզի ընդունելի ժամանակը33,34:Մատչելի և իրագործելի գործնական գաղափարին աջակցելու համար այս ուսումնասիրությունը նպատակ ուներ ստանալ MNC-ներ միջինից ցածր սինթեզի ժամանակներով:Միևնույն ժամանակ, ուսումնասիրությունը պատկերում է տեխնոլոգիական պատրաստվածության 3-րդ մակարդակի պատկերը, քանի որ տեսությունն ապացուցված է և իրականացվում է լաբորատոր մասշտաբով:Հետագայում առաջացած MNC-ները բնութագրվեցին իրենց ֆիզիկական, քիմիական և մագնիսական հատկություններով։Այնուհետև մեթիլեն կապույտը օգտագործվեց՝ ցույց տալու արդյունքում ստացված MNC-ների կլանման կարողությունը:
Հում արմավենու յուղը ստացվել է Apas Balung Mill, Sawit Kinabalu Sdn.Bhd., Tawau, և օգտագործվում է որպես ածխածնի նախադրյալ սինթեզի համար։Այս դեպքում որպես դիէլեկտրական միջավայր օգտագործվել է 0,90 մմ տրամագծով չժանգոտվող պողպատից մետաղալար:Այս աշխատանքում որպես կատալիզատոր ընտրվել է ֆերոցենը (մաքրությունը 99%), որը ստացվել է ԱՄՆ Sigma-Aldrich-ից։Մեթիլեն կապույտ (Bendosen, 100 գ) հետագայում օգտագործվել է կլանման փորձերի համար:
Այս հետազոտության ընթացքում կենցաղային միկրոալիքային վառարանը (Panasonic: SAM-MG23K3513GK) վերածվել է միկրոալիքային ռեակտորի:Միկրոալիքային վառարանի վերին մասում երեք անցք է բացվել գազի մուտքի և ելքի համար և ջերմակույտ։Ջերմային զոնդերը մեկուսացված էին կերամիկական խողովակներով և տեղադրվեցին նույն պայմաններում յուրաքանչյուր փորձի համար՝ վթարները կանխելու համար:Միևնույն ժամանակ, նմուշները և շնչափողը տեղադրելու համար օգտագործվել է բորոսիլիկատային ապակե ռեակտոր՝ երեք անցքով կափարիչով:Միկրոալիքային ռեակտորի սխեմատիկ դիագրամը կարելի է վկայակոչել Լրացուցիչ Նկար 1-ում:
Օգտագործելով չմշակված արմավենու յուղը որպես ածխածնի նախադրյալ և ֆերոցենը որպես կատալիզատոր՝ սինթեզվել են մագնիսական նանոածխածիններ։Ֆերոցենի կատալիզատորի զանգվածի մոտ 5%-ը պատրաստվել է ցեխի կատալիզատորի մեթոդով:Ferrocene-ը 30 րոպե 60 ռ/րոպե արագությամբ խառնել են 20 մլ չմշակված արմավենու յուղի հետ:Խառնուրդն այնուհետև տեղափոխվեց ալյումինե կարաս, և 30 սմ երկարությամբ չժանգոտվող պողպատից մետաղալար ոլորվեց և ուղղահայաց տեղադրվեց կարասի ներսում:Տեղադրեք ալյումինե կարասը ապակե ռեակտորի մեջ և ապահով կերպով ամրացրեք այն միկրոալիքային վառարանի ներսում՝ կնքված ապակե կափարիչով:Ազոտը խցիկի մեջ փչվել է ռեակցիայի մեկնարկից 5 րոպե առաջ՝ խցիկից անցանկալի օդը հեռացնելու համար:Միկրոալիքային վառարանի հզորությունը ավելացվել է մինչև 800 Վտ, քանի որ սա միկրոալիքային վառարանի առավելագույն հզորությունն է, որը կարող է պահպանել աղեղի լավ մեկնարկը:Հետեւաբար, դա կարող է նպաստել սինթետիկ ռեակցիաների համար բարենպաստ պայմանների ստեղծմանը։Միևնույն ժամանակ, սա նաև լայնորեն օգտագործվող հզորության միջակայք է վտներով միկրոալիքային միաձուլման ռեակցիաների համար48,49:Խառնուրդը ռեակցիայի ընթացքում տաքացրել են 10, 15 կամ 20 րոպե։Ռեակցիայի ավարտից հետո ռեակտորը և միկրոալիքային վառարանը բնականաբար սառեցվեցին մինչև սենյակային ջերմաստիճան:Ալյումինե կարասի վերջնական արտադրանքը սև նստվածք էր՝ պտուտակավոր մետաղալարերով:
Սև նստվածքը հավաքվել և մի քանի անգամ լվացվել է էթանոլով, իզոպրոպանոլով (70%) և թորած ջրով:Լվացքից և մաքրելուց հետո արտադրանքը չորանում է գիշերը 80°C-ում սովորական ջեռոցում՝ անցանկալի կեղտերը գոլորշիացնելու համար:Այնուհետև արտադրանքը հավաքվել է բնութագրման համար:MNC10, MNC15 և MNC20 պիտակավորված նմուշներն օգտագործվել են մագնիսական նանոածխածինների սինթեզման համար 10 րոպե, 15 րոպե և 20 րոպե:
Դիտեք MNC մորֆոլոգիան դաշտային արտանետումների սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակով կամ FESEM (Zeiss Auriga մոդել) 100-ից 150 կX խոշորացումով:Միևնույն ժամանակ, տարրական բաղադրությունը վերլուծվել է էներգիա-ցրող ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիայի (EDS) միջոցով։EMF վերլուծությունը կատարվել է 2,8 մմ աշխատանքային հեռավորության վրա և 1 կՎ արագացնող լարման վրա:Հատուկ մակերեսի մակերեսը և MNC ծակոտիների արժեքները չափվել են Brunauer-Emmett-Teller (BET) մեթոդով, ներառյալ N2-ի կլանման-դեզորբման իզոթերմը 77 Կ. .
