خود پاک کنندگی فتوکاتالیستی پنبه Tio2

خود پاک کنندگی فتوکاتالیستی پنبه Tio2 – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه  نساجی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

خصوصیات خود پاک کنندگی فتوکاتالیستی منسوجات پنبه ای اصلاح شده به وسیله کلاسترهای Tio₂ متصل شده به وسیله فاصل دهنده های شیمیایی

چکیده

بینش ها و ادراک های قابل توجهی در زمینه اتصال Tio₂ به سطوح پنبه با استفاده از فاصله دهنده های شیمیای حاصل آمده است. این فاصله دهنده ها از طریق تشکیل یک پیوند- استر به پنبه متصل می‌شوند. Tio₂ بوسیله ادوات شیمیایی به پنبه متصل می‌گردد و بر این مبنا منسوجات ویژگی های خود پاک کنندگی را از خود به نمایش می‌گذارند. روش مهیا سازی سطوح پنبه ای پوشش دار Tio₂ از ترکیبات یا محلول های سمی‌استفاده نمی‌کند. ته نشست شدگی Tio₂ بر روی سطح منسوجات پنبه ای بصورت ناهمگن می‌باشد، که علت آن بواسطه سطح ناهموار پارچه های پنبه ای استفاده شده است. پوشش Tio₂ شامل لایه های شفاف t می‌باشد و باعث تغییر طیف ATR-IR فاصله دهنده که به منظور اتصال Tio₂ بر روی گروههای هیدروکسیل سلولز استفاده شده است نمی‌‌شود. افزایش دمای فرآوری در طی روال استریفیکاسیون فاصله دهنده بوسیله سلولز- OH به نظر باعث افزایش میزان فاصله دهنده‌هایی خواهد شد که می‌بایست به منسوجات پنبه ای متصل شوند، اما روال فرآوری در دمای بالا همیشه باعث بوجود آوردن منسوجات پنبه ای پوشش دار با بهترین خصیصه‌های پاک کنندگی نخواهد شد. محدوده فرآوری گرمایی، ۲۱۰ درجه سانتیگراد می‌باشد که می‌بایست به مدت چند دقیقه اعمال گردد. فراتر از این دما، حالت زرد شدگی ناچیز پنبه رخ خواهد داد. فعالیت خود پاک کنندگی پنبه با تیتانیای باردار برای دو نمونه پنبه با استفاده از فاصله دهنده‌های مختلف در طی مدت تابش نوری ۲۴ ساعتی مورد ارزیابی قرار گرفت. لک های ناشی از شراب، مواد آرایشی، تعرق و قهوه به منظور انجام این ارزیابی ها بر روی منسوجات قرار داده شد. استفاده از میکروسکوپ الکترونی قابلیت نشان دادن جزئیات مربوط به پوشش         P25  Degussa Tio₂ بر روی دو نوع از پنبه را فراهم ساخته است. عملکرد خود پاک شدگی این امر را امکان پذیر می‌سازد تا با در نظر گیری فواصل بیشتر نسبت به تمیز نمودن بافتهای پنبه ای که در هواپیما، البسه و صنعت بهداشت به کار می‌روند اقدام نماییم، چرا که روال خود تمیز شدگی برای مواردی که میزان چرک و کثافت پارچه ها زیاد باشند، تنها تا اندازه ای در رفع  این معضل کارگشا خواهد بود.

کلمات کلیدی: خود پاک شدگی، منسوجات پنبه ای ، کلاسترهای Tio₂، فاصله دهنده‌های پلی کربوکسیلیت دار، فتوکاتالیز

خود پاک کنندگی فتوکاتالیستی پنبه Tio2

۱- مقدمه

پنبه تقریباً یک سلولز خالص می‌باشد (حدود ۹۸%)، کتان نیز حاوی حدود ۸۰% سلولز می‌باشد و چوب محتوی سلولز ۴۰ الی ۵۰ درصد است. سلولز فراوان ترین ماده آلی می‌باشد که بصورت طبیعی وجود دارد و در جداره های سلولی گیاهان بزرگتر یافت می‌شود و بصورت محلول در آب نمی‌باشد. در پی هیدرولیز اسیدی، واحدهای گلوکز سلولز بصورت پیوند بتا (۴-۱) نشان داده شده اند. روش های پراکندگی یا انتشار نور این موضوع را آشکار می‌سازد که سلولز متشکل از ۵۰۰۰ الی ۱۰۰۰۰ واحدهای سلولزی می‌باشد. خصیصه های منحصر بفرد سلولز که ناشی از قابلیت آن جهت فرم دهی الیاف دارای زنجیره دراز است بنام میکرو  فیبریل‌ها خوانده می‌شود. پیوندهای بتا – گلوکز اجازه بوجود آمدن یا شکل پذیری سخت و تعمیم یافته را می‌دهد. از جمله دیگر پیامدهای جایگزینی آرایش یافتگی یا هم ترازی گلوکز بصورت بالا / پایین آن است که گروه های – OH زنجیره های مجاور اجازه یک پیوند – H وسیع بین زنجیره‌ای را می‌دهند. این پیوند- H میان زنجیری وسیع بوجود آورنده یک شکل فرم پذیری – بتا صلب می‌باشد که باعث می‌شود تا الیاف سلولزی در برابر عملکرد محلولهای NaOH متراکم مقاومت نشان دهند.

