نانوذرات آهن صفر ظرفیتی، با اندازه‌ی نانومتری و بدون ظرفیت مغناطیسی هستند که این نوع ذرات به عنوان کاتالیزور های بسیار کارآمد در فرآیند های شیمیایی به کار می‌روند که روش‌های سنتز شامل روش‌های شیمیایی مانند روش کاخوازنیت، روش ترسیب حرارتی، و روش هیدروترمال می‌شود.
این روش ها از ترکیبات آهن و عوامل رقیق‌کننده مانند محلول های آلی یا آلیکل‌آمین ها استفاده می‌کنند و پس از سنتز، نانوذرات از رسوب‌گیری جدا و با فرآیند های تصفیه تقویت می‌شوند.
نانوذرات آهن صفرظرفیتی
نانوذرات آهن صفرظرفیتی نوعی از نانومواد هستند که خصوصیت جذب یون ها را ندارند و قابلیت جایگزینی یون‌هایشان با یون‌های دیگر را ندارند درواقع این نانوذرات معمولاً به صورت ذرات بسیار کوچکی از آهن با اندازه‌ی نانومتری تولید می‌شوند.
از آنجایی که این نانوذرات اصطلاحاً صفرظرفیتی هستند، به معنی این است که نسبت به جذب یون‌ها و یا مواد دیگر کمیتی ظرفیت ندارند.
از جمله کاربردهای اصلی نانوذرات آهن صفرظرفیتی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1. کاتالیزورها: این نانوذرات ممکن است به عنوان کاتالیزورهایی در فرایندهای شیمیایی استفاده شوند، به عنوان مثال در تبدیل واکنش‌های شیمیایی یا تولید مواد شیمیایی مختلف.
2. تصفیه آب: نانوذرات آهن صفرظرفیتی ممکن است در فرآیندهای تصفیه آب برای حذف آلاینده‌های مختلفی از آب مورد استفاده قرار گیرند.
3. طب پیشرفته: در زمینه‌هایی مانند تصویربرداری پزشکی یا درمان های نانوپزشکی، ممکن است این نانوذرات برای اهداف دارویی یا تصویربرداری مورد استفاده قرار بگیرند.
4. مواد الکترونیکی: در صنعت الکترونیک، این نانوذرات ممکن است در تولید اجزای الکترونیکی مورد استفاده قرار گیرند، مثل ترانزیستور ها یا سنسور ها.
5. مواد ساختمانی: در تولید مواد ساختمانی با ویژگی های خاص مانند عایق حرارتی یا مقاومت مکانیکی بالا، ممکن است از این نانو ذرات استفاده شود.
با توجه به خصوصیات منحصر به فرد و کاربردهای گسترده، نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی به عنوان یکی از مهمترین نانو مواد در صنایع مختلف شناخته شده‌اند و مورد توجه قرار گرفته‌اند.
روش های سنتز نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی
روش های سنتز نانو ذرات آهن صفرظرفیتی شامل روش های مختلفی است که برای تولید این نوع نانوذرات استفاده می‌شود که برخی از این روش‌ها عبارتند از:
1. روش هم‌رسوبی (Co-precipitation): در این روش، نمونه های محلول‌های مختلف حاوی یون‌های فلزی آهن با یکدیگر مخلوط و با افزودن یک محلول قلیایی (مثلاً آمونیاک)، فلز آهن به صورت هم رسوب با یون هایی که به عنوان محلی‌کننده (مثلاً یون های کربنات) افزوده شده‌اند، به شکل نانو ذرات آهن تشکیل می‌شوند.
2. روش تخریبی (Pyrolysis): در این روش، ترکیبات آلی یا معدنی حاوی آهن (مثلاً فریت) در شرایط حرارتی خاصی (معمولاً در حضور گاز حامل) تجزیه می‌شوند و نانوذرات آهن تولید می‌شوند.
