دانلود پروژه: مطالعه پارامتر های موثر در سنتز نانو ذرات نقره به روش ميکروامولسيون معکوس

عنوان

صفحه

فصل اول: مقدمه  

1

1-1- فلز نقره

2

1-1-1- خواص فیزیکی و شیمیایی نقره

2

1-1-2 – منابع و ترکیبات مهم  نقره

3

1-1-3- کاربرد های نانو ذرات نقره

4

1-1-4- ترکیبات رایج در نانو ذرات نقره

4

1-2- نانو ذرات و روش های سنتز

6

1-3- فرایند ترسیب

10

1-3-1- هسته سازی

12

1-3-2- رشد

15

1-4- ترسیب در میکرو امولسیون ها

17

1-4-1- مواد فعال سطحی

18

1-4-2 –اندیس HLB

22

1-4-3 – سنتز نانو ذرات در میکرو امولسیون ها

22

1-4-4 – روش تک امولسیونی و دو امولسیونی

27

2- فصل دوم: پیشینه تحقیق

29

2-1-اهداف

34

3- فصل سوم: مطالعات آزمايشگاهي

36

3-1-تجهيزات و مواد لازم

37

3-2- روش آزمايش

38

3-3- روش دو امولسیونی

40

3-4- آنالیز نانو ذرات نقره تولیدی

42

3-4-1-دستگاه پراکندگی نور دینامیکی

42

3-4-2-آنالیز تفرق اشعه X

43

3-4-3-آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی

44

3-4-4-آنالیز میکروسکوپ الکترونی عبوری

45

3-4-5-آنالیز طیف‌بینی فوتوالکترون اشعه ایکس

47

3-4-6-آنالیز اسپکتروفتومتری UV-Vis

48

4- فصل چهارم:  مدل سازی

50

4-1-واکنش شیمیایی

53

4-2-هسته سازی

54

4-3-رشد

55

4-4-موازنه جرم

57

4-5-بهينه سازي پارامتر هاي كينتيكي

59

5- فصل پنجم:  نتايج و بحث

60

5-1- الگوی XRD نانو ذرات سنتز شده

61

5-2-اثر مواد فعال سطحی بر مورفولوژی و توزيع اندازه ذرات

62

5-2-1-آنالیز اسپکتروفتومتری UV-Vis نمونه های سنتز شده

65

5-2-2-عکس های TEM نمونه های سنتز شده

66

5-2-3-عکس های SEM نمونه های سنتز شده

71

5-3-اثر مواد افزودنی بر مورفولوژی و توزيع اندازه ذرات

72

5-3-1-عکس های TEM نمونه های سنتز شده در حضور مواد افزودنی

74

5-3-2-عکس های SEM نمونه های سنتز شده

78

5-4-نتایج مدلسازی

5-4-1-اثر غلظت هیدرازین بر روی اندازه متوسط ذرات

79

5-4-1-اثر غلظت نیترات نقره بر روی اندازه متوسط ذرات

79

5-4-2-پارامتر های بهینه مدل

80

5-5-نتیجه گیری

83

5-6-پیشنهادات

84

مراجع

86

پیوست 1: نتایج آنالیز اسپکتوفتومتری UV-Vis

95

پیوست 2: نتایج آنالیز  XRD

100

شماره و عنوان                                      

صفحه

جدول 1-1: برخی خواص فیزیکی و شیمیایی مربوط به نقره خالص (Lide, 1994)

2

جدول 1-2: روش های مختلف تولید نانو ذرات با روش پایین به بالا

8

جدول 1-3:  برخی از مهمترین مواد فعال سطحی (Osseo Asare, 1999)

21

جدول 1-4: خواص فیزیکی میسل ها، میکرو و ماکرو امولسیون ها

 (Adityawarman, 2007)

23

جدول 1-5: کاربرد میکروامولسیون ها در سنتز نانو ذرات

28

جدول 2-1: روش های مختلف سنتز نانو ذرات نقره (Zhang, 2007)

30

جدول 2-2: اثر نسبت مولی آب به ماده فعال سطحی (W) بر روی قطر قطرات کروی آب

32

جدول3-1: مواد مورد استفاده در آزمايش سنتز نانو ذرات نقره

جدول3-1- مواد مورد استفاده در آزمايش سنتز نانو ذرات نقره

37

جدول 3-2: وسایل مورد استفاده در آزمايش سنتز نانو ذرات نقره

37

جدول 3-3: ترکیب میکرو امولسیون ها مختلف به منظور بررسی اثر مواد فعال سطحی در سنتز نانو ذرات نقره.

