محمود روشنی

نانو‌علم حوزه‌ای هیجان‌انگیز و تأثیرگذار است که درهای جدیدی را به روی محصولات و کاربردهای مقرون‌به‌صرفه می‌گشاید. این حوزه به‌سرعت رشد کرده و به زمینه‌های مختلف علمی از جمله فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی، علوم کامپیوتر، مهندسی و علم مواد کمک شایانی کرده است. با توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر‌به‌فرد نانوذرات، به‌ویژه سطح ویژه بالا و اندازه نانومقیاس آن‌ها، علاقه زیادی به کاربردهای آن‌ها وجود دارد. اورانیوم، عنصری رادیواکتیو و طبیعی است که در پوسته زمین یافت می‌شود و به‌دلیل حضور در خاک و پتانسیل آلوده‌سازی آب، گیاهان و مواد غذایی، خطراتی برای محیط زیست ایجاد می‌کند. این عنصر به‌عنوان یکی از آلاینده‌های جدی محیط‌زیست شناخته می‌شود که منشأ آن عمدتاً فعالیت‌های معدنی و استفاده از آن به‌عنوان سوخت رآکتورهای تحقیقاتی، تولید انرژی یا مصارف نظامی است. اورانیوم پسماندهای قابل توجهی، چه مایع و چه جامد، تولید می‌کند که در صورت عبور از سطح مجاز می‌تواند تهدیدی جدی برای حیات باشد. این مطالعه بر توسعه روش‌های مؤثر برای حذف اورانیوم از محلول‌های آبی متمرکز است و از نانوجاذب‌هایی بهره می‌برد که در مقابله با این نوع آلودگی امیدبخش هستند. موضوع مورد بررسی ما شامل دو جنبه اصلی است: جنبه اول شامل تهیه سه نوع نانوکامپوزیت است. ترکیب اول شامل اکسید گرافن در مقیاس نانو (GO) به‌عنوان نانوماده‌ای دوبعدی، کیتوسان (CH) به‌عنوان پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر و غیرسمی با کاربردهای متنوع، و پلی‌وینیل الکل (PVA) به‌عنوان پلیمری با خاصیت محافظت‌کنندگی در محلول آبی و دارا بودن گروه‌های OH فراوان است که توانایی جذب یون‌های فلزی دارد. این سه ماده با استفاده از روش‌های شیمیایی مناسب (هیدروترمال) ترکیب شده و هیدروژل تشکیل می‌دهند. سپس با فرآیند لیوفیلیزاسیون (خشک‌کردن انجمادی)، این ترکیب به آئروژل تبدیل می‌شود که به‌عنوان ماده نهایی برای تصفیه آب‌های آلوده به اورانیوم مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترکیب دوم شامل چارچوب‌های ایمیدازولاتی زئولیتی (ZIF-9) با ملامین، در کنار GO و آلژینات سدیم (SA) است که ابتدا به هیدروژل تبدیل شده و سپس با روش خشک‌کردن انجمادی به آئروژل تبدیل می‌شود. ترکیب سوم نیز شامل چارچوب‌های آلی کووالانسی (COFs) همراه با GO و CH می‌باشد. این ترکیبات با استفاده از تکنیک‌های مختلفی مانند طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR)، پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی با نشر میدانی (FE-SEM)، طیف‌سنجی انرژی‌پراکنده پرتو ایکس (EDXS)، آنالیز BET و اندازه‌گیری پتانسیل زتا (ZP) مورد بررسی و شناسایی قرار گرفتند. جنبه دوم تحقیق، شامل آزمایش غلظت‌های مختلف اورانیوم در محلول‌های شبیه‌سازی‌شده آبی بود. هر غلظت به‌طور جداگانه با ترکیبات ذکرشده مورد تصفیه قرار گرفت و پارامترهای کلیدی مؤثر بر جذب اورانیوم بر سطح نانوکامپوزیت بررسی شدند. این پارامترها شامل غلظت اولیه اورانیوم، اسیدیته محلول (pH)، مقدار جاذب، دما و زمان تماس بین نانوکامپوزیت و محلول اورانیوم بودند. برای ترکیب اول (CH/GO/PVA)، تعادل جذب در 14 ساعت حاصل شد و pH بهینه برابر 6 بود. محاسبات ترمودینامیکی نشان داد که واکنش جذب برای این ترکیب، فیزیکی، خودبه‌خودی و گرماگیر است. این فرآیند از ایزوترم لانگمویر تبعیت کرده و از مدل شبه درجه دوم پیروی می‌کند، با ظرفیت جذب 1247 میلی‌گرم بر گرم در دمای 313 کلوین. ترکیب دوم (ZIF-9-Mel/GO/SA) در مدت 14 ساعت به تعادل رسید، با همان pH بهینه 6٫0. آنالیز ترمودینامیکی نشان داد که واکنش جذب این ترکیب نیز فیزیکی، خودبه‌خودی و گرماگیر بوده و از ایزوترم لانگمویر و مدل شبه درجه دوم پیروی می‌کند، با ظرفیت جذب 2297 میلی‌گرم بر گرم در دمای 313 کلوین. برای ترکیب سوم (COFs/GO/CH)، تعادل در مدت 20 ساعت برقرار شد و pH بهینه نیز 6 بود. داده‌های ترمودینامیکی تأیید کردند که واکنش جذب این آئروژل نیز فیزیکی، خودبه‌خودی و گرماگیر است و مطابق با ایزوترم لانگمویر و مدل شبه درجه دوم، با ظرفیت جذب 1400 میلی‌گرم بر گرم در دمای 313 کلوین عمل می‌کند.