نانوکامپوزیت‌های Cu-Cr-Oو Zn-Cr-O.Cu-Cr-O: تولید و بررسی اثر پارامترهای گوناگون بر روی ترکیب، ریخت شناسی و دانه بندی آن‌ها

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی معدنی، دانشکده شیمی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

2 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران

چکیده

در این پژوهش، تولید نانوکامپوزیت­ هایCu-Cr-O وCu-Cr-O.Zn-Cr-Oبه روش هم ­رسوبی و به دنبال آن کلسینه کردن  ماده پیش ­ساز در pH=9 انجام شد. تأثیر موادی مانند نمک­های آلومینیوم نیترات و روی نیترات ، فعال کننده ­های سطحی PEG-400 و PEG-600 و شرایط گوناگون کلسینه کردن ماده پیش­ ساز بر ساختار بلوری، ترکیب و ریخت شناسی نانوکامپوزیت بررسی شد. نانو کامپوزیت­ های تولید شده با استفاده ازدستگاه پراش پرتوایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی  (SEMو طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو (EDX)X، شناسایی شدند. طبق نتیجه­ های به­ دست آمده، زمانی­ که نمک­های استفاده شده مس(II) نیترات و آمونیوم دی کرومات بدون فعال کننده سطحی باشد، ترکیب نانوکامپوزیت شامل ترکیباتCuO  واسپینل CuC2rO4  خواهد بود. درحالی­ که در حضور فعال کننده­ های سطحی PEG-400  و PEG-600 افزون بر CuCr2O4 و CuO ، مقدار بسیار اندکی Cu2Cr2O4 نیز در ساختار دیده می­ شود. حضوراین ماده می­ تواند به دلیل کاهش تعداد کمی از کاتیون­ های Cu2+ به Cu+ در اسپینل، با حضور مقدار اندکی از فعال کننده سطحی باقی مانده در هنگام سنتز ماده پیش­ ساز باشد. افزون شدن نمک روی(II) نیترات، باعث افزون شدن اسپینلZnCr2O4 به اسپینل CuCr2O4 و حذف CuO از نانوکامپوزیت می­ شود. در حالی­ که افزودن نمک آلومینیوم نیترات به مواد اولیه نخستین، باعث ورود Al2O3 به ساختار نانوکامپوزیت در کنار CuCr2O4 و CuO می ­شود. ساختار اسپینلی CuAl2O4 در این­جا تشکیل نمی­ شود چون اسپینل CuCr2O4 طبق نطری ه­ی میدان بلور از اسپینل CuAl2O4 (که دارای یون­های(d0)Al3+ است) پایدارتر است. نتیجه­ های SEM مشخص کرد که شرایط گوناگون کلسیناسیون ماده­ی پیش ساز و فعال کننده سطحی بر روی ریخت ­شناسی و دانه ­بندی و اندازه ذره­ های نانوکامپوزیت تأثیرگذار است. بهترین نانوکامپوزیت از نظر یکنواختی اندازه ذره­ ها و ریز بودن، نمونه ­ای است که مواد اولیه شامل Zn(NO3)2.9H2O، Cu(NO3)2.3H2O و  (NH4)2Cr2O7 است و ماده پیش ­ساز دو ساعت در دمای ˚C400 و دو ساعت در دمای C˚600 کلسینه می­ شود. ترکیب ذره­ها در این­جا شامل دو اسپینل CuCr2O4 و ZnCr2O4 و ریخت­ شناسی ذره­ ها شامل نانو صفحه­ های کوچکی با ضخامت در حدود 15 نانومتر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Geng Q., Zhao X., Gao X., Yang S., Liu G., Low-temperature combustion synthesis of CuCr2O4 spinel powder for spectrally selective paints, J. Sol. Gel. Sci. Technol., 61: 281-288 (2012).

[2] Yazdanbakhsh M., Khosravi I., Mashhoori M.S., Rahimizadeh M., Shiri A., Bakavoli M., Synthesis, characterization and application of nano-sized Co2CrO4 spinel catalyst for selective oxidation of sulfides to sulfoxides, Mater. Res. Bull., 47: 413-418 (2012).

[3] Rahmatolahzadeh R. Mousavi-Kamazani M. Shobeiri S.A., Facile Co-precipitation-calcination Synthesis of CuCo2O4 Nanostructures using Novel Precursors for Degradation of Azo Dyes, J. Inorg. Organomet. Polym., 27: 313-322 (2016).

[4] Jarimi-Jaberi Z., Moaddeli, M.S., Setoodehkhah M., Nazarifar M.R., Nano-copper chromite (nano-CuCr2O4): a novel and efficient catalyst for the synthesis of biscoumarin and pyrano[c]chromene derivatives in water at room temperature, Res. Chem. Intermed., 42: 4641-4650 (2016).

 [5] Shiau C.Y., Chen S., Tsai J.C., Lin S.I., Effect of zinc addition on copper catalyst in isoamyl alcohol dehydrogenation, Appl. Catal. A: Gen., 198:95-102 (2000).

[6] Crivello M., Pe´rez, C., Ferna´ndez J., Eimer G., Herrero E., Casuscelli S., Rodri´guez Castello´n, E., Synthesis and characterization of Cr/Cu/Mg mixed oxides obtained from hydrotalcite-type compounds and their application in the dehydrogenation of isoamylic alcohol, Appl. Catal. A: Gen., 317: 11-19 (2007).

[8] Shankha S.A., Ghosh S., Bal R., Catalytic Oxidation of Aniline to Azoxybenzene Over CuCr2O4 Spinel Nanoparticle CatalystACS Sustainable Chem. Eng., 2: 584-589 (2014).

[9] Santacesaria E. Carotenuto G. Tesser R. Di Serio M., Ethanol dehydrogenation to ethyl acetate by using copper and copper chromite catalysts, Chem. Engin. J., 179: 209-220 (2012).

[10] Keenan L.D. Brent H., Shanks H.,  Active species of copper chromite catalyst in C–O hydrogenolysis of 5-methylfurfuryl alcohol, J. Catalysis, 285:235-241 (2012).

[11] Musil J.,  Blazek J., Fajfrlik K., Cerstvy R., Proksova S., Antibacterial Cr–Cu–O films prepared by reactive magnetron sputtering  J. App. Surf