این مطالعه تمرکز خود را معطوف به معرفی یک نمونه از فاصله دهنده‌ها در منسوجات پنبه‌ای با استفاده از ادوات شیمیایی کرده است. این فاصله دهنده نیازمند داشتن حداقل دو گروه کربوکسیلی آزاد می‌باشد تا آنکه قادر باشد نسبت به پیوند پنبه و Tio₂ اقدام نماید. فاصله دهنده همچنین باید دارای یک ثبات قابل پذیرش شیمیایی و گرمایی باشد. پنبه – سلولز     یک پلی ساکارید است که دارای گروه های هیدروکسیل بسیاری بر روی سطح می‌باشد. این فاصله دهنده بوسیله تشکیل یک پیوند – استر کووالانسی (طرح ۱)بوجود می‌آید. این نکته معرف استری کردن یا استریفیکاسیون یک گروه کربوکسیل جداکننده بوسیله گروه هیدروکسیل سلولز می‌باشد. دومین جداکننده گروه کربوکسیل به معنای مهار نمودن Tio₂ بوسیله فعل و انفعالات الکترو استاتیک می‌باشد. مطالعات قبلی در محیط آزمایشگاهی نشان دهنده آن است که Tio₂ معرف وجود واکنش الکترواستاتیک قوی با گروه های کربوکسیلی می‌باشد.

خود پاک کنندگی فتوکاتالیستی پنبه Tio2

۲- روالهای تجربی

۱-۲٫ مواد و واکنشگرها

منسوجات پنبه‌ای سفید بوسیله Cilander AG، Herisau، سوئیس فراهم شد. دو نمونه از منسوجات پنبه‌ای در خلال این تحقیق بکار گرفته شد. اولین نمونه، پنبه C₂، با حداقل فرآوری شیمیایی و دومین نمونه پنبه E بوده است که تحت فرآوری شیمیایی زیادی قرار گرفته است. نوع پنبه C₂، آن دسته از پنبه‌ای را پوشش می‌دهد که با H₂O₂ با استفاده از NaOH جهت رنگ‌زدایی رنگ‌دانه‌های طبیعی و لک‌های الیاف سلولزی مورد استفاده قرار گرفت. پس از‌ آن این پنبه ‌شسته شد و در نهایت فرآوری آمونیاک بر روی آن اعمال گردیده و سپس آمونیاک بوسیله تبخیر حذف گردید.

۲-۲٫ اتصال فاصله دهنده به سطح پنبه

نمونه‌های پنبه‌ E یا C₂ در یک محلول آبی فاصله دهنده ۱، ۲ یا ۳ (۶%، W/W ) در حضور NaH₂PO₂ بعنوان کاتالیزور (۴%، W/W ) برای مدت ۱ ساعت خیسانده شدند. پس از خشک شدن (به مدت ۳ دقیقه در  ، منسوجات در دماهای مختلف تحت فرآوری قرار گرفتند (۲ دقیقه در ).

۳-۲٫ بارگذاری Tio₂ بر روی سطح پنبه

یک تعلیق Tio₂ () برای مدت ۳۰ دقیقه تحت فرآیند سونیفیکاسیون (کاربرد صوت) اعمال گردید. منسوجات پنبه‌ای با اجزای باردار ۱، ۲ یا ۳ در تعلیق آبی Tio₂ خیسانده شده و به مدت ۱ ساعت در ۷۵ درجه سانتیگراد حرارت داده شد. پس از خشک شدن (۱ ساعت در ۱۰۰ درجه سانتیگراد)، Tio₂ غیر پیوندی تحت سونیفیکاسیون به مدت ۵ دقیقه در آب مقطر شسته شد.