3. روش هیدروترمال (Hydrothermal Synthesis): در این روش، محلولی که شامل ترکیبات فلزی آهن است، در شرایط حرارت و فشار بالا (معمولاً در حضور یک محلی‌کننده) قرار می‌گیرد که باعث تشکیل نانوذرات آهن می‌شود.
4. روش احیای شیمیایی (Chemical Reduction): در این روش، یون‌های فلزی آهن به کمک یک عامل احیا کننده (مثلاً هیدروژن یا نانوذرات فلزی دیگر) کاهش داده می‌شوند و به نانوذرات آهن تبدیل می‌شوند.
5. روش تشکیل مایعات یونی (Ionic Liquid Synthesis): در این روش، از مایعات یونی به عنوان حلال برای حل و سنتز نانوذرات آهن استفاده می‌شود که این روش معمولاً امکان کنترل دقیق‌تر اندازه و خصوصیات نانوذرات را فراهم می‌کند.
این روش‌ها تنها چند مثال از روش‌هایی هستند که برای سنتز نانوذرات آهن صفرظرفیتی استفاده می‌شود و هرکدام از این روش‌ها ویژگی‌ها و مزایا و معایب خود را دارند که بسته به کاربردهای مختلف، می‌توانند انتخاب شوند.
نانوذرات آهن بدون ظرفیت
نانوذرات آهن بدون ظرفیت، یا همان "Zero-Valent Iron Nanoparticles" (ZVINs)، نوعی از نانوذرات آهن هستند که در آن آهن به حالت اکسیده نیست و در حالت فلزی صفرظرفیتی (ZVI) وجود دارد.
این نانوذرات به دلیل ویژگی‌های خاص خود، از جمله فعالیت کاتالیتیک، خواص آنتی‌اکسیدانی، و قابلیت اصلاح فرایندهای شیمیایی و زیستی، در زمینه‌های مختلفی از جمله تصفیه آب و فاضلاب، پاکسازی محیط‌های آلوده، و درمان زلزله‌های نفتی استفاده می‌شوند.
روش‌های ساخت نانوذرات آهن بدون ظرفیت ممکن است شامل روش‌های متنوعی باشد که بسته به کاربردهای مختلف، انتخاب می‌شود. برخی از این روش‌ها عبارتند از:
1. رسوب‌گذاری شیمیایی: در این روش، از ترکیبات فلزی آهن به عنوان پیش‌ماده استفاده می‌شود که در یک محیط حلال و با افزودن یک ماده ناخالص یا اصلاح‌دهنده، به نانوذرات آهن بدون ظرفیت تبدیل می‌شوند.
2. احیای شیمیایی: در این روش، از یک ماده احیا کننده مثل هیدروژن یا سدیم بورهیدرید برای تخلیه یون‌های فلزی آهن و تولید نانوذرات آهن بدون ظرفیت استفاده می‌شود.
3. تحلیل حرارتی: در این روش، ترکیبات فلزی آهن به حرارت بالا تحت شرایط خاصی تجزیه می‌شوند و نانوذرات آهن بدون ظرفیت تشکیل می‌شوند.
4. احتراق محلولی (Solution Combustion): در این روش، از ترکیبات فلزی آهن و مواد اکسایش‌دهنده استفاده می‌شود که در حالت جامد و محلول، تحت شرایط احتراق قرار می‌گیرند و نانوذرات آهن بدون ظرفیت تولید می‌شوند.
این روش‌ها تنها چند مثال از روش‌هایی هستند که می‌توان برای سنتز نانوذرات آهن بدون ظرفیت استفاده کرد همچنین انتخاب روش مناسب بستگی به شرایط فیزیکی و شیمیایی مواد اولیه، خواص مورد نیاز از نانوذرات نهایی و کاربردهای مختلف آنها دارد.