Մագնիսական նանոածխածինների բյուրեղությունը և փուլը որոշվել են ռենտգենյան փոշու դիֆրակցիայով կամ XRD (Burker D8 Advance) λ = 0,154 նմ:Դիֆրակտոգրամները գրանցվել են 2θ = 5 և 85° միջև՝ 2° min-1 սկանավորման արագությամբ:Բացի այդ, MNC-ների քիմիական կառուցվածքը հետազոտվել է Ֆուրիեի փոխակերպման ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիայի (FTIR) միջոցով:Վերլուծությունը կատարվել է Perkin Elmer FTIR-Spectrum 400 սարքի միջոցով, որի սկանավորման արագությունը տատանվում է 4000-ից 400 սմ-1:Մագնիսական նանոածխածինների կառուցվածքային առանձնահատկություններն ուսումնասիրելիս Ռամանի սպեկտրոսկոպիան իրականացվել է U-RAMAN սպեկտրոսկոպիայում նեոդիմումով լազերային (532 նմ) օգտագործմամբ՝ 100X օբյեկտիվով:
ՄՆԿ-ներում երկաթի օքսիդի մագնիսական հագեցվածությունը չափելու համար օգտագործվել է թրթռացող մագնիսաչափ կամ VSM (Lake Shore 7400 series):Օգտագործվել է մոտ 8 կՕե մագնիսական դաշտ և ստացվել է 200 միավոր։
Ադսորբցիոն փորձերում MNC-ների որպես ադսորբենտների ներուժն ուսումնասիրելիս օգտագործվել է մեթիլեն կապույտ (MB) կատիոնային ներկ:MNC-ներ (20 մգ) ավելացվել են 20 մլ մեթիլեն կապույտի ջրային լուծույթին 5–20 մգ/L50 ստանդարտ կոնցենտրացիաներով:Ուսումնասիրության ընթացքում լուծույթի pH-ը սահմանվել է չեզոք pH 7-ի վրա:Լուծույթը մեխանիկորեն խառնվել է 150 պտ/րոպե և 303,15 Կ պտտվող թափահարողի վրա (Lab Companion՝ SI-300R):Այնուհետև MNC-ները բաժանվում են մագնիսի միջոցով:Օգտագործեք ուլտրամանուշակագույն տեսանելի սպեկտրոֆոտոմետր (Varian Cary 50 UV-Vis Spectrophotometer)՝ դիտարկելու ՄԲ լուծույթի կոնցենտրացիան կլանման փորձից առաջ և հետո, և նշեք մեթիլեն կապույտ ստանդարտ կորը՝ 664 նմ ալիքի առավելագույն երկարությամբ:Փորձը կրկնվել է երեք անգամ և տրվել է միջին արժեքը։ՄԳ-ի հեռացումը լուծույթից հաշվարկվել է՝ օգտագործելով ընդհանուր հավասարումը qe հավասարակշռված MC-ի քանակի և հեռացման տոկոսի համար:
Կատարվել են նաև ադսորբցիոն իզոթերմի վրա փորձեր՝ տարբեր կոնցենտրացիաների (5–20 մգ/լ) ՄԳ լուծույթների և 20 մգ ադսորբենտի խառնմամբ 293,15 Կ.մգ մշտական ​​ջերմաստիճանում բոլոր ՄՆԿ-ների համար:
Երկաթը և մագնիսական ածխածինը լայնորեն ուսումնասիրվել են վերջին մի քանի տասնամյակների ընթացքում:Ածխածնի վրա հիմնված այս մագնիսական նյութերը մեծ ուշադրություն են գրավում իրենց գերազանց էլեկտրամագնիսական հատկությունների շնորհիվ, ինչը հանգեցնում է տարբեր հնարավոր տեխնոլոգիական կիրառությունների, հիմնականում էլեկտրական սարքերի և ջրի մաքրման մեջ:Այս հետազոտության ընթացքում նանոածխածինները սինթեզվել են արմավենու հում յուղի մեջ ածխաջրածինների ճեղքման միջոցով՝ օգտագործելով միկրոալիքային արտանետում:Սինթեզն իրականացվել է տարբեր ժամանակներում՝ 10-ից 20 րոպե, պրեկուրսորի և կատալիզատորի ֆիքսված (5:1) հարաբերակցությամբ՝ օգտագործելով մետաղական հոսանքի կոլեկցիոներ (ոլորված SS) և մասամբ իներտ (անցանկալի օդը մաքրվում է ազոտով։ փորձի սկիզբ):Ստացված ածխածնային նստվածքները սև պինդ փոշու տեսքով են, ինչպես ցույց է տրված Լրացուցիչ Նկ. 2ա-ում:Ածխածնի նստվածքային ելքերը եղել են մոտավորապես 5.57%, 8.21% և 11.67% սինթեզի ժամանակներում համապատասխանաբար 10 րոպե, 15 րոպե և 20 րոպե:Այս սցենարը ենթադրում է, որ սինթեզի ավելի երկար ժամանակները նպաստում են ավելի բարձր եկամտաբերությանը51՝ ցածր եկամտաբերությանը, ամենայն հավանականությամբ, կարճ արձագանքման ժամանակների և կատալիզատորի ցածր ակտիվության պատճառով:
Միևնույն ժամանակ, ստացված նանոածխածինների սինթեզի ջերմաստիճանի գծապատկերը կարելի է վկայակոչել լրացուցիչ Նկար 2b-ում:MNC10, MNC15 և MNC20 համար ստացված ամենաբարձր ջերմաստիճանները համապատասխանաբար եղել են 190,9°C, 434,5°C և 472°C:Յուրաքանչյուր կորի համար նկատվում է կտրուկ թեքություն, որը ցույց է տալիս ռեակտորի ներսում ջերմաստիճանի մշտական ​​բարձրացումը մետաղական աղեղի ընթացքում առաջացած ջերմության պատճառով:Սա կարելի է տեսնել 0–2 րոպե, 0–5 րոպե և 0–8 րոպե MNC10, MNC15 և MNC20 համապատասխանաբար:Որոշակի կետի հասնելուց հետո թեքությունը շարունակում է սավառնել մինչև ամենաբարձր ջերմաստիճանը, իսկ թեքությունը դառնում է չափավոր։