۴-۲٫ فرآیند ۱پرتودهی و ارزیابی عملکرد تمیز شدگی بوسیله کروماتوگرافی گاز (GC)

راکتور فوتو شیمیایی شامل فلاکس‌های پیرکس استوانه‌ای ۸۰ میلی‌لیتری می‌باشد که حاوی نوارهای منسوجات به میزان ۴۸ cm² می‌باشند که دقیقا در پشت جداره راکتور قرار می‌گیرند. پرتو افکنی نمونه‌ها در محفظه شبیه ساز خورشیدی Suntest (Hanau، آلمان) با هوای خنک شده در ۴۵ درجه سانتیگراد به مدت ۲۴ ساعت انجام شد.

۵-۲٫ طیف بینی  رقیق شده مجموع بازتاب مادون قرمز (ATR-IR)

طیف ATR-IR در یک دستگاه Portman طیف نورسنجی AG  که مجهز به یک اتصال Specac می‌باشد (۴۵ درجه کریستال الماس تک گذری) مورد اندازه‌گیری قرار گرفت. این طیف‌ها نتایج مربوط به ۲۵۶ مورد اسکن با رزولوشن ۲ cm^-1 در محدوده طیف            ۴۰۰۰-۵۰۰ cm^-1 می‌باشند.

۶-۲٫ تجزیه عنصری

تجزیه عنصری Tio₂ بوسیله طیف بینی جذب اتمی با استفاده از دستگاه                  Perkin-Elmer 300 S بر روی الیاف منسوجات انجام گردید.

۷-۲٫ میکروسکوپ الکترونی عبوری

یک میکروسکوپ Philips CM 300 (تفنگ صدور میدانی، با رزولوشن ۳۰۰kV,0.17nm) HRTEM و ۴۳۰Philips EM  (با رزولوشن ۳۰۰kV, LaB₆, 0.23 nm)، که هر دو مجهز به طیف سنج متفرق کننده انرژی (EDS) بوده‌اند برای اندازه گیری اندازه‌های ذره کلاسترهای تیتانیا که الیاف منسوجات را پوشش می‌دهنده بکار گرفته شد.

۸-۲٫ طیف سنجی توده یونیزاسیون شیمیایی (CI-MS)

آنالیز مواد واسط‌ای راکتیو در ساخت فاصله دهنده به سلولز

شناسایی ماده واسط یا میانجی محلولهای اسیدی هر یک از فاصله دهنده‌ها بوسیله CI-MS و انجام گردید و طرح کلی مشخص کننده نتیجه بوسیله ابزار Nermag R 10-10  در حالت یونیزاسیون شیمیایی ثبت گردید.

خود پاک کنندگی فتوکاتالیستی پنبه Tio2

۳- نتایج و مباحث

۱-۳٫ شناسایی مواد واسطه‌ای راکتیو که در محلول‌های استفاده شده برای پیوند فاصله دهنده‌ها به سلولز حضور دارند

بوسیله CI-MS محلولهای آبی اسیدی ۳-۱ (۴%، ۶%، w/w پلی‌اسید که برای پیوند فاصله  دهنده به منسوجات مورد استفاده قرار گرفته است، می‌توان این موضوع را نشان داد که گروههای کربوکسیل در موقعیت-۱٫۴ نسبت به تشکیل انیدریدهای بین مولکولی اقدام می‌کنند.

۲-۳٫ مشخص نمودن صفات اتصال استر بین فاصله دهنده ۳-۱ و سلولز با طیف بینی  رقیق شده مجموع بازتاب مادون قرمز (ATR-IR)

طیف بینی ATR-IR نمونه‌های منسوجات موکد تشکیل پیوندهای استر بین گروههاس هیدروکسیل و فاصله دهنده‌های ۳-۱ می‌باشد. منسوجاتی که برای آنالیز ATR-IR مورد استفاده قرار گرفتند بر حسب بخش ۲-۲ مهیا شده و سپس با محلول رقیق شده  تحت فرآوری قرار گرفته تا از پروتوناسیون کامل گروههای کربوکسیل اطمینان حاصل شود.

۳-۳٫ باردارشدگی TiO₂ منسوجات پنبه‌ای C₂ وE بادار شده بوسیله فاصله‌ دهنده‌های ۳-۱

نمونه‌های منسوجات C₂ بوسیلع فاصله‌دهنده‌های ۳-۱ بر حسب دمای فرآوری و خشک سازی نشان داده شده در جدول ۱ باردار گردیدند. منسوجات پنبه‌ای C₂ اصلاح شده سپس تحت بارداری Tio₂، بر حسب رویه تشریح شده در بخش ۳-۲، قرار گرفتند.  بطور اضافه، سه نمونه با غلظتهای بیشتر فاصله دهنده‌ها (ورودیهای ۹-۷، جدول ۱) تهیه شدند. بارگذاریهای Tio₂ که برای کل نمونه حاصل شد در حول و حوش ۱% بوده است و غلظت فاصله دهنده‌ها نیز یکسان در نظر گرفته شد.