41

جدول 3-4: مواد افزودنی استفاده شده در سنتز نانو ذرات نقره.

41

جدول 4-1: مقادیر ارائه شد برای پارامتر  توسط سایر محققان

55

جدول 5-1: ترکیب میکرو امولسیون ها مختلف به منظور بررسی اثر مواد فعال سطحی در سنتز نانو ذرات نقره

62

جدول 5-2: مواد افزودنی استفاده شده در سنتز نانو ذرات نقره

73

جدول 5-3: اثر غلظت نیترات نقره بر روی اندازه نانو ذرات نقره در حالت استفاده با ترکیب SDS

80

جدول 5-4: بهينه پارامتر هاي سينتيکي تولید نانو ذرات نقره

81

جدول 5-5: اندازه ذرات متوسط ذرات، پیک جذبی آنالیز UV-vis و عدد HLB آزمایش های سنتز نانو ذرات نقره

83

جدول 5-6: اندازه ذرات متوسط، پیک جذبی آنالیز UV-vis در حضور مواد افزودنی

84

شماره و عنوان

صفحه

شکل 1-1: آنالیز نمک های مورد استفاده در سنتز نانو ذرات نقره (Tolaymat et al., 2010)

5

شکل 1-2: آنالیز حلال های استفاده شده در سنتز نانو ذرات نقره

(Tolaymat et al., 2010)

5

شکل 1-3: روند کاهش دمای ذوب فلز طلا با تغییر اندازه ذرات (Castro et al., 1990)

7

شکل 1-4: دو روش کلی سنتز نانو ذرات  (Adityawarman, 2007)

7

شکل 1-5: فرایند های اولیه و ثانویه در روش ترسیب (Adityawarman, 2007)

12

شکل 1-6: تغییرات انرژی آزاد گیبس هسته با شعاع آن در فرایند هسته سازی

 (Mullin, 2004)

14

شکل 1-7: اثر فوق اشباعیت بر هسته سازی، رشد و اندازه متوسط ذرات

 (Nyvlt et al., 1985)

17

شکل 1-8: نمایی شماتیک از یک ملکول ماده فعال سطحی  (Malmsten, 2002)

18

شکل 1-9: نحوه قرار گیری ملکول های ماده فعال سطحی در محیط حاوی آب و ترکیب آلی مایع  (Malmsten, 2002)

19

شکل 1-10: انواع مختلف مواد فعال سطحی بر اساس سر قطبی آنها  (Malmsten, 2002)

19

 شکل 1-11: نمایی شماتیک از یک میسل کروی  (Malmsten, 2002)

20

شکل 1-12: شماتیک رفتار فازی سیستم سه تایی آب/روغن/ماده فعال سطحی

 (Moulik and Paul, 1998)

23

شکل 1-13: مراحل انجام واکنش به روش دو میکرو امولسیونی (Adityawarman, 2007)

25

شکل 1-14: تغییرات غلظت واکنش دهنده طی فرایند ترسیب در میکروامولسیون و ترسیب معمولی (Schmidt, 2000).

26

شکل 1-15: شماتیک فرایند تولید a) دو امولسیونی و b) تک میکروامولسیونی

 (Adityawarman, 2007).