MNC նմուշների մակերեսային տեղագրությունը դիտարկելու համար օգտագործվել է դաշտային արտանետումների սկանավորման էլեկտրոնային մանրադիտակ (FESEM):Ինչպես ցույց է տրված նկ.1, մագնիսական նանոածխածիններն ունեն մի փոքր այլ մորֆոլոգիական կառուցվածք սինթեզի տարբեր ժամանակներում։FESEM MNC10-ի պատկերները նկ.1a,b-ը ցույց է տալիս, որ ածխածնի գնդերի առաջացումը բաղկացած է խճճված և կցված միկրո և նանոսֆերներից՝ բարձր մակերևութային լարվածության պատճառով:Միաժամանակ վան դեր Վալսյան ուժերի առկայությունը հանգեցնում է ածխածնային գնդերի ագրեգացման52:Սինթեզի ժամանակի ավելացումը հանգեցրեց ավելի փոքր չափերի և գնդերի քանակի ավելացմանը՝ ավելի երկար ճեղքման ռեակցիաների պատճառով։Նկ.1c ցույց է տալիս, որ MNC15-ն ունի գրեթե կատարյալ գնդաձև ձև:Այնուամենայնիվ, ագրեգացված գնդերը դեռ կարող են ձևավորել մեզոպորներ, որոնք հետագայում կարող են դառնալ մեթիլեն կապույտ կլանման լավ վայրեր:1d-ում 15000 անգամ մեծ խոշորացմամբ ավելի շատ ածխածնային գնդիկներ են երևում ագլոմերացված 20,38 նմ միջին չափերով:
Սինթեզված նանոածխածինների FESEM պատկերները 10 րոպե (a, b), 15 րոպե (c, d) և 20 րոպե (e–g) 7000 և 15000 անգամ խոշորացումից հետո:
Նկ.1e–g MNC20-ը պատկերում է մագնիսական ածխածնի մակերեսի վրա փոքր գնդերով ծակոտիների զարգացումը և վերահավաքում է մագնիսական ակտիվացված ածխածնի մորֆոլոգիան53:Տարբեր տրամագծերի և լայնությունների ծակոտիները պատահականորեն տեղակայված են մագնիսական ածխածնի մակերեսին:Հետևաբար, սա կարող է բացատրել, թե ինչու MNC20-ը ցույց տվեց ավելի մեծ մակերես և ծակոտիների ծավալ, ինչպես ցույց է տրված BET վերլուծության արդյունքում, քանի որ դրա մակերեսի վրա ավելի շատ ծակոտիներ են ձևավորվել, քան այլ սինթետիկ ժամանակներում:15000 անգամ մեծ խոշորացմամբ արված միկրոգրաֆիկները ցույց են տվել մասնիկների անհամասեռ չափեր և անկանոն ձևեր, ինչպես ցույց է տրված նկ. 1g-ում:Երբ աճի ժամանակը հասցվեց 20 րոպեի, առաջացան ավելի ագլոմերացված գնդիկներ։
Հետաքրքիր է, որ նույն տարածքում հայտնաբերվել են նաև ոլորված ածխածնի փաթիլներ:Գնդերի տրամագիծը տատանվում էր 5,18-ից 96,36 նմ։Այս ձևավորումը կարող է պայմանավորված լինել դիֆերենցիալ միջուկների առաջացմամբ, ինչին նպաստում են բարձր ջերմաստիճանը և միկրոալիքային վառարանները:Պատրաստված MNC-ների գնդերի հաշվարկված չափը միջինը կազմել է 20,38 նմ MNC10-ի համար, 24,80 նմ MNC15-ի և 31,04 նմ MNC20-ի համար:Գնդերի չափերի բաշխումը ներկայացված է լրացուցիչ նկ.3.
Լրացուցիչ Նկար 4-ը ցույց է տալիս համապատասխանաբար MNC10, MNC15 և MNC20 EDS սպեկտրների և տարրական կազմի ամփոփագրերը:Ըստ սպեկտրների՝ նշվել է, որ յուրաքանչյուր նանոածխածին պարունակում է տարբեր քանակությամբ C, O և Fe։Դա պայմանավորված է օքսիդացման և ճեղքման տարբեր ռեակցիաներով, որոնք տեղի են ունենում լրացուցիչ սինթեզի ժամանակ:Ենթադրվում է, որ C-ի մեծ քանակությունը գալիս է ածխածնի պրեկուրսորից՝ չմշակված արմավենու յուղից:Մինչդեռ O-ի ցածր տոկոսը պայմանավորված է սինթեզի ընթացքում օքսիդացման գործընթացով։Միևնույն ժամանակ, Fe-ը վերագրվում է նանոածխածնի մակերեսին նստած երկաթի օքսիդին՝ ֆերոցենի քայքայվելուց հետո։Բացի այդ, Լրացուցիչ Նկար 5a–c ցույց է տալիս MNC10, MNC15 և MNC20 տարրերի քարտեզագրումը:Հիմնվելով հիմնարար քարտեզագրման վրա՝ նկատվեց, որ Fe-ը լավ բաշխված է MNC մակերեսի վրա:
Ազոտի կլանման-կլանման վերլուծությունը տեղեկատվություն է տալիս կլանման մեխանիզմի և նյութի ծակոտկեն կառուցվածքի մասին:N2 կլանման իզոթերմները և MNC BET մակերեսի գրաֆիկները ներկայացված են Նկ.2. Հիմնվելով FESEM-ի պատկերների վրա՝ ակնկալվում է, որ կլանման վարքագիծը կցուցաբերի միկրոծակոտկեն և միջծակոտկեն կառուցվածքների համակցություն՝ ագրեգացման պատճառով:Այնուամենայնիվ, Նկար 2-ի գրաֆիկը ցույց է տալիս, որ ներծծող նյութը նման է IUPAC55-ի IV տիպի իզոթերմին և H2 տիպի հիստերեզի հանգույցին:Այս տեսակի իզոթերմը հաճախ նման է մեզոծակոտային նյութերի իզոթերմին:Մեզոպորների ադսորբցիոն վարքագիծը սովորաբար որոշվում է ադսորբցիոն-ադսորբցիոն ռեակցիաների փոխազդեցությամբ խտացված նյութի մոլեկուլների հետ։S-աձև կամ S-աձև կլանման իզոթերմները սովորաբար առաջանում են միաշերտ-բազմաշերտ ադսորբցիայի հետևանքով, որին հաջորդում է մի երևույթ, երբ գազը խտանում է հեղուկ փուլի մեջ ծակոտիներում՝ զանգվածային հեղուկի հագեցվածության ճնշումից ցածր ճնշումների դեպքում, որը հայտնի է որպես ծակոտկեն խտացում 56: Ծակոտիներում մազանոթների խտացումը տեղի է ունենում 0,50-ից բարձր հարաբերական ճնշումների դեպքում (p/po):Միևնույն ժամանակ, ծակոտիների բարդ կառուցվածքը ցուցադրում է H2 տիպի հիստերեզ, որը վերագրվում է ծակոտիների խցանմանը կամ ծակոտիների նեղ միջակայքում արտահոսքին:
