استخراج نانوذره¬های سیلیکای متخلخل اَریخت با سطح ویژه ‏بالا از مواد طبیعی به روش سل-ژل

محورهای موضوعی : مهندسی شیمی

عرفان آقاشاهی اردستانی ¹ , سید جمال شیخ ذکریائی ^{2 *} , مستانه حاجی پور شیرازی فرد ³ , بهنام میرشکاری ⁴

1 - دانشجوی دکترای گروه مهندسی نفت، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد ‏اسلامی، تهران، ایران.‏
2 - استادیار گروه علوم زمین، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، ‏تهران، ایران.‏
3 - استادیار گروه مهندسی‎ ‎نفت، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، ‏تهران، ایران.‏
4 - استادیار گروه مهندسی‎ ‎نفت، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، ‏تهران، ایران.‏

تاریخ دریافت : 1402/09/07 تاریخ پذیرش : 1402/12/17 تاریخ انتشار : 1404/03/12

کلید واژه: سل-ژل, نانوسیلیکا, متخلخل, اَریخت, مواد طبیعی,

چکیده مقاله :

افزایش تقاضا برای مصرف برنج، منجر به تولید حجم انبوهی از پوست برنج (RHs) می‌شود که استفاده از آن در صنایع متفاوت می‌تواند مشکل دفع پوست برنج (RHs) به­عنوان پسماند را برطرف کند. در این پژوهش، نانوذره‌های سیلیکای متخلخل اَریخت با سطح ویژه بالا از RHs به روش سل-ژل با بازده بالا استخراج شد. این نانوذره‌ها سطح ویژه، واکنش‌پذیری و فعالیت بالایی نسبت به حال بلوری آن داشتند. برای شناسایی نانوذره­ها، روش‌های پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، طیف‌سنجی فلوئورسانس پرتو ایکس (XRF)، طیف‌سنجی تفکیک انرژی (EDS)، میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM)، پراکندگی نور دینامیکی (DLS)، BET و  BJHبه‌کارگرفته شد. نتیجه­ها نشان داد که نانوذره­ها اَریخت هستند و گروه‌های عاملی هیدروکسیل بر سطح آن‌ها قرار دارند. روش DLS نشان داد که توزیع اندازه نانوذره­های سنتزشده از 5 تا 40 نانومتر متغیر و میانگین قطر آن‌ها به­طورتقریی 6_/14 نانومتر بود. درصد خلوص و مساحت سطح ویژه (SSA) نانوذره­ها به­ترتیب 41_/98 درصد و m²/g 867 به­دست آمد.

چکیده انگلیسی:

In recent decades, the demand for rice has increased. Therefore, a large amount of rice husks (RHs) is produced. Using RHs in industry can solve the problem of their disposal as waste and prevent environmental pollution. In this research, by using the sol-gel method, amorphous silica nanoparticles obtained from RHs with high efficiency. The synthesized nanoparticles had a higher specific surface area, reactivity, and activity than their conventional crystalline state. An array of analytical techniques was employed to assess the nanoparticles thoroughly, including X-ray diffraction (XRD), Furrier transform of infrared spectroscopy (FTIR), X-ray fluorescence (XRF), field emission scanning electron microscopy (FESEM), energy–dispersive spectroscopy (EDS), transmission electron microscopy (TEM), dynamic light scattering (DLS), BJH, and BET analyses. The results showed that nanoparticles had an amorphous phase and hydroxyl functional groups were placed on their surface. According to DLS analysis, the size distribution of synthesized nanoparticles varied from 5 to 40 nm, and their average size was approximately 14.6 nm. In addition, the results indicated that the purity and specific surface area (SSA) of the nanoparticles were 98.41% and 867 m²/g, respectively.

 

منابع و مأخذ:


