شماره مدرك
21022
شماره راهنما
18040
پديد آورنده
معتمدي بروجني، فائزه
عنوان
سنتز و مشخصه يابي نانوساختار كروي توخالي سيليس با پوسته مزوحفره و پوشش دهي آن بر سطح منسوج
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
مهندسي شيمي نساجي و علوم الياف
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1402
صفحه شمار
هفده،117ص.:مصور، جدول
توصيفگر ها
ذرات توخالي سيليس، ساختار متخلخل سلسله مراتبي، فرايند استوبر، پوشش¬دهي منسوج، جذب رنگزاي كاتيونيك
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/09
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
نساجي
دانشكده
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/15
كد ايرانداك
22998008
چكيده فارسي
محدوديت زياد مواد مزوحفره براي جذب مولكولهاي بزرگ و نيز سرعت پايين فرآيند جذب منجر شده كه در سالهاي اخير، تلاشهاي بسياري براي سنتز مواد متخلخل با ساختار سلسله مراتبي ماكرو/مزو/ميكروحفره درون ساختار صورت گيرد. در اين پژوهش، سنتز ذرات توخالي مزوحفره سيليس داراي ساختار متخلخل سلسله¬مراتبي( ميكرو، مزو و ماكرو حفره) و ضخامت پوسته قابل تنظيم با اصلاح روش سنتز استوبر وكنترل فرآيند سنتز به ويژه حذف سطح¬فعال انجام شد. همچنين به¬منظور كنترل اندازه حفرات ماكرومتري جهت بهبود خواص ذرات به ويژه جذب و بارگذاري مولكول¬هاي بزرگ در ساختار ذرات حاصل، روش سنتز جديد براساس تركيب روش¬هاي استوبر و ميكروامولسيون بررسي گرديد كه در آن از تركيب آلي نرمال-هگزان به¬عنوان فاز روغني در حمام استوبر استفاده¬ شد. از طرفي تا كنون پژوهشي مرتبط با پوششدهي منسوج با ذرات سيليس توخالي مزوحفره و بررسي خواص آن گزارش نشده است، لذا در اين پژوهش، سنتز ساختار مزوحفره سيليس داراي حفرات بزرگ، بهينه¬سازي ساختار آن و پوشش¬دهي آن بر روي منسوج به¬منظور افزايش توسعه كاربري اين ذرات مدنظر قرارگرفته و خواص و عملكرد منسوج تهيه شده به ويژه از نظر قابليت جذب رنگزا بررسي شد. ارزيابي ويژگي¬هاي فيزيكي، شيميايي و ساختار حفرات ذرات سيليس توخالي مزوحفره و نمونه¬هاي منسوج پوشش¬دهي شده با استفاده از تصويرهاي TEM، FE-SEM، طيف¬سنجي EDS، آزمون¬هاي جذب و واجذب نيتروژن، آناليز DLS و FTIR و زاويه تماس انجام شده و از رنگزاهاي كاتيونيك براي بررسي ويژگي¬هاي جذبي استفاده شد. بر اساس نتايج حاصل، شرايط بهينه براي توليد ذرات توخالي مزوحفره سيليس شامل محلول استوبر حاوي آب/اتانول/هيدروكسيدآمونيوم/ TEOS با نسبت¬ حجمي 50/30/ 1/ 5/1 و سپس زماندهي در اتانول به مدت 24 ساعت و همچنين استفاده از محلول اتانول اسيدي (اتانول/ HCl با نسبت حجمي 40/ 24/0) جهت حذف قالب سطح¬فعال تعيين شد. نمونه حاصل با ساختار متخلخل سلسله¬مراتبي يكنواخت و اندازه ذرات برابر nm 841، سطح¬مخصوص m2/g 3965 و حجم كل حفرات برابر cm3/g 5/2 از قابليت بالاي جذب رنگزاي كاتيونيك برخوردار بوده و در زمان¬ 20 دقيقه از شروع فرآيند جذب رنگزاي بازيك¬رد18 از محلول ppm 50، راندمان 82 درصد و ظرفيت جذب برابر mg/g 71 نشان داد. همچنين افزايش سرعت همزدن نمونه هنگام تشكيل ساختار شبكه سيليس، علاوه بر افزايش اندازه ماكروحفره¬ها (از nm 627 به nm 750) باعث افزايش اندازه مزوحفرات ساختار پوسته شده و در نتيجه افزايش سرعت جذب رنگزا توسط نمونه حاصل شد. با افزايش غلظت TEOS و در نتيجه افزايش متوسط ضخامت پوسته ذرات از nm 98 به nm 167، اندازه حفرههاي ماكرومتري و مزوحفرهها در ذرات سنتز شده كاهش يافت. همچنين با افزايش زمان نگهداري ذرات هسته-پوسته سيليس در اتانول از 1 ساعت به 24ساعت، ضخامت پوسته ذرات سيليس توخالي از nm 167به nm 240 افزايش و راندمان جذب رنگزا تا 2 برابر بهبود يافت. افزايش غلظت HCl در محلول حذف قالب، با متورم كردن پوسته و نفوذ بهتر محلول حذف به درون ساختار منجر به افزايش آبدوستي ذرات و افزايش ضخامت و اندازه مزوحفرات پوسته گرديد. استفاده از روش تركيبي استوبر/امولسيون، اندازه ذرات را از nm 841 به nm 1041 افزايش داد و منجر به افزايش راندمان جذب رنگزا از %40 به 67% در زمان¬هاي اوليه فرايند جذب گرديد. نمونه¬هاي منسوج پلي¬استر اوليه و اصلاح شده با هيدروكسيد¬سديم و مونواتانول¬آمين با ذرات توخالي مزوحفره سيليس پوشش¬دهي شدند. فرايند پوشش¬دهي منجر به فوق¬آبدوستي منسوج پلي¬استري گرديد و راندمان جذب رنگزاي بازيك¬رد18 از محلولppm 20 برروي منسوج اوليه بعد از پوشش¬دهي با ذرات توخالي مزوحفره سيليس از 6% به 85% افزايش يافت. نتايج حاصل حاكي از ثبات بالاي پوشش در نمونه اصلاح شده با مونواتانول¬آمين است.