BET թեստերից ստացված մակերեսի ֆիզիկական պարամետրերը ներկայացված են Աղյուսակ 1-ում: BET մակերեսի մակերեսը և ծակոտիների ընդհանուր ծավալը զգալիորեն ավելացել են սինթեզի ժամանակի ավելացման հետ:MNC10, MNC15 և MNC20 ծակոտիների միջին չափերը համապատասխանաբար 7,2779 նմ, 7,6275 նմ և 7,8223 նմ են:Համաձայն IUPAC-ի առաջարկությունների՝ այս միջանկյալ ծակոտիները կարող են դասակարգվել որպես միջածակային նյութեր:Մեզոպոր կառուցվածքը կարող է MNC57-ի կողմից մեթիլեն կապույտը դարձնել ավելի հեշտ թափանցելի և ներծծվող:Առավելագույն սինթեզի ժամանակը (MNC20) ցույց է տվել ամենաբարձր մակերեսը, որին հաջորդում են MNC15 և MNC10:BET-ի ավելի բարձր մակերեսը կարող է բարելավել կլանման արդյունավետությունը, քանի որ առկա են ավելի շատ մակերեսային ակտիվ նյութեր:
Սինթեզված MNC-ների ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափությունները ցույց են տրված նկ. 3-ում: Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում ֆերոցինը նույնպես ճաքեր է տալիս և ձևավորում երկաթի օքսիդ:Նկ.3a ցույց է տալիս MNC10-ի XRD օրինաչափությունը:Այն ցույց է տալիս երկու գագաթ 2θ, 43,0° և 62,32°, որոնք վերագրված են ɣ-Fe2O3 (JCPDS #39–1346):Միևնույն ժամանակ, Fe3O4-ն ունի լարված գագաթ 2θ՝ 35,27°։Մյուս կողմից, Նկար 3b-ում MHC15 դիֆրակցիոն օրինաչափությունում ցույց են տրվում նոր գագաթներ, որոնք, ամենայն հավանականությամբ, կապված են ջերմաստիճանի և սինթեզի ժամանակի բարձրացման հետ:Չնայած 2θ: 26.202° գագաթնակետը ավելի քիչ ինտենսիվ է, դիֆրակցիոն օրինաչափությունը համահունչ է գրաֆիտի JCPDS ֆայլին (JCPDS #75–1621), ինչը ցույց է տալիս գրաֆիտի բյուրեղների առկայությունը նանոածխածնի ներսում:Այս գագաթնակետը բացակայում է MNC10-ում, հնարավոր է սինթեզի ընթացքում աղեղի ցածր ջերմաստիճանի պատճառով:2θ-ում կան երեք ժամանակային գագաթներ՝ 30,082°, 35,502°, 57,422°, որոնք վերագրվում են Fe3O4-ին:Այն նաև ցույց է տալիս երկու գագաթ, որոնք ցույց են տալիս ɣ-Fe2O3-ի առկայությունը 2θ-ում՝ 43,102° և 62,632°:20 րոպեի ընթացքում սինթեզված MNC-ի համար (MNC20), ինչպես ցույց է տրված Նկար 3c-ում, դիֆրակցիոն նմանատիպ օրինաչափություն կարելի է դիտարկել MNK15-ում:Գրաֆիկական գագաթնակետը՝ 26,382°, կարելի է տեսնել նաև MNC20-ում:2θ-ում ցուցադրված երեք սուր գագաթները՝ 30,102°, 35,612°, 57,402° Fe3O4-ի համար են:Բացի այդ, ε-Fe2O3-ի առկայությունը ցուցադրվում է 2θ-ում՝ 42,972° և 62,61:Ստացված MNC-ներում երկաթի օքսիդի միացությունների առկայությունը կարող է դրական ազդեցություն ունենալ ապագայում մեթիլեն կապույտ ներծծելու ունակության վրա:
MNC և CPO նմուշների քիմիական կապի բնութագրերը որոշվել են Լրացուցիչ Նկար 6-ում FTIR անդրադարձման սպեկտրից: Սկզբում չմշակված արմավենու յուղի վեց կարևոր գագաթները ներկայացնում էին չորս տարբեր քիմիական բաղադրիչներ, ինչպես նկարագրված է Լրացուցիչ Աղյուսակ 1-ում: Հիմնական գագաթները, որոնք նշված են CPO-ում: կազմում են 2913,81 սմ-1, 2840 սմ-1 և 1463,34 սմ-1, որոնք վերաբերում են ալկանների և այլ ալիֆատիկ CH2 կամ CH3 խմբերի CH ձգվող թրթիռներին:Հայտնաբերված լեռնագագաթներն են՝ 1740,85 սմ-1 և 1160,83 սմ-1:1740,85 սմ-1 գագաթնակետը C=O կապ է, որը տարածվում է տրիգլիցերիդային ֆունկցիոնալ խմբի էսթեր կարբոնիլով:Մինչդեռ, 1160.83 սմ-1 գագաթնակետը ընդլայնված CO58.59 էսթերային խմբի դրոշմն է:Մինչդեռ 813,54 սմ-1 գագաթնակետը ալկանային խմբի դրոշմն է։
