شکل(۳-۲۱). تجزیه نوری متیلن بلو بوسیله نمونه های(a)Al-MCM-41 64
چکیده
طبق گزارشات به عمل آمده فوتوکاتالیست های ناهمگن برای تجزیه نوری ترکیبات آلاینده مناسب هستند .بسیاری از اکسیدهای فلزی نیمه رسانا نظیر :TiO₂,SnO₂, ZnO₂وغیره بعنوان فوتوکاتالیست در واکنش های شکست آب ,سنتز ترکیبات آلی وحذف آلودگی پسابها می توانند بکار گرفته شوند .در این پروژه ما با بهره گرفتن از روش هیدروترمال مزوپروس AL-MCM-41را از درصد های مختلف آلومنیوم سنتز کرده ونانو ذرات SnO₂ را بر روی مزوپروس نشانده و خاصیت فوتوکاتالیستی آن را بررسی نموده ایم .

برای بررسی مورفولوژی و اندازه نانو کامپوزیتهای بدست آمده از تکنیک پراش اشعه ایکس (XRD),دستگاه FTIR ,میکروسکوپ الکترونی روبشی ,(SEM) میکروسکوپ الکترونی عبوری  استفاده شد .
فعالیت فوتوکاتالیستی نانوکامپوزیت SnO₂/Al-MCM-41در دو محیط بازی و اسیدی بوسیله متیلن بلو به عنوان یک مدل آلودگی آلی وتحت تابش نور لامپ جیوه فشار بالا به عنوان منبع نور ماوراء بنفش انجام شد .نانو کامپوزیت SnO₂/Al-MCM-41در محیط اسیدی تحت تابش نور ماوراء بنفش بیشترین ثابت سرعت ۰٫۰۴۹بردقیقه رانشان میدهد.
مقدمه:
یکی از زمینه های رو به رشد در حیطه نانو مواد توسعه روش های تولید نانو ذرات و در نهایت صنعتی کردن آن است در نانو ذرات و به طور کلی در نانو ساختار ها, ریز بودن اندازه ذرات در مقیاس نانو خواص منحصر به فردی اعم از خواص الکترونیکی, الکتریکی اپتیکی و…..ایجاد می کند.,اگر چه امروزه تعیین دقیق این گازها توسط دستگاه های آنالیز مانند کروماتوگرافی گازی ,اسپکتروسکپی جرمی و مادون قرمز میسر است اما این دستگاه ها گرانقیمت وپیچیده هستند و کارکردن با آنها نیازمند به مهارتهای خاصی است.از این سنسور های گازی به لحاظ سادگی حجم کم وحساسیت بالا می توانند جایگزین مناسبی برای سیستم های فوق باشند.تخریب آلاینده­های آلی به علت افزایش آلودگی محیط زیست در سال­های اخیر موجب شده است که فتوکاتالیست جهت درک علمی و کاربردهای بالقوه، به طور گسترده مورد توجه قرار گیرد. فتوکاتالیستSnO₂ به علت پایداری فتوشیمیایی عالی، هزینه پایین و غیر سمی بودن، در پاکسازی محیط زیست از طریق تخریب آلاینده­های آلی و تولید هیدروژن از طریق شکافتن آب کاربرد گسترده­ای دارد . از انجایی که نیمه رساناهای فوتوکاتالیستی در دو دهه گذشته جاذبه های زیادی را در حذف آلودگی ها در محیط زیست ایجاد نموده اند . لذا در این تحقیق سعی می شود نانو کامپوزیت SnO₂/Al-MCM-41را سنتز و خواص فوتوکاتالیستی آن را در رفع آلاینده ها بررسی نماییم. [۷،۶،۵،۴،۳،۲،۱].
تاریخچه ی نانو تکنولوژی در دنیا
در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می توان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می دهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژه اتم را که به معنی تقسیم نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده موادبه کاربرد.
