پژوهشگران شیمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج از ترکیب پروتئین کلاژن و نانوذرات خاک مونت موریلونیت در حضور برخی عوامل شیمیایی موفق به تولید نوعی ساختار سه بعُدی نانوکامپوزیتی شدند.
سنتز نانوکامپوزیت هیدروژلی با قابلیت حذف آلاینده های صنعتی
پژوهشگران شیمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج از ترکیب پروتئین کلاژن و نانوذرات خاک مونت موریلونیت در حضور برخی عوامل شیمیایی موفق به تولید نوعی ساختار سه بعُدی نانوکامپوزیتی شدند. این محققان پس از شناسایی مواد حاصل با استفاده از روش‌های دستگاهی، ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی آن‌ها را مورد مطالعه و بررسی قرار دادند که از مهم‌ترین آن‌ها قابلیت جذب برخی مواد شیمیایی به خصوص آلاینده‌های رنگی موجود در پساب برخی کارخانجات بوده است.
دکتر غلام باقری مرندی عضو هیئت علمی گروه شیمی دانشگاه آزاد اسلامی – واحد کرج در باره اهداف این تحقیقات گفت: «اهداف چند گانه‌ای از طراحی و انجام این طرح تحقیقاتی مورد نظر بوده است که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به سنتز نانوکامپوزیت هیدروژلی بر پایه پروتئین که قابلیت حذف آلاینده‌های صنعتی به ویژه رنگدانه‌ها را از محیط‌های آلوده داشته باشد و نیز بررسی میزان تأثیر نانوذرات خاک در این فرایند اشاره کرد.»
در این کار ابتدا نمونه‌هایی از هیدروژل پایه (فاقد نانوذرات خاک مونت موریلونیت) و نانوکامپوزیت هیدروژل (حاوی مقادیر متفاوتی از مونت موریلونیت) با استفاده از پروتئین کلاژن و تکپارهای مالئیک انیدرید و آکریل آمید و در حضور آغازگر آمونیم پرسولفات و شبکه ساز متیلن بیس آکریل آمید به شیوه گرمایی سنتز شدند. پس از جداسازی و خالص‌سازی نمونه‌ها، این ترکیبات با استفاده از روش‌های دستگاهی شامل طیف سنجی زیر قرمز (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و تجزیه گرماوزن سنجی (TGA) مورد‌شناسایی قرار گرفتند.
در مرحله بعد، مطالعات جذب رنگدانه‌های متیلن سبز (MG) و بلور بنفش (CV) به‌وسیله‌ی نمونه‌های سنتزی در غلظت‌های متفاوت رنگدانه، و نیز pHهای مختلف به انجام رسید.
بر اساس داده‌های طیف سنجی، نمونه‌های سنتز شده دارای ساختار پرمنفذی بوده و در نانوکامپوزیت‌ها لایه‌های خاک مونت موریلونیت کاملا ورقه ورقه شده‌اند. همچنین مقاومت گرمایی نانوکامپوزیت‌های سنتز شده نسبت به نمونه فاقد مونت موریلونیت بیشتر است. باقری در تکمیل نتایج به‌دست آمده توضیح داد: «بیشترین میزان جذب رنگدانه‌ها به‌وسیله‌ی نمونه‌های سنتز شده در۷ =pH حاصل شده است. در این محیط بیش از ۹۳% جذب رنگدانه صورت می‌گیرد. همچنین نتایج مشخص کرد که با افزایش مونت موریلونیت در پلیمر مقدار جذب رنگدانه‌ها نیز افزایش خواهد یافت به‌طوریکه همه نانوکامپوزیت‌ها در مقایسه با نمونه فاقد مونت موریلونیت دارای قدرت جذب بیشتر رنگدانه‌ها هستند. برای مشخص کردن تأثیر مقدار نانوذرات مونت موریلونیت در فرایند جذب رنگدانه‌ها سه مدل ایزوترم غیر خطی Langmuir، Freundlich و Temkin برای آنالیز داده‌های تجربی (با استفاده از نرم افزار Origin 6.1) به‌کار رفت. بیشترین همخوانی این داده‌ها با مدل Langmuir مشاهده شد. براین اساس نتیجه گرفته شد که تشکیل تک لایه‌های جذب برای نانوکامپوزیت‌ها صورت می‌گیرد. همچنین برهمکنش‌های فیزکی- شیمیایی رنگدانه MG با سایت‌های فعال نانوکامپوزیت‌ها قویتر از رنگدانه CV بوده است. در مطالعه تأثیر غلظت اولیه رنگدانه در میزان جذب، نتایج مشخص کرد که بیشترین مقدار MG حذف شده از محلول در غلظتmg/L 500 برابر با mg/g 161 و برای CV در غلظت mg/L 800 برابر با mg/g 439 است، به‌طوریکه با افزایش غلظت رنگدانه در محلول، میزان جذب آن نیز به‌وسیله‌ی نمونه‌های جاذب افزایش می‌یابد. در مطالعه اثر زمان تماس نمونه‌ها با محلول رنگ مشخص شد که زمان جذب تعادلی برابر ۶۰ دقیقه است و در ده دقیقه اول بیش از ۹۰% آن حاصل خواهد شد. همچنین سرعت جذب MG بیشتر از CV است که ناشی از ساختار کوچکتر آن است. در مطالعات سینتیکی برای تعیین اثر زمان در جذب این رنگدانه‌ها به‌وسیله‌ی جاذب‌های تهیه شده از دو مدل Lagergren و Ho and McKay استفاده شد، نتایج مشخص نمود که جذب رنگدانه‌ها از سینتیک مرتبه دوم پیروی می‌نماید.»
با توجه به اثرات سمی و زیانبار زیست‌محیطی رنگدانه‌های کاتیونی موجود در پساب برخی صنایع و نفوذ آن‌ها در آب‌های زیرسطحی و ضرورت حذف آن‌ها از محیط‌های مذکور، تهیه و استفاده از مواد جاذب مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است.
نتایج حاصل از این تحقیقات مشخص نموده است که نانوکامپوزیت‌های تهیه شده از قابلیت بالایی در حذف رنگدانه‌های کاتیونی برخوردارند و با توجه به سرعت مناسب این مواد در برداشتن این آلاینده‌ها از محلول‌های آبی می‌توان از آن‌ها در فرایند‌های پالایش محیط‌های آلوده استفاده کرد.
نتایج اینکارتحقیقاتی توسط دکتر غلام باقری مرندی و همکاران درمجله
Polymer-Plastics Technology and Engineering (جلد۵۲، شماره۳،سال ۲۰۱۳، صفحات۳۱۸-۳۱۰) منتشر شده است.