Հետևաբար, չմշակված արմավենու յուղի կլանման որոշ գագաթներ անհետացել են սինթեզի ժամանակի մեծացման հետ:2913,81 սմ-1 և 2840 սմ-1 գագաթները դեռևս կարող են դիտվել MNC10-ում, սակայն հետաքրքիր է, որ MNC15 և MNC20-ում գագաթները հակված են անհետանալու օքսիդացման պատճառով:Միևնույն ժամանակ, մագնիսական նանոածխածինների FTIR վերլուծությունը բացահայտեց նոր ձևավորված կլանման գագաթներ, որոնք ներկայացնում են MNC10-20-ի հինգ տարբեր ֆունկցիոնալ խմբեր:Այս գագաթները թվարկված են նաև Լրացուցիչ Աղյուսակ 1-ում: Պիկը՝ 2325,91 սմ-1-ում, CH360 ալիֆատիկ խմբի ասիմետրիկ CH ձգումն է:1463.34-1443.47 սմ-1 գագաթնակետը ցույց է տալիս ալիֆատիկ խմբերի CH2 և CH ճկումը, ինչպիսին է արմավենու յուղը, սակայն գագաթնակետը սկսում է նվազել ժամանակի ընթացքում:Պիկը՝ 813,54–875,35 սմ–1, արոմատիկ CH-ալկանային խմբի դրոշմն է։
Մինչդեռ 2101,74 սմ-1 և 1589,18 սմ-1 գագաթները ներկայացնում են CC 61 կապեր, որոնք կազմում են համապատասխանաբար C=C ալկինային և արոմատիկ օղակներ:1695,15 սմ-1 փոքր գագաթնակետը ցույց է տալիս կարբոնիլ խմբի ազատ ճարպաթթվի C=O կապը:Այն ստացվում է CPO կարբոնիլից և ֆերոցենից սինթեզի ժամանակ։Նոր ձևավորված գագաթները 539,04-ից մինչև 588,48 սմ-1 միջակայքում պատկանում են ֆերոցենի Fe-O թրթռումային կապին։Ելնելով Լրացուցիչ Նկար 4-ում ցուցադրված գագաթներից, կարելի է տեսնել, որ սինթեզի ժամանակը կարող է նվազեցնել մի քանի գագաթներ և կրկին կապվել մագնիսական նանոածխածիններում:
Մագնիսական նանոածխածինների Ռամանի ցրման սպեկտրոսկոպիկ վերլուծությունը, որը ստացվել է սինթեզի տարբեր ժամանակներում, օգտագործելով 514 նմ ալիքի երկարություն ունեցող միջադեպ լազեր, ներկայացված է Նկար 4-ում: հայտնաբերվել է նանոգրաֆիտ բյուրեղների մեջ՝ sp262 ածխածնի տեսակների թրթռման ռեժիմների թերություններով:Առաջին գագաթը, որը գտնվում է 1333–1354 սմ–1 տարածաշրջանում, ներկայացնում է D շերտը, որն անբարենպաստ է իդեալական գրաֆիտի համար և համապատասխանում է կառուցվածքային խանգարմանը և այլ կեղտերին63,64:Երկրորդ ամենակարևոր գագաթը մոտ 1537–1595 սմ-1 առաջանում է հարթության մեջ կապի ձգման կամ բյուրեղային և դասավորված գրաֆիտի ձևերից:Այնուամենայնիվ, գագաթը շարժվել է մոտ 10 սմ-1-ով` համեմատած գրաֆիտի G գոտու հետ, ինչը ցույց է տալիս, որ MNC-ներն ունեն թերթերի ցածր դասավորության կարգ և թերի կառուցվածք:D և G գոտիների հարաբերական ինտենսիվությունը (ID/IG) օգտագործվում է բյուրեղների և գրաֆիտի նմուշների մաքրությունը գնահատելու համար:Ըստ Raman-ի սպեկտրոսկոպիկ վերլուծության, բոլոր MNC-ներն ունեին ID/IG արժեքներ 0,98–0,99 միջակայքում, ինչը ցույց է տալիս Sp3 հիբրիդացման պատճառով կառուցվածքային թերություններ:Այս իրավիճակը կարող է բացատրել XPA սպեկտրում ավելի քիչ ինտենսիվ 2θ գագաթների առկայությունը. 26,20° MNK15-ի համար և 26,28° MNK20-ի համար, ինչպես ցույց է տրված Նկար 4-ում, որը վերագրված է JCPDS ֆայլի գրաֆիտի գագաթնակետին:Այս աշխատանքում ստացված ID/IG MNC հարաբերակցությունները գտնվում են այլ մագնիսական նանոածխածինների միջակայքում, օրինակ՝ 0,85–1,03 հիդրոթերմային մեթոդի և 0,78–0,9665,66 պիրոլիտիկ մեթոդի համար։Հետևաբար, այս հարաբերակցությունը ցույց է տալիս, որ ներկա սինթետիկ մեթոդը կարող է լայնորեն կիրառվել:
MNC-ների մագնիսական բնութագրերը վերլուծվել են թրթռացող մագնիսաչափի միջոցով:Ստացված հիստերեզը ներկայացված է Նկ.5-ում:Որպես կանոն, MNC-ները սինթեզի ժամանակ ձեռք են բերում իրենց մագնիսականությունը ֆերոցենից։Այս լրացուցիչ մագնիսական հատկությունները կարող են ապագայում մեծացնել նանոածխածինների կլանման կարողությունը:Ինչպես ցույց է տրված Նկար 5-ում, նմուշները կարող են նույնականացվել որպես սուպերպարամագնիսական նյութեր:Ըստ Wahajuddin & Arora67-ի, գերպարամագնիսական վիճակն այն է, որ նմուշը մագնիսացվում է մինչև հագեցվածության մագնիսացում (MS), երբ արտաքին մագնիսական դաշտ է կիրառվում:Հետագայում մնացորդային մագնիսական փոխազդեցություններն այլևս չեն երևում նմուշներում67:Հատկանշական է, որ հագեցվածության մագնիսացումը մեծանում է սինթեզի ժամանակի հետ։Հետաքրքիր է, որ MNC15-ն ունի ամենաբարձր մագնիսական հագեցվածությունը, քանի որ ուժեղ մագնիսական ձևավորումը (մագնիսացում) կարող է առաջանալ արտաքին մագնիսի առկայության դեպքում սինթեզի օպտիմալ ժամանակի պատճառով:Դա կարող է պայմանավորված լինել Fe3O4-ի առկայությամբ, որն ավելի լավ մագնիսական հատկություններ ունի՝ համեմատած այլ երկաթի օքսիդների հետ, ինչպիսիք են ɣ-Fe2O:Հագեցման ադսորբցիոն պահի կարգը MNC-ների միավորի զանգվածի վրա MNC15>MNC10>MNC20 է։Ստացված մագնիսական պարամետրերը բերված են աղյուսակում:2.