با تحقیقات و آزمایش های بسیار، دانشمندان تاکنون ۱۰۸ نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ کشف کرده اند. آنها همچنین پی برده اند که اتم ها از ذرات کوچکتری مانند کوارک ها و لپتون ها تشکیل شده اند. با این حال این کشف ها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیادمهم نیست.
نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت که اولین نانوتکنولوژیست ها شیشه گران قرون وسطایی بوده اند که از قالب های قدیمی) (Medieal forges برای شکل دادن شیشه هایشان استفاده می کرده اند. البته این شیشه گران نمی دانستند که چرا با اضافه کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر میکند. در آن زمان برای ساخت شیشه های کلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می شده است و با این کار شیشه های رنگی بسیار جذابی بدست می آمده است. این قبیل شیشه ها هم اکنون در بین شیشه های بسیار قدیمی یافت می شوند. رنگ به وجودآمده در این شیشه ها برپایه این حقیقت استوار است که مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میکرو نمی باشند.
در واقع یافتن مثالهایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست.رنگدانه های تزیینی جام مشهور لیکرگوس در روم باستان (قرن چهارم بعد از میلاد) نمونه ای از آنهاست. این جام هنوز در موزه بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگهای متفاوتی دارد. نور انعکاس یافته از آن سبز است ولی اگر نوری از درون آن بتابد، به رنگ قرمز دیده می شود آنالیز این شیشه حکایت از وجود مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز ۰۰۷(nm) دارد.که حاوی نقره و طلا با نسبت مولی تقریبا ۱۴ به ۱ است حضور این نانوبلورها باعث رنگ ویژه جام لیکرگوس گذشته است. اخیراً در عملیات باستان شناسی کشف شده که برخی از سرامیک­های لعاب­دار دوره­ خلفای عباسی دارای طرحی بسیار پیچیده هستند و چندین رنگ و تلالو رنگین کمانی را از خود نشان می­ دهند. تعدادی از این کاشی­ها در برخی مساجد کشور تونس به کار برده شده است. وقتی نور سفید به این سرامیک­ها برخورد می­ کند، بسته به زاویه تابش رنگ لعاب عوض می­ شود (مانند بال پروانه یا رنگ روی لوح­های فشرده). این جلوه­ها از کنار هم قرار گرفتن تناوبی نانو ذرات که هر ذره خواص نوری منحصر به فردی دارد، به وجود می ­آید. [۹،۸].
فصل اول :
مقدمه ای بر نانو تکنولوژی
۱-۱-نانو چیست؟
واژه فناوری نانو اولین
بار توسط نوریوتاینگوچی استاد دانشگاه علوم توکیو در سال ۱۹۷۴ بر زبانها جاری شد. او این واژه را برای توصیف ساخت مواد )وسایل ( دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر می باشد، به کار برد. در سال ۱۹۸۶ این واژه توسط کی اریک درکسلر در کتابی تحت عنوان (موتور آفرینش:آغاز دوران فناوری نانو). بازآفرینی و تعریف مجدد شد وی این واژه را به شکل عمیق تری در رساله دکترای خود مورد بررسی قرار داده و بعدها آنرا در کتابی تحت عنوان( نانوسیستم ها ماشین های مولکولی چگونگی ساخت و محاسبات آنها)توسعه داد. [۱۰،۹].
نانو تکنولوژی در ترجمه لفظ به لفظ، به معنی تکنولوژی بسیار کوچک( نانو، به معنی بسیار بسیار کوچک، مقیاس ۱۰ به توان منفی ۹ بار )کوچکترمی باشد.این مقیاس را با ذکر مثال های عینی بهتر می توان حس کرد.
یک تار موی انسان به طور متوسط قطری حدود ۵۰۰۰۰نانو متر دارد یک سلول باکتری قطری معادل چند صد نانو متر دارد کوچکترین اشیای قابل دید توسط چشم غیر مسلح اندازه ای حدود ۱۰۰۰۰نانو متر دارند فقط حدود ۱۰ اتم هیدروژن در یک خط یک نانو متر را میسازند برای درک بیشتر این مقیاس در شکل ۱-۱ مقایسه ای بین مقیاس طولی گوناگون نشان داده شده است.