‎[1] Zarei V, Emamzadeh A, Nasiri A. Synthesis of amorphous silica nanoparticles from natural materials applied in ‎drilling fluid for stabilizing shale layers. J Pet Res. 2018;27(96–6):18–31. doi: 10.22078/pr.2017.2683.2232‎
‎[2] Stöber W, Fink A, Bohn E. Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range. J ‎Colloid Interface Sci. 1968;26(1):62–69. doi: org/10.1016/0021-‎‏9797(68)90272-5‏
‎[3] Dias LS, Alves AK. Silica nanoparticles: Morphology and applications. In: Alves AK, editor. ‎Technological Applications of Nanomaterials. Germany: Springer; 2022. p. 89–1‎‏06. ‏
‎[4] Zarei V, Nasiri A. Stabilizing Asmari Formation interlayer shales using water-based mud containing ‎biogenic silica oxide nanoparticles synthesized. J Nat Gas Sci Eng. 2021;91:103928. ‎doi:10.1016/j.jngse.2021.103928‎
‎[5] Zarei V, Mirzaasadi M, Davarpanah A, Nasiri A, Valizadeh M, Hosseini MJS. Environmental method ‎for synthesizing amorphous silica oxide nanoparticles from a natural material. Processes. ‎‏2021;9(2):334. doi: 10.3390/pr9020334‏
‎[6] Pode R. Potential applications of rice husk ash waste from rice husk biomass power plant. Renew ‎Sustain Energy Rev. 2016;53:1468–85. doi: org/10.1016/j.rser.2015.09.051‎
‎[7] Leem JH, Lee J, Kim HC, Hwang SS, Lee BE, Park H, et al. Necessity for a national carcinogen list in ‎Korea, based on international harmonization. Environ Health Toxicol. 2013;28. doi: ‎‏10.1016/j.egyr.2021.08.130‏
‎[8] Zarei V, Yavari H, Nasiri A, Mirzaasadi M, Davarpanah A. Implementation of amorphous mesoporous ‎silica nanoparticles to formulate a novel water-based drilling fluid. Arab J Chem. 2023;16(8):104818. ‎doi: org/10.1016/j.arabjc.2023.104818‎
‎[9] Pan Y, Zhang H, Zhao Y, Wang H, Shi X, Yang Y, et al. Low thermal-conductivity and high thermal ‎stable silica aerogel based on MTMS/Water-glass co-precursor prepared by freeze drying. Mater Des. ‎‏2017;113:246–53. doi: 10.1016/j.matdes.2016.09.083‏
‎[10] Mousavipour N, Babaei S, Moghimipour E, Moosavi-Nasab M, Ceylan Z. A novel perspective with ‎characterized nanoliposomes: Limitation of lipid oxidation in fish oil. LWT. 2021;152:112387. doi: ‎org/10.1016/j.lwt.2021.112387‎
‎[11] Feng Y, Zarei V, Mousavipour N. Provision and assessment properties of nanoliposomes containing ‎macroalgae extracts of Sargassum boveanume and Padina pavonica. LWT-Food Sci Technol. ‎‏2023;175:114194. doi: org/10.1016/j.lwt.2022.114194‏
‎[12] Liu K, Feng Q, Yang Y, Zhang G, Ou L, Lu Y. Preparation and characterization of amorphous silica nanowires ‎from natural chrysotile. J Non Cryst Solids. 2007;353(16–1‎‏7):1534–9. doi: ‏org/10.1016/j.jnoncrysol.2007.01.033 ‎
‎[13] Tadjarodi A, Haghverdi M, Mohammadi V. Preparation and characterization of nano-porous silica ‎aerogel from rice husk ash by drying at atmospheric pressure. Mater Res Bull. 2012;47(9):2584–9. doi: ‎org/10.1016/j.materresbull.2012.04.143‎
‎[14] Thuadaij N, Nuntiya A. Preparation of nanosilica powder from rice husk ash by precipitation method. ‎Chiang Mai J Sci. 2008;35(1):206–11. ‎
‎[15] Wang L-J, Zhao S-Y, Yang M. Structural characteristics and thermal conductivity of ambient pressure ‎dried silica aerogels with one-step solvent exchange/surface modification. Mater Chem Phys. ‎‏2009;113(1):485–90. doi: org/10.1016/j.matchemphys.2008.07.124 ‏


‎[16] Rahman IA, Vejayakumaran P, Sipaut CS, Ismail J, Bakar MA, Adnan R, et al. An optimized sol–gel ‎synthesis of stable primary equivalent silica particles. Colloids Surfaces A Physicochem Eng Asp. ‎‏2007;294(1–3):102–10. doi: 10.1016/j.colsurfa.2006.08.001‎
‎[17] Zhang G, Dass A, Rawashdeh A-MM, Thomas J, Counsil JA, Sotiriou-Leventis C, et al. Isocyanate-‎crosslinked silica aerogel monoliths: preparation and characterization. J Non Cryst Solids. ‎‏2004;350:152–64. doi: org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.06.041‏