طراحی و ساخت بسترهای نانوالیاف پلی‌یورتان اصلاح‌شده با تیتانیوم دی‌اکسید برای ربایش بخارات تولوئن از هوا

Abstract

چکیده: زمینه تحقیق: مصرف روزافزون از ترکیبات آلی فرار به ویژه BTEX در صنایع و مشاغل گوناگون، ریسک مواجهه افراد با این ترکیبات شیمیایی مضر را به طرز قابل توجهی افزایش داده است. سازمان‌های نظارتی بنا‌ به عوارض و صدمات سلامتی اثبات شده برای این ترکیبات فرار، شرایط مواجهه محدود و کنترل‌شده‌ای را برای افراد در معرض مقرر نموده‌اند. این مطالعه تجربی، به طراحی و ساخت بسترهای نانوالیاف پلی‌یورتان اصلاح‌شده با تیتانیوم دی‌اکسید به منظور حذف بخارات تولوئن (به عنوان نماینده ای از گروه BTEX) از هوا پرداخت. روش کار: در این مطالعه تجربی در ابتدا، پودر نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید آلایش‌شده با آهن به روش سل-ژل سنتز شد. محلول پلیمری پلی‌یورتان خالص با استفاده از مخلوط 10% وزنی پلی‌یورتان با سیستم حلّال متشکل از دی‌متیل فرآمید و تتراهیدروفوران با درصدهای وزنی برابر (50:50) تهیه شد. سپس به 5 حجم جداگانه و برابر از محلول پلی‌یورتان خالص 10% وزنی، تیتانیوم دی‌اکسید با درصدهای وزنی 0، 5/0، 1، 5/1 و 2 افزوده شد و محلول‌های اصلاح‌شده ابتدا با استفاده از شیکر مخلوط و سپس به مدت 10 دقیقه تحت امواج اولتراسونیک قرار گرفتند. محلول‌های خالص و اصلاح‌شده به صورت جداگانه به داخل مخزن دستگاه الکتروریسی بارگیری شدند و تحت تاثیر پارامتر‌های بهینه فرآیند الکتروریسی (ولتاژ اعمالی در محدوده 25-27 کیلوولت، فاصله نازل تا صفحه جمع‌کننده 9-11 سانتی‌متر و دبی تغذیه کمتر از 1 میلی‌لیتر)، سنتز شدند. به منظور بررسی ساختار نمونه نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید سنتزشده، آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) و طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) صورت گرفت. تجزیه و تحلیل مورفولوژی و قطر نانوالیاف خالص و اصلاح‌شده با تیتانیوم دی‌اکسید به وسیله تصاویر حاصل از میکروسکوپ روبشی الکترونی نشر میدانی (FE-SEM) انجام شد و همچنین مساحت ویژه هر یک با استفاده از آزمون BET مورد اندازه‌گیری قرار گرفت. بستر‌های نانوالیاف الکتروریسی شده به مدت

12 ساعت در دسیکاتور قرار گرفتند و نهایتا راندمان جذبی (%) بسترهای نانوالیاف الکتروریسی‌شده در تماس با غلظت‌های تعیین شده از تولوئن (1±20، 5±60 و 10±100پی‌پی‌ام) اندازه‌گیری شدند. نتایج: نتایج این مطالعه نشان داد که سنتز نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید آلایش‌شده با آهن با استفاده از روش سل-ژل با موفقیت انجام شد و فاز آناتاز به عنوان پلی‌مورف غالب تشکیل گردید. افزودن نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید آلایش‌شده با آهن به بسترهای پلی‌یورتان خالص سبب تغییرات در اندازه قطر و مورفولوژی نانوالیاف اصلاح‌شده گردید، به صورتی که افزایش غلظت نانوذره (تا درصد وزنی5/1) سبب کاهش اندازه قطر بسترهای اصلاح‌شده در مقایسه با بستر پلی‌یورتان خالص الکتروریسی‌شده، گردید. نتایج آزمون BET نشان داد که بستر نانوالیاف با قطر کوچکتر، سطح ویژه قابل توجهی را دارد. همچنین، نتایج آزمون راندمان جذبی نشان داد که انواع بسترهای الکتروریسی‌شده در غلظت بیشنه از تولوئن (محدوده غلظت 100 پی‌پی‌ام)، بیشترین راندمان جذبی را دارند. بسترPU/ 1.5 %wt NP با کوچکترین اندازه قطر نانوالیاف و بیشترین سطح ویژه، قابل‌توجه‌ترین راندمان جذبی را در تماس با بخارات تولوئن محدوده غلظت 100 پی‌پی‌ام در مقایسه با سایر بسترهای الکتروریسی‌شده به خود اختصاص داد. بحث و نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج به دست آمده از این مطالعه، می‌توان نتیجه گرفت که بستر الکتروریسی‌شده PU/ 1.5 % wt NP، عملکرد مطلوبی در ربایش بخارات تولوئن (محدوده غلظت 100 پی‌پی‌ام) داشت. این نوع بستر می‌تواند به سبب جذب و تقلیل سمیت آلاینده مذکور، نقش موثری را به عنوان بستر جذبی در زمینه‌های مختلف کاربردی ایفا کند.