توصيفگر ها :
آيروژل سيليس , بلانكت آيروژلي , پليمر دندريمري PAMAM , آيروژل اصلاح شده با تركيبات آمين‌دار , جذب رنگزا
چكيده فارسي :
اصلاح سطحي آيروژل سيليس با تركيبات آمين‌دار ظرفيت جذب يون‌هاي فلزات سنگين، رنگزاها و گاز كربن‌دي‌اكسيد را بهبود مي‌دهد. پليمرهاي دندريمري كه شامل پليمرهاي پرشاخه، دندريمر و دندريگرافت مي‌شود، مي‌توانند جاذب بسياري از مواد از طريق فضاي خالي بين شاخه‌ها و گروههاي عاملي انتهايي فراوان خود باشند. اين پژوهش با هدف افزايش گروههاي آمين بر سطح آيروژل، بدون استفاده از تركيبات متداول ارگانوسيلان‌ها كه پيچيدگي فرايند و سميت را افزايش مي‌دهند و با استفاده از پليمر دندريمري انجام شد. سنتز آيروژل سيليس با استفاده از پليمر دندريمري پلي‌آميدوآمين (PAMAM) كه داراي گروههاي آمين انتهايي فراوان است، از طريق هيبريدسازي شبكه سيليس با پليمر PAMAM به روش سل-ژل دو مرحله‌اي در فشار محيط انجام شد. همچنين استفاده از PAMAM براي اصلاح بلانكت آيروژلي سيليس از اهداف ديگر اين پژوهش است. در اين راستا روش و شرايط سنتز آيروژل اصلاح شده با PAMAM، شرايط اصلاح سازه ليفي، شرايط بارگذاري PAMAM بر سازه ليفي و نيز اثر اصلاح بر ساختار حفره‌ها و ويژگي‌هاي فيزيكي، آب‌دوستي و جذب رنگزاي اسيدي نمونه‌هاي پودر و بلانكت آيروژلي با استفاده از آزمون‌هاي مختلف مانند جذب و واجذب نيتروژن، FTIR، FESEM، EDX و زاويه تماس بررسي شد. سنتز آيروژل اصلاح شده به صورت افزودن محلول PAMAM با غلظت‌هاي معين به سل سيليس پس از مرحله هيدروليز، حذف مرحله تراكم با آمونياك و تشكيل ژل در حضور PAMAM، زمان‌دهي با اتانول و خشك كردن نمونه‌ها در فشار محيط انجام شد. بهترين غلظت PAMAM و دماي تراكم براي سنتز آيروژل اصلاح شده به ترتيب w/v 20% و ˚C 30 تعيين شد. . آزمون EDX حضور 9% اتم نيتروژن كه ناشي از حضور گروههاي آمين PAMAM در شبكه آيروژل است و همچنين يكنواختي توزيع PAMAM در ساختار را تاييد كرد. براساس نتايج آزمون جذب و واجذب نيتروژن ميانگين اندازه حفره‌هاي آيروژل از nm 6 در نمونه خالص به nm 11 در نمونه اصلاح شده افزايش و سطح مخصوص كاهش يافت. نتايج نشان دادند كه بازدهي جذب با رنگزاي اسيد قرمز 114 از محلول ppm 50 در pH خنثي از 16% براي آيروژل سيليس خالص به 58% در آيروژل سيليس اصلاح شده با پليمر دندريمري افزايش يافت. تهيه بلانكت آيروژلي سيليس اصلاح شده به سه روش انجام شد. روش اول به صورت اصلاح لايه بي‌بافت پلي‌استر با سديم‌هيدروكسيد و سپس PAMAM و در ادامه، سنتز درجاي ذره‌هاي آيروژل سيليس خالص بر آن انجام شد. سنتز درجاي ذره‌هاي آيروژل اصلاح شده بر لايه بي‌بافت پلي‌استر قليايي شده در روش دوم بعد از آغشته‌سازي لايه بي‌بافت به سل سيليس خالص، از طريق اسپري محلول PAMAM بر آن و در روش سوم با استفاده از سل اصلاح شده با PAMAM و آغشته‌سازي لايه بي‌بافت با آن انجام شد. در اثر اصلاح قليايي و دندريمري لايه بي‌بافت پلي‌استر، زاويه تماس آب، بيش از ˚25 كاهش يافته كه ايجاد گروههاي آبدوست بر سطح آن را نشان مي‌دهد. همچنين ارتفاع نفوذ عمودي آب در لايه‌هاي پلي استر اصلاح قليايي و دندريمري تا حدود چهار برابر نسبت به لايه اوليه افزايش يافت. اما حضور ذره‌هاي آيروژلي آبدوست با تخلخل زياد و حفره‌هاي مزومتري بر روي لايه پلي استر خالص و اصلاح شده و تشكيل بلانكت آيروژلي تاثير بسيار قابل ملاحظه بر جذب آب نشان داد به طوري كه لايه پلي استر آبگريز تبديل به لايه فوق آبدوست در بلانكت آيروژلي شد و زمان نفوذ عمودي آب تا ارتفاع حدود cm 10 در لايه اصلاح شده از حدود يك ساعت به كمتر از 30 ثانيه در بلانكت‌هاي اصلاح شده در روش اول رسيد و ميزان جذب آب لايه حدود 300% افزايش يافت. ميزان بهبود بازدهي جذب رنگزاي اسيدي نمونه‌هاي بلانكت اصلاح شده در محيط خنثي براساس نوع روش اصلاح بلانكت و در نتيجه ميزان دسترسي پليمر دندريمري PAMAM و گروههاي آمين انتهايي آن به رنگزا متفاوت بوده و بالاترين بازدهي جذب رنگزاي اسيدي (%42) براي بلانكت آيروژلي اصلاح شده به روش سوم در مقايسه با بازدهي جذب %20 و %9 به ترتيب براي بلانكت آيروژلي تهيه شده با روش دوم و بلانكت خالص حاصل شد.