شکل (۱-۱). مقایسه طول های مختلف
به بیان ساده علم نانو مطالعه اصول اولیه مولکول­ها و ساختارهای با ابعاد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. این ساختارها را نانوساختار می­نامیم. نانوفناوری، کاربرد این ساختارها در دستگاه­های با اندازه نانومتری است.
نانوفناوری، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم­های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطح مولکولی و اتمی و استفاده از خواص آن­ها در مقیاس نانو می­باشد. از تعاریف فوق بر می ­آید که نانوفناوری یک رشته نیست بلکه رویکرد جدیدی در تمام رشته­هاست. برای نانوفناوری کاربردهایی را در حوزه ­های مختلف از غذا، دارو، تشخیص پزشکی و بیوفناوری تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوا و فضا و امنیت ملی برشمرده­اند.کاربردهای وسیع این عرصه و پیامدهای اجتماعی سیاسی و حقوقی آن، این فناوری را به عنوان زمینه فرارشته­ای و فرابخش مطرح نموده است و می­توان گفت یکی از ویژگی­های مهم نانوفناوری جنبه چند رشته­ای آن است. مفهوم چند رشته­ای در نانوفناوری بدان معناست که نیروی کاری نانوفناوری باید دارای بینش وسیعی از مفاهیم زیست شناسی، فیزیک، شیمی، اصول مهندسی طراحی، کنترل فرایند و محصولات باشد. برای درک مفاهیم پایه­ای و تدوین قوانین در مقیاس نانو تقریباً به تمامی علوم نیاز است.به عنوان مثال علم فیزیک مورد نیاز است، زیرا دنیای نانو دنیای توابع موج، تونل زنی کوانتومی و کشف نیروهای اتمی ناشناخته است. علم شیمی مورد نیاز است، زیرا روش­های پیوند مولکول­ها با یکدیگر و چگونگی ترکیب مواد را به ما می­آموزد. به اصول مهندسی نیز نیاز است تا بتوان قابلیت تولید حیات اقتصادی را تضمین نمود. اصل چندرشته­ای بودن نانوفناوری بیانگر این حقیقت است که این علم، رشته جدیدی نیست بلکه رویکردی جدید در تمام رشته­هاست و تمام عرصه ­های مختلف علم و فناوری را در برمی­گیرد. استفاده از این فناوری در کلیه علوم باعث شده است که تحقیقات در زمینه نانو به عنوان چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد. نانوفناوری به طور کلی دارای سه شاخه نانوفناوری خشک، مرطوب و محاسبه­ای است که از نظر کاربردی در علوم مختلف به خصوص در ساخت و تولید مواد الکترونیکی- پزشکی و صنایع غذایی کاربرد دارد. در این مقیاس برخی روابط فیزیکی که برای مواد معمولی کاربرد دارند، نقض می­شوند. برای مثال، یک سیم یا اجزای یک مدار در مقیاس نانو لزوماً از قانون اهم پیروی نمی­کنند. قانون اهم، به جریان، ولتاژ و مقاومت بستگی دارد. اما در مقیاس نانو وقتی عرض سیم فقط به اندازه یک یا چند اتم باشد، الکترون­ها لزوماً باید در صف و به ترتیب و یک به یک از سیم رد شوند. بنابراین ممکن است قانون اهم در این مقیاس تا حدودی نقض شود. در حقیقت در این مقیاس قوانین فیزیک کوانتوم وارد صحنه می­شوند و امکان کنترل خواص ذاتی ماده از جمله دمای ذوب، خواص مغناطیسی، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد، بدون تغییر در ترکیب شیمیایی ماده وجود خواهد داشت
جدول (۱-۱). برخی از رویدادهای مهم تاریخی در فناوری و علوم نانو[۲۰]