27

شکل 2-1: اثر نسبت مولی آب به ماده فعال سطحی (W) بر روی اندازه متوسط ذرات نقره تولیدی (Petit et al., 1993)

32

شکل 2-2: اثر غلظت نیترات نقره بر روی اندازه متوسط ذرات نقره تولیدی

 (Zheng et al., 1993)

34

شکل 3-1: نمایی از دستگاه سنتز نانو ذرات نقره

38

شکل 3-2: دستگاه تفرق دینامیک نور.

42

شکل 3-3: تصویری از یک میکروسکوپ SEM.

44

شکل 3-4: بخش های مهم ستون میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری.

46

شکل 3-5: نمای دستگاه طیف نگاری فوتوالکترونی اشعه ایکس

48

شکل 4-1: شماتیک مکانیزم های فرایند ترسیب امولسیونی

52

شکل 4-2: توزیع Poisson برای  γ برابر 5/3

54

شکل 5-1: الگوی XRD نانو ذرات نقره تولیدی با روش تک امولسیونی (a)، الگوی XRD استاندارد فلز نقره (b)

61

شکل 5-2: قطرات پراکنده شده فاز آبی در سیکلوهگزان با استفاده از ترکیب Span 80

63

شکل 5-3: محصول واکنش میکروامولسیون سیکلو هگزان (ml)150، ماده فعال سطحی CTAB

 ( g1) و محلول نیترات نقره 1 مولار

64

شکل 5-4:  نمونه نانو ذرات سنتز شده با استفاده از مواد فعال سطحی متفاوت

64

شکل 5-5:  آنالیز اسپکتوفتومتری UV-vis نمونه های نانو ذرات نقره با استفاده از مواد فعال سطحی مختلف

66

شکل 5-6: آنالیز TEM  نانو ذرات نقره سنتز شده در حالت استفاده از ماده فعال سطحی SDS.

67

شکل 5-7: آنالیز TEM  نانو ذرات نقره در حالت استفاده از ماده فعال سطحی Span 80.

68

شکل 5-8: آنالیز TEM  نانو ذرات نقره در حالت استفاده از ترکیب مواد فعال سطحی Span 80-SDS.

69

شکل 5-9: آنالیز TEM نانو ذرات نقره در حالت استفاده از ترکیب مواد فعال سطحی Span 80-PEG 1000

70

شکل 5-10: آنالیز SEM  نانو ذرات نقره در حالت های استفاده از ماده فعال سطحی  a) SDS، b) Span 80 ، c) Span 80-SDS، d) Span 80- PEG 1000

72

شکل 5-11: نانو ذرات سنتز شده در حالت استفاده از مواد افزودنی مختلف

73

شکل 5-12: آنالیز اسپکتوفتومتری UV-Vis نمونه های نانو ذرات نقره در حالت استفاده از مواد افزودنی مختلف

74

شکل 5-13:  آنالیز TEM  نمونه نانو ذرات نقره در حضور ماده افزودنی آنیلین

75

شکل 5-14: آنالیز TEM  نمونه نانو ذرات نقره در حضور ماده افزودنی PVP

76

شکل 5-15: آنالیز TEM  نمونه نانو ذرات نقره در حضور ماده افزودنی سدیم سیترات

78

شکل 5-16: آنالیز SEM  نمونه نانو ذرات نقره با استفاده از ماده فعال سطحی  a) آنیلین، b) PVP، c) سدیم سیترات

79

شکل 5-17: مقایسه نتايج مدل و نتایج آزمایشگاهی اندازه متوسط ذرات

81

شکل 5-18: مقایسه تعداد کل ذرات تولیدی در طی فرایند سنتز نانو ذرات نقره در غلظت های مختلف نیترات نقره محاسبه شده توسط مدل

82

شکل 5-19: مقایسه تعداد کل یون های تولیدی نقره در طی فرایند سنتز نانو ذرات نقره در غلظت های مختلف نیترات نقره