چكيده انگليسي :
Surface modification of silica aerogel with amine-containing compounds improves its adsorption capacity of heavy metal ions, dyes and carbon dioxide gas. Dendritic polymers which include hyperbranched polymers, dendrimers, and dendrigrafts, can absorb many substances through the empty space between the branches and their terminal functional groups. This the aim of this work was the modification of silica aerogel with the amine groups using dendritic polymer instead of organosilanes as the high toxicity compounds. In this regard, the synthesis conditions of PAMAM modified aerogel, modification conditions of the fibrous structure, coating conditions of PAMAM on the fibrous structure, as well as the modification effect on the pores structure and physical properties, hydrophilicity and acid dyes absorption behavior of the aerogel powder and blanket samples were investigated using various tests such as nitrogen adsorption-desorption, FTIR, FE-SEM, EDX and contact angle.The synthesis of the modified aerogel was done by adding PAMAM solution to silica sol after the hydrolysis step and gel formation in the presence of PAMAM, ageing in ethanol and drying at ambient pressure. The best PAMAM concentration and condensation temperature for the modified aerogel synthesis were determined as 20% w/v and 30°C, respectively. The EDX test confirmed the presence of 9% nitrogen atoms, which is caused by the presence of PAMAM amine groups in the aerogel network, and also confirmed the uniformity of PAMAM distribution in the structure. Based on the results of the nitrogen adsorption-desorption test, the average size of aerogel pores increased from 6 nm in the pure sample to 11 nm in the modified sample and the specific surface area decreased. The results showed that the absorption efficiency of C.I. acid red 114 from 50 ppm solution at neutral pH increased from 16% for pure silica aerogel to 58% in silica aerogel modified with dendritic polymer. Preparation of modified silica aerogel blanket was done via three methods. The first method was to modify the nonwoven polyester layer with sodium hydroxide solution (2M) and then PAMAM, followed by in-situ synthesis of pure silica aerogel particles. In the second method, in-situ synthesis of modified aerogel particles on the alkaline polyester nonwoven layer occurred via soaking the layer in pure silica sol and then spraying PAMAM solution on it. In the third method, the alkaline polyester nonwoven layer soaked in the PAMAM modified sol. The results showed that the water contact angle decreased by more than 20˚in the alkaline and dendrimer modified polyester layer due to hydrophilic groups on its surface. Also, the time of vertical wicking of water in alkaline and dendrimer modified polyester layers increased by about 4-folds compared to the initial layer. However, in the aerogel blankets the presence of hydrophilic aerogel particles with the high porosity, mesopores and many SiOH groups through the polyester layer showed a very significant effect on the water adsorption. So that the hydrophobic polyester layer became to a superhydrophilic layer in the aerogel blanket and the water vertical wicking time for height of about 10 cm in the modified layer decreased from about one hour to less than 30 seconds in the modified blankets in the first method, and the water adsorption percent of the layer increased by about 300%. The absorption efficiency of acid dyes in neutral pH for modified blanket samples was improved to 42% for aerogel blankets modified by the third method compared to the absorption efficiency of 20% and 9% for aerogel blanket prepared by the second method and pure blanket, respectively. This can be related to the accessibility of dendritic PAMAM and its terminal amine groups to dye.