روش های ساخت نانوذرات آهن بدون ظرفیت
روش‌های ساخت نانوذرات آهن بدون ظرفیت، به عنوان نمونه‌هایی از روش‌های متداول در زمینه ساخت نانوذرات فلزی، می‌توانند شامل موارد زیر باشند:
1. احیای شیمیایی: در این روش، از یک ماده احیا کننده مثل هیدروژن یا بورهیدرید سدیم برای کاهش یون‌های فلزی آهن به حالت فلزی صفر ظرفیت استفاده می‌شود بنابراین این فرآیند معمولاً در حضور یک ماده سطح فعال مثل گلوکوز یا پلی‌وینیل پیرولیدون (PVP) صورت می‌گیرد تا جلوی تجمع نانوذرات و تشکیل ترسیب‌های بزرگتر را بگیرد.
2. احیای زیستی: در این روش، میکروب‌ها یا مواد زیستی دیگر به عنوان عامل کاهش دهنده برای تبدیل یون‌های فلزی آهن به نانوذرات آهن بدون ظرفیت استفاده می‌شوند و این فرآیند معمولاً در شرایط محیطی و زیستی صورت می‌گیرد و می‌تواند بسیار پایدار و کارآمد باشد.
3. اکسیداسیون-احیا (Redox): این روش شامل اکسیداسیون و سپس احیای یون‌های فلزی آهن به حالت فلزی است که معمولاً این فرآیند با استفاده از یک اکسیده‌کننده مثل نیترات آمونیوم و سپس یک عامل کاهش‌دهنده مثل هیدروژن صورت می‌گیرد.
4. سنتز حرارتی: این روش شامل گرم‌کردن ترکیبات فلزی آهن در یک محیط خاص مانند محلول‌های آلی یا محلول‌های آبی است و این فرآیند معمولاً در دماهای بالا صورت می‌گیرد و نانوذرات آهن بدون ظرفیت را تولید می‌کند.
5. روش هم‌رسوبی (Co-precipitation): در این روش، یون‌های فلزی آهن با یک ماده حلال مخلوط و سپس با اضافه کردن یک ماده ناخالص یا اصلاح‌دهنده، به نانوذرات آهن بدون ظرفیت تبدیل می‌شوند.
این روش‌ها تنها چند مثال از روش‌هایی هستند که می‌توان برای ساخت نانوذرات آهن بدون ظرفیت استفاده کرد از این رو انتخاب روش مناسب بستگی به خواص مورد نیاز از نانوذرات نهایی، شرایط فیزیکی و شیمیایی مواد اولیه، و کاربردهای مختلف آنها دارد.
نانوذرات آهن با ظرفیت صفر
نانوذرات آهن با ظرفیت صفر، به عنوان یک مواد نانوساختار، موادی هستند که دارای اندازه‌ی نانومتری هستند و از آهن تشکیل شده‌اند و این نوع نانوذرات به دلیل ویژگی‌های خاص خود مورد توجه قرار گرفته‌اند درواقع این ویژگی‌ها شامل افزایش فعالیت سطحی، تغییرات در خواص فیزیکی و شیمیایی، و قابلیت استفاده در بسیاری از صنایع از جمله پزشکی، الکترونیک، و مهندسی مواد است.
نانوذرات آهن با ظرفیت صفر معمولاً به عنوان کاتالیزورهای بسیار کارآمد استفاده می‌شوند که این نوع نانوذرات قادرند فرایندهای شیمیایی را بهبود بخشیده و سرعت آنها را افزایش دهند، در عین حال انتقال الکترونی موثری را از آنها برقرار می‌کنند.
از طرفی، این نوع نانوذرات همچنین می‌توانند به عنوان مواد جذب کننده در تصفیه آب و فرآیندهای انتقال مواد مختلف مورد استفاده قرار بگیرند.
به عنوان مثال، در زمینه‌ی پزشکی، نانوذرات آهن با ظرفیت صفر برای تصویربرداری پزشکی، ارسال داروها به ناحیه‌های خاص در بدن، و حتی درمان برخی از بیماری‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و از آنجا که این نانوذرات دارای سطح بالا و توزیع یکنواخت هستند، می‌توانند به‌عنوان حامل‌های موثر برای داروها و مواد دیگر عمل کنند.