۴-۳٫ ویژگی‌های خود پاکنندگی منسوجات E و C₂ پنبه‌ای اصلاح شده

ویژگی‌های خود پاکنندگی منسوجات باردار  Tio₂ بر مبنای مواد واسطه‌ای اکسایشی بالا که بر روی سطح منسوجات پنبه‌ای ایجاد  می‌شوند در شکل ۳ نشان داده شده‌اند. انتشار CO₂ بواسطه لک‌های ناشی از شراب،‌ قهوه، مواد آرایشی و تعرق بدن تحت تابش نوری واکنش‌های ذیل را به همراه خواهد داشت:

۵-۳٫ رنگ‌زدایی بصری نقطه‌های بر روی منسوجات E و C₂ فرآوری شده پس از ۲۴ ساعت پرتو افکنی

شکل ۵ نشان دهنده رنگ زدایی لکهای شراب می‌باشد که با استفاده از فاصله دهنده ۱ پس از ۲۴ ساعت تابش، به منسوجات باردار Tio₂ اضافه شده است. نظریات ذیل نسبت به خلاصه سازی نکته نظرات مشاهده شده در طی آزمایشات رنگ زدایی اقدام می‌کند.

۶-۳٫ میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) کلاسترهای TiO₂ بر روی منسوجات پنبه‌ای باردار C₂  و E

شکل ۶ الف نشان دهنده پوشش غیر پیوسته و بی قاعده کریستالیت TiO2 Degussa P25 بر روی سطح الیاف پنبه C₂ می‌باشد. تصویر میکروسکوپ الکترونی میانی (شکل ۶ب) معرف ناحیه دیگری از پنبه C₂ است که در آن پوشش بصورت پیوسته است. این مورد یکی دیگر از دلایل اثبات تاثیر موارد غیرهمگنی بر روی پارچه پنبه‌ای در جهت ته‌نشست سازی TiO₂  بوسیله اداوات شیمیایی می‌باشد.

خود پاک کنندگی فتوکاتالیستی پنبه Tio2

۴- نتیجه گیری

این مطالعه نشان دهنده آن است که می‌توان نسبت به پیوند TiO₂ به منسوجات پنبه‌ای از طریق فاصله دهنده‌های شیمیایی اقدام نمود. تجزیه عنصری بارگذاریهای TiO₂ بر روی پنبه، که از فاصله‌ دهنده‌ها و شرایط آزمایشی مختلفی بهره گرفته شد، نتیجه حول ۱% را نشان می‌دهد. رویه پوششی بصورت مستقیم بوده و از واکنشگرهای غیر سمی در آن استفاده شده است. منسوجات پنبه‌ای باردار TiO₂ معرف خصیصه‌های خود تمیز شدگی ثابتی بوده و بدینسان قابلیت حذف نسبی رنگسازهای مربوط به شراب قرمز تحت تابش نور روز را ارائه نموده و عملکرد ثابت طولانی مدتی را به نمایش گذاشته است. طیف بینی ATR-IR معرف تشکیل باندهای استر بین فاصله دهنده و سطح پنبه می‌باشد. علاوه بر این، می‌توان این موضوع را نشان داد که واحدهای کربوکسیل آزاد برای پیوند TiO₂ همچنان باقی می‌مانند. بدون فاصله دهنده، هیچ کدام از منسوجات بصورت کارا به TiO₂ پیوند نخواهند خورد. سلولز بوسیله گونه‌های راکتیو، که بوسیله فرآیند فوتوکاتالیستی در طی دوره آزمایش بوجود آمده‌اند، تجزیه نخواهد شد. پنبه C₂ با میزان کمتری از مواد پیش فرآوری شیمیایی در مقایسه با پنبه E برای عملکرد خود پاک شوندگی لک‌ها تحت تابش نور از کارایی بیشتری برخوردار می‌باشد. با توجه به آنکه استفاده از غلظت‌های بالاتر فاصله دهنده‌ها بواسطه اشباع محلول محدود می‌گردد، بارگذاری چند لایه‌ای ممکن است توان بیشتری را بوجود آورده و در نتیجه بارگذاری TiO₂ مطلوب‌تری حاصل خواهد آمد. در این مطالعه مرتبط با امکان سنجی، هیچگونه بهینه سازی برای پارامترهای گزارش شده حاصل نشده است.