محققان دانشگاه تربیت مدرس، برای دستیابی به اهداف شیمی سبز، اقدام به تولید نانوکاتالیستی غیرسمی و ارزان قیمت نموده‌اند. این نانوکاتالیست به راحتی قابل بازیافت است و استفاده از آن به حفاظت از محیط زیست کمک بسیاری خواهد کرد.
دانشگاه تربیت مدرس: نانوکاتالیست قابل بازیافت به کمک میدان مغناطیسی
به تازگی استفاده از اورگانوکاتالیست‌ها به عنوان کاتالیست‌های همگن در انجام واکنش‌‌های شیمیایی، مورد توجه محققین قرار گرفته است. برای بهبود خواص کاتالیستی و افزایش قابلیت بازیافت، می‌توان این اورگانوکاتالیست‌ها را بر روی سطح نانوذرات مغناطیسی تثبیت کرد. این تحقیق با هدف تولید کاتالیست‌های ناهمگن کارآمد با قابلیت جداسازی آسان صورت گرفته است. تلاش پژوهشگران، دستیابی به اهداف شیمی سبز و کاهش مشکلات ناشی از استفاده از کاتالیست‌های اسیدی است. در این گزارش با تثبیت ویتامین B1 بر روی نانوذرات مغناطیسی دارای پوشش، یک اورگانوکاتالیست تولید شده است.
به گفته کبری عزیزی، دانشجوی دکتری دانشگاه تربیت مدرس، کاتالیست تولید شده مغناطیسی است و با اعمال میدان مغناطیسی خارجی، به راحتی از محیط واکنش جدا می‌شود. به عبارتی، قابلیت بازیافت این کاتالیست بسیار بالاست و تا حدود ۵ بار بدون هیچ گونه کاهشی، در فعالیت کاتالیستی قابل استفاده مجدد خواهد بود. هزینه تولید و درجه ی سمیت پایین از دیگر ویژگی‌های بارز این کاتالیست به شمار می‌رود. از طرفی به دلیل استفاده از ویتامین B1 در ساخت آن، به عنوان یک کاتالیست سبز و سازگار با محیط زیست عمل می‌کند.
لازم به ذکر است وجود منافذی در ابعاد مولکولی بر روی سطح کاتالیست و جذب مولکول‌های واکنش دهنده روی سطح مواد، منجر به بهبود در گزینش واکنش و در نتیجه افزایش بازده محصولات به کمک این کاتالیست می‌شود.
این کاتالیست که در تهیه محصولات مورد نظر در واکنش آسیل دارکردن الکل‌ها بازده بالایی دارد، در صنایع کشاورزی، غذایی و دارویی قابل استفاده خواهد بود.
عزیزی مراحل ساخت این کاتالیست را این چنین بیان کرد: «مرحله اول تحقیقات تهیه نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 بود. برای این منظور، محلولی از نمک‌های آهن در آب دیونیزه تهیه و محلول آمونیاک به آن اضافه شد تا pH محیط به ۱۱ برسد و سوسپانسیون سیاهی تشکیل شود. پس ازشستشو، سوسپانسیون کاملا خشک شد. در دومین مرحله نانوذرات با سیلیکا پوشش داده شد. برای تثبیت ویتامین از نمک آن (تیامین هیدروکلراید) در حضور باز تری اتیل آمین استفاده شد. در مرحله آخر، محلول رقیق HCl اضافه گردید. در نهایت ساختار و فعالیت کاتالیست نهایی مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین ساختار کاتالیست سنتز شده به‌وسیله برخی روش‌های طیف‌سنجی شامل طیف‌فروسرخ (FT-IR)، پراش پرتو ایکس (XRD)، آزمون تجزیه گرمایی (TGA)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آزمون مغناطیس‌سنج نمونه لرزان (VSM) شناسایی گردید».
به گفته کبری عزیزی، دانشجوی دکتری دانشگاه تربیت مدرس، کاتالیست تولید شده مغناطیسی است و با اعمال میدان مغناطیسی خارجی، به راحتی از محیط واکنش جدا می‌شود. به عبارتی، قابلیت بازیافت این کاتالیست بسیار بالاست و تا حدود ۵ بار بدون هیچ گونه کاهشی، در فعالیت کاتالیستی قابل استفاده مجدد خواهد بود. هزینه تولید و درجه ی سمیت پایین از دیگر ویژگی‌های بارز این کاتالیست به شمار می‌رود. از طرفی به دلیل استفاده از ویتامین B1 در ساخت آن، به عنوان یک کاتالیست سبز و سازگار با محیط زیست عمل می‌کند.
لازم به ذکر است وجود منافذی در ابعاد مولکولی بر روی سطح کاتالیست و جذب مولکول‌های واکنش دهنده روی سطح مواد، منجر به بهبود در گزینش واکنش و در نتیجه افزایش بازده محصولات به کمک این کاتالیست می‌شود.
این کاتالیست که در تهیه محصولات مورد نظر در واکنش آسیل دارکردن الکل‌ها بازده بالایی دارد، در صنایع کشاورزی، غذایی و دارویی قابل استفاده خواهد بود.
عزیزی مراحل ساخت این کاتالیست را این چنین بیان کرد: «مرحله اول تحقیقات تهیه نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 بود. برای این منظور، محلولی از نمک‌های آهن در آب دیونیزه تهیه و محلول آمونیاک به آن اضافه شد تا pH محیط به ۱۱ برسد و سوسپانسیون سیاهی تشکیل شود. پس ازشستشو، سوسپانسیون کاملا خشک شد. در دومین مرحله نانوذرات با سیلیکا پوشش داده شد. برای تثبیت ویتامین از نمک آن (تیامین هیدروکلراید) در حضور باز تری اتیل آمین استفاده شد. در مرحله آخر، محلول رقیق HCl اضافه گردید. در نهایت ساختار و فعالیت کاتالیست نهایی مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین ساختار کاتالیست سنتز شده به‌وسیله برخی روش‌های طیف‌سنجی شامل طیف‌فروسرخ (FT-IR)، پراش پرتو ایکس (XRD)، آزمون تجزیه گرمایی (TGA)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آزمون مغناطیس‌سنج نمونه لرزان (VSM) شناسایی گردید».
مراحل ساخت کاتالیست با پوشش ویتامین B1
آزمون پراش پرتو ایکس، مؤید ساختار کریستالی نانوذرات مغناطیسی پوشش داده شده باسیلیکا بوده است. طیف‌های فروسرخ نیز ساخت بستر، حدواسط‌ها و کاتالیست نهایی را اثبات نموده است. برای اثبات خواص مغناطیسی ساختار کاتالیزور، چرخه ی پسماند نانوذرات مغناطیسی با استفاده از یک دستگاه مغناطیس سنج ارتعاشی بررسی شده است. با توجه به نتایج، چرخه ی پسماند کاملاً برگشت‌پذیر بوده است. این امر ویژگی ابرپارامغناطیسی این کاتالسیت را اثبات می‌کند. به عبارتی، برگشت‌پذیر بودن چرخه ی پسماند به معنای کلوخه نشدن نانوذرات در مجاورت میدان مغناطیسی است.
نتایج این تحقیقات که حاصل همکاری کبری عزیزی و دکتر اکبر حیدری ـ عضو هیئت علمی دانشگاه تربیت مدرس ـ است، در مجله RSC Advances ( جلد ۴، سال ۲۰۱۴، صفحات ۸۸۱۲ تا ۸۸۱۶) انتشار یافته است.