Մագնիսական հագեցվածության նվազագույն արժեքը մագնիսական տարանջատման մեջ սովորական մագնիսներ օգտագործելիս կազմում է մոտ 16,3 էմուգ-1:MNC-ների կարողությունը հեռացնելու այնպիսի աղտոտիչներ, ինչպիսիք են ներկանյութերը ջրային միջավայրում, և MNC-ների հեռացման հեշտությունը լրացուցիչ գործոններ են դարձել ստացված նանոածխածինների համար:Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ LSM-ի մագնիսական հագեցվածությունը համարվում է բարձր։Այսպիսով, բոլոր նմուշները հասել են մագնիսական հագեցվածության արժեքների ավելի քան բավարար մագնիսական բաժանման ընթացակարգի համար:
Վերջերս մետաղական շերտերը կամ մետաղալարերը ուշադրություն են գրավել որպես միկրոալիքային միաձուլման գործընթացներում կատալիզատորներ կամ դիէլեկտրիկներ:Մետաղների միկրոալիքային ռեակցիաները առաջացնում են բարձր ջերմաստիճան կամ ռեակցիաներ ռեակտորի ներսում:Այս ուսումնասիրությունը պնդում է, որ ծայրը և պայմանավորված (ոլորված) չժանգոտվող պողպատից մետաղալարը հեշտացնում են միկրոալիքային վառարանի արտանետումը և մետաղի ջեռուցումը:Չժանգոտվող պողպատն ունի ծայրի ընդգծված կոպտություն, ինչը հանգեցնում է մակերևութային լիցքի խտության և արտաքին էլեկտրական դաշտի բարձր արժեքների:Երբ լիցքը բավարար կինետիկ էներգիա է ստանում, լիցքավորված մասնիկները դուրս կցատկեն չժանգոտվող պողպատից՝ առաջացնելով շրջակա միջավայրի իոնացում՝ առաջացնելով լիցքաթափում կամ կայծ 68:Մետաղական արտահոսքը զգալի ներդրում ունի լուծույթի ճաքման ռեակցիաներում, որոնք ուղեկցվում են բարձր ջերմաստիճանի տաք կետերով:Համաձայն Լրացուցիչ Նկար 2b-ի ջերմաստիճանի քարտեզի, ջերմաստիճանը արագորեն բարձրանում է, ինչը ցույց է տալիս բարձր ջերմաստիճանի թեժ կետերի առկայությունը՝ ի լրումն ուժեղ արտանետման երևույթի:
Այս դեպքում նկատվում է ջերմային ազդեցություն, քանի որ թույլ կապված էլեկտրոնները կարող են շարժվել և կենտրոնանալ մակերեսի և ծայրի վրա69:Երբ չժանգոտվող պողպատը փաթաթվում է, լուծույթի մեջ գտնվող մետաղի մեծ մակերեսը օգնում է նյութի մակերեսին պտտվող հոսանքներ առաջացնել և պահպանել տաքացման էֆեկտը:Այս պայմանը արդյունավետորեն օգնում է կտրել CPO-ի և ferrocene-ի և ferrocene-ի երկար ածխածնային շղթաները:Ինչպես ցույց է տրված Լրացուցիչ Նկար 2b-ում, մշտական ​​ջերմաստիճանի արագությունը ցույց է տալիս, որ լուծույթում նկատվում է տաքացման միատեսակ ազդեցություն:
MNC-ների ձևավորման առաջարկվող մեխանիզմը ներկայացված է Լրացուցիչ Նկար 7-ում: CPO-ի և ferrocene-ի երկար ածխածնային շղթաները սկսում են ճեղքել բարձր ջերմաստիճանում:Յուղը քայքայվում է՝ ձևավորելով պառակտված ածխաջրածիններ, որոնք դառնում են ածխածնի պրեկուրսորներ, որոնք հայտնի են որպես գլոբուլներ FESEM MNC1070 պատկերում:Շրջակա միջավայրի էներգիայի և մթնոլորտային պայմաններում 71 ճնշման շնորհիվ։Միևնույն ժամանակ, ֆերոցինը նույնպես ճաքեր է տալիս՝ կատալիզատոր ձևավորելով Fe-ի վրա կուտակված ածխածնի ատոմներից։Այնուհետև տեղի է ունենում արագ միջուկացում, և ածխածնի միջուկը օքսիդանում է՝ ձևավորելով ամորֆ և գրաֆիտային ածխածնի շերտ միջուկի վերևում:Ժամանակի ավելացման հետ ոլորտի չափը դառնում է ավելի ճշգրիտ և միատեսակ։Միաժամանակ, գոյություն ունեցող վան դեր Վալսյան ուժերը նույնպես հանգեցնում են ոլորտների ագլոմերացիայի52։Fe իոնների Fe3O4-ի և ɣ-Fe2O3-ի (ըստ ռենտգենյան փուլային վերլուծության) ռեդուկցիայի ժամանակ նանոածխածինների մակերեսին ձևավորվում են տարբեր տեսակի երկաթի օքսիդներ, ինչը հանգեցնում է մագնիսական նանոածխածինների առաջացման։EDS-ի քարտեզագրումը ցույց է տվել, որ Fe ատոմները խիստ բաշխված են MNC մակերեսի վրա, ինչպես ցույց է տրված լրացուցիչ նկարներում 5a-c:
Տարբերությունն այն է, որ 20 րոպե սինթեզի ժամանակ տեղի է ունենում ածխածնի ագրեգացիա:Այն ավելի մեծ ծակոտիներ է ձևավորում MNC-ների մակերեսին, ինչը ենթադրում է, որ MNC-ները կարող են դիտարկվել որպես ակտիվացված ածխածին, ինչպես ցույց է տրված Նկ. 1e–g-ի FESEM պատկերներում:Ծակոտիների չափերի այս տարբերությունը կարող է կապված լինել ֆերոցենից երկաթի օքսիդի ներդրման հետ:Միաժամանակ, ձեռք բերված բարձր ջերմաստիճանի պատճառով առաջանում են դեֆորմացված թեփուկներ։Մագնիսական նանոածխածինները տարբեր ձևաբանություններ են ցուցաբերում սինթեզի տարբեր ժամանակներում:Նանոածխածիններն ավելի հավանական է, որ գնդաձև ձևեր ձևավորեն ավելի կարճ սինթեզի ժամանակներով:Միևնույն ժամանակ, ծակոտիները և թեփուկները հասանելի են, թեև սինթեզի ժամանակի տարբերությունը ընդամենը 5 րոպեի ընթացքում է:
Մագնիսական նանոածխածինները կարող են հեռացնել աղտոտիչները ջրային միջավայրից:Օգտագործումից հետո դրանց հեշտությամբ հեռացվելու ունակությունը լրացուցիչ գործոն է այս աշխատանքում ստացված նանոածխածինները որպես կլանիչներ օգտագործելու համար:Մագնիսական նանոածխածինների կլանման հատկությունները ուսումնասիրելիս մենք ուսումնասիրեցինք MNC-ների կարողությունը գունազերծելու մեթիլեն կապույտ (MB) լուծույթները 30°C-ում՝ առանց pH-ի ճշգրտման:Մի քանի ուսումնասիրություններ եզրակացրել են, որ ածխածնի ներծծող նյութերի արդյունավետությունը 25–40 °C ջերմաստիճանի միջակայքում կարևոր դեր չի խաղում ՄԿ-ի հեռացման որոշման հարցում:Չնայած pH-ի ծայրահեղ արժեքները կարևոր դեր են խաղում, լիցքերը կարող են ձևավորվել մակերևույթի ֆունկցիոնալ խմբերի վրա, ինչը հանգեցնում է ադսորբատ-ադսորբենտ փոխազդեցության խաթարմանը և ազդում կլանման վրա:Հետևաբար, վերը նշված պայմանները ընտրվել են այս ուսումնասիրության մեջ՝ հաշվի առնելով այս իրավիճակները և կեղտաջրերի տիպիկ մաքրման անհրաժեշտությունը:
Այս աշխատանքում իրականացվել է խմբաքանակի կլանման փորձ՝ ավելացնելով 20 մգ MNCs 20 մլ մեթիլեն կապույտի ջրային լուծույթին՝ տարբեր ստանդարտ նախնական կոնցենտրացիաներով (5–20 ppm) ֆիքսված շփման ժամանակում60:Լրացուցիչ Նկար 8-ը ցույց է տալիս մեթիլեն կապույտ լուծույթների տարբեր կոնցենտրացիաների (5–20 ppm) կարգավիճակը MNC10, MNC15 և MNC20 բուժումից առաջ և հետո:Տարբեր MNC-ներ օգտագործելիս ՄԲ լուծումների գունային մակարդակը նվազել է:Հետաքրքիր է, որ պարզվել է, որ MNC20-ը հեշտությամբ գունաթափում է ՄԲ լուծույթները 5 ppm կոնցենտրացիայի դեպքում:Միևնույն ժամանակ, MNC20-ը նաև իջեցրեց ՄԲ լուծույթի գունային մակարդակը՝ համեմատած այլ MNC-ների:MNC10-20-ի ուլտրամանուշակագույն տեսանելի սպեկտրը ներկայացված է Լրացուցիչ Նկար 9-ում: Մինչդեռ հեռացման արագությունը և կլանման տեղեկատվությունը ներկայացված են համապատասխանաբար Նկար 9. 6-ում և Աղյուսակ 3-ում:
Մեթիլեն կապույտի ուժեղ գագաթները կարելի է գտնել 664 նմ և 600 նմ:Որպես կանոն, գագաթնակետի ինտենսիվությունը աստիճանաբար նվազում է MG լուծույթի սկզբնական կոնցենտրացիայի նվազումով:Լրացուցիչ Նկար 9ա-ում ցուցադրվում են տարբեր կոնցենտրացիաների ՄԲ լուծույթների ուլտրամանուշակագույն տեսանելի սպեկտրները MNC10-ով մշակվելուց հետո, ինչը միայն մի փոքր փոխեց գագաթների ինտենսիվությունը:Մյուս կողմից, ՄԲ լուծույթների կլանման գագաթները զգալիորեն նվազել են MNC15 և MNC20 բուժումից հետո, ինչպես ցույց է տրված համապատասխանաբար 9b և c լրացուցիչ նկարներում:Այս փոփոխությունները հստակ երևում են, քանի որ MG լուծույթի կոնցենտրացիան նվազում է:Այնուամենայնիվ, բոլոր երեք մագնիսական ածխածինների կողմից ձեռք բերված սպեկտրային փոփոխությունները բավարար էին մեթիլեն կապույտ ներկը հեռացնելու համար:
Ելնելով Աղյուսակ 3-ից, ներծծվող MC-ի քանակի և ներծծվող MC-ի տոկոսի արդյունքները ներկայացված են Նկար 3-ում: 6. MG-ի կլանումը մեծացել է բոլոր ՄՆԿ-ների համար ավելի բարձր սկզբնական կոնցենտրացիաների կիրառմամբ:Միևնույն ժամանակ, կլանման տոկոսը կամ ՄԲ հեռացման արագությունը (MBR) ցույց տվեց հակառակ միտում, երբ սկզբնական կոնցենտրացիան ավելացավ:ՄԿ-ի ավելի ցածր սկզբնական կոնցենտրացիաների դեպքում չզբաղված ակտիվ տեղամասերը մնացին ներծծող մակերեսի վրա:Քանի որ ներկանյութի կոնցենտրացիան մեծանում է, ներկանյութի մոլեկուլների կլանման համար հասանելի չզբաղեցված ակտիվ տեղամասերի թիվը կնվազի:Մյուսները եզրակացրել են, որ այս պայմաններում կհասցվի բիոսորբցիայի ակտիվ վայրերի հագեցվածություն72:
Ցավոք MNC10-ի համար, MBR-ն ավելացել և նվազել է ՄԲ լուծույթի 10 ppm-ից հետո:Միևնույն ժամանակ, MG-ի միայն շատ փոքր մասն է ներծծվում:Սա ցույց է տալիս, որ 10 ppm-ը MNC10 կլանման օպտիմալ կոնցենտրացիան է:Այս աշխատանքում ուսումնասիրված բոլոր ՄՆԿ-ների համար կլանման հզորությունների կարգը հետևյալն էր. կազմել է 87, 79%, 62,26% և 5,75%:Այսպիսով, MNC20-ը ցույց տվեց սինթեզված մագնիսական նանոածխածինների մեջ կլանման լավագույն բնութագրերը՝ հաշվի առնելով կլանման հզորությունը և ուլտրամանուշակագույն տեսանելի սպեկտրը:Թեև կլանման հզորությունը ավելի ցածր է այլ մագնիսական նանոածխածինների համեմատ, ինչպիսիք են MWCNT մագնիսական կոմպոզիտը (11,86 մգ/գ) և հալոյիզիտ նանոխողովակ-մագնիսական Fe3O4 նանոմասնիկները (18,44 մգ/գ), այս ուսումնասիրությունը չի պահանջում խթանիչի լրացուցիչ օգտագործում:Քիմիական նյութերը գործում են որպես կատալիզատորներ:ապահովելով մաքուր և իրագործելի սինթետիկ մեթոդներ73,74.
Ինչպես ցույց են տալիս MNC-ների SBET արժեքները, բարձր հատուկ մակերեսը ապահովում է ավելի ակտիվ տեղամասեր ՄԲ լուծույթի կլանման համար:Սա դառնում է սինթետիկ նանոածխածինների հիմնարար հատկանիշներից մեկը:Միևնույն ժամանակ, MNC-ների փոքր չափերի պատճառով սինթեզի ժամանակը կարճ է և ընդունելի, ինչը համապատասխանում է խոստումնալից կլանիչների հիմնական որակներին75:Համեմատած սովորական բնական կլանիչների հետ՝ սինթեզված MNC-ները մագնիսականորեն հագեցած են և կարող են հեշտությամբ հեռացվել լուծույթից արտաքին մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ76:Այսպիսով, ամբողջ բուժման գործընթացի համար պահանջվող ժամանակը կրճատվում է:
Ադսորբցիոն իզոթերմները կարևոր են կլանման գործընթացը հասկանալու և այնուհետև ցույց տալու համար, թե ինչպես է ադսորբացիոն միջնապատերը հեղուկ և պինդ փուլերի միջև, երբ հասնում է հավասարակշռության:Langmuir և Freundlich հավասարումները օգտագործվում են որպես ստանդարտ իզոթերմային հավասարումներ, որոնք բացատրում են կլանման մեխանիզմը, ինչպես ցույց է տրված Նկար 7-ում:Իզոթերմները լավագույնս բնութագրվում են որպես միատարր կլանման մակերեսներ:Միևնույն ժամանակ, Ֆրեյնդլիխի իզոթերմը լավագույնս նշում է մի քանի ներծծող շրջանների մասնակցությունը և կլանման էներգիան ադսորբատը անհամասեռ մակերեսին սեղմելու մեջ:
Մոդելային իզոթերմ Լանգմյուիրի իզոթերմի համար (a–c) և Ֆրեյնդլիխի իզոթերմը (d–f) MNC10, MNC15 և MNC20 համար։
Ադսորբցիոն իզոթերմները լուծված նյութերի ցածր կոնցենտրացիաներում սովորաբար գծային են77:Լանգմյուիրի իզոթերմի մոդելի գծային ներկայացումը կարող է արտահայտվել հավասարման մեջ։1 Որոշեք կլանման պարամետրերը:
KL-ը (լ/մգ) Լանգմյուիրի հաստատուն է, որը ներկայացնում է MB-ի կապակցման կապը MNC-ի հետ:Մինչդեռ qmax-ը առավելագույն կլանման հզորությունն է (մգ/գ), qe-ն MC-ի ներծծվող կոնցենտրացիան (մգ/գ), իսկ Ce-ն՝ MC լուծույթի հավասարակշռության կոնցենտրացիան:Ֆրեյնդլիխի իզոթերմի մոդելի գծային արտահայտությունը կարելի է նկարագրել հետևյալ կերպ.