83

شکل پ-1: اسپکتروفتومتری UV-vis در حالت استفاده از ماده فعال سطحی Span 80

95

شکل پ-2: اسپکتروفتومتری UV-vis در حالت استفاده از ماده فعال سطحی SDS

96

شکل پ-3: اسپکتروفتومتری UV-vis در حالت استفاده از ماده فعال سطحی Span 80-CTAB

97

شکل پ-4: اسپکتروفتومتری UV-vis در حالت استفاده از ماده فعال سطحی Span 80-SDS

98

شکل پ-5: اسپکتروفتومتری UV-vis در حالت استفاده از ماده فعال سطحی Span 80-PEG

 1000

99

فهرست علائم اختصاری

سطح کلی هسته ها

m²

A

درجه تابعيت سرعت هسته سازی نسبت به فوق اشباعیت

–

b

ثابت هسته سازي

#s^-1(l)^-1

B°

سرعت هسته سازي

# (l)^-1 s^-1

B_nuc

غلظت

mol(l)^-1

C

غلظت اشباع

mol(l)^-1

C^sat

غلظت نیترات نقره

mol(l)^-1

[C_SN]

غلظت هیدرازین

mol(l)^-1

[C_Hyd]

ضریب نفوذ

m² s^-1

D

قطر قطرات

nm

d_drop

توان سرعت رشد نسبت به فوق اشباعیت

–

g

سرعت خطي رشد كريستالها

nm s^-1

G_L

سرعت رشد هسته ها

nm³ s^-1

G_v

انرژی آزاد گیبس

J

GΔ

انرژی آزاد گیبس سطحی

J

G_SΔ

انرژی آزاد گیبس حجمی

J

G_vΔ

انرژی گیبس مولی به ازای واحد حجم

J

G_v,volΔ

تعداد یون ها در یک قطره

#

i

ثابت بولتزمن 1.38×10^-23  

JK^-1

k

ثابت ضريب سطحی

–

k_a

ثابت واکنش نیترات نقره و هیدرازین

(l) mol^-1s^-1

k_chem

ضریب رشد

nm s^-1

k_g

ضریب هسته سازی

# (l)^-1 s^-1

k_n

ثابت حلالیت

mol² (l)^-2

k_sp

ثابت ضريب حجمي (Volume shape factor)

–

k_v

اندازه کریستال ها

nm

L

جرم منتقل شده به فاز جامد

g

M

جرم اتمی نقره

gmol^-1

Mw_Ag

تعداد یون های نقره

#

n_Ag

تعداد کل یون های نقره

#

تعداد ذرات نقره

#

تعداد اتم های نقره در فاز جامد

#

تعداد قطرات

#

n_drop

تعداد یون ها در محلول

#

n_i

تعداد یون های هیدرازین در محلول

#

n_Hyd

تعداد یون های هیدرازین ورودی خوراک

# s^-1

تعداد ذرات نقره

#

n_p

عدد آووگادرو

mol^-1

N_A

تعداد اتم های لازم برای تشکیل هسته

#

N_crit

تابع پویسون

–

P_i

دبی خوراک هیدرازین

(l) s^-1

Q_w

شعاع هسته

m

r

نرخ واکنش نیترات نقره و هیدرازین

mol (l)^-1s^-1

r_chem

نرخ حذف یون نقره به واسطه رشد

# s^-1

r_g

فوق اشباعیت

–

S

ثابت جهانی گاز ها

Jmol^-1K^-1

R

دما

K

T

زمان

s

t

حجم نانو ذرات

nm³

v

حجم متوسط  نانو ذرات

nm³

v_m

حجم فاز آبی

(l)

V_w

حجم کل قطرات شامل Ncrit اتم نقره

(l)

V_wr

حجم مولی

m³

vol

ضخامت فیلم

m

x

حروف يوناني

فاکتور وابسته به مورفولوژی ذرات

–

β°

متوسط تعداد یون ها در قطرات

#

γ

پتانسیل شیمیایی ترکیب در فاز 1

J

₁μ

پتانسیل شیمیایی ترکیب در فاز 2

J

₂μ

چگالی

kgm^-3

ρ

چگالی نقره

gcm^-3

ρ_Ag

انرژی سطحی بین هسته

Jm^-2

σ

تابع هدف

–

Φ