چكيده انگليسي
The severe limitations of mesoporous materials for absorbing large molecules as well as the low speed of the absorption process have led to extensive efforts in recent years to synthesize hierarchical macro/meso/microporous materials within the structure. In this study, the synthesis of hollow mesoporous silica particles with hierarchical porous structure (micro, meso and macro pores) and tunable shell thickness was performed by modifying the Stöber method and controlling the synthesis process, in particular by removing the surfactant. Also, in order to control the size of macropores to improve the properties of particles, especially the absorption and loading of large molecules in the resulting particle structure, a new synthesis method based on the combination of the Stöber and microemulsion methods was investigated, in which normal-hexane organic compound was used as the oil phase in the Stöber bath. On the other hand, no research has been reported on coating textiles with hollow mesoporous silica particles and investigating their properties. Therefore, in this study, synthesis of silica mesoporous structure with large pores, optimization of its structure and coating it on fabric were considered in order to increase the development of application of these particles, and the properties and performance of the fabricated textile were investigated, especially in terms of dye absorption capability. The physical, chemical and pore structure properties of hollow mesoporous silica particles and coated fabric samples were evaluated using TEM, FE-SEM, EDS spectroscopy, nitrogen adsorption-desorption tests, DLS analysis and FTIR and contact angle, and cationic dyes were used to investigate absorption properties. Based on the results, the optimum conditions for the production of hollow mesoporous silica particles included a Stöber solution containing water/ethanol/ammonium hydroxide/TEOS with a volume ratio of 50/30/1/5 mL and then aging in ethanol for 24 hours and also the use of an acidic ethanol solution (ethanol/HCl with a volume ratio of 40/0.24 mL) to remove the surfactant template. The resulting sample with a uniform hierarchical porous structure and particle size of 841 nm, specific surface area of 3965 m2/g and total pore volume of 2.5 cm3/g had high cationic dye absorption capacity and showed 82% efficiency and 71 mg/g absorption capacity in 20 minutes from the start of the absorption process of 50 ppm Basic Red 18 dye. Also, increasing the stirring rate of the sample during the formation of the silica network structure, in addition to increasing the size of macropores (from 627 nm to 750 nm), increased the size of mesopores in the shell structure, and consequently increased the dye absorption rate by the resulting sample. By increasing the TEOS concentration and thus increasing the average shell thickness from 98 nm to 167 nm, the size of macropores and mesopores decreased in the synthesized particles. Also, by increasing the storage time of silica core-shell particles in ethanol from 1 hour to 24 hours, the shell thickness of hollow silica particles increased from 167 nm to 240 nm and dye absorption efficiency improved up to 2 times. Increasing the HCl concentration in the template removal solution, by swelling the shell and better penetration of the removal solution into the structure, resulted in increased hydrophilicity of the particles and increased thickness and size of shell mesopores. Using the combined Stöber/emulsion method increased particle size from 841 nm to 1041 nm and resulted in increased dye absorption efficiency from 40% to 67% in the initial stages of the absorption process.coating stability in the sample modified with monoethanolamine.
استاد راهنما
زهرا طالبي مزرعه شاهي
استاد داور
حسين توانايي , فرزانه علي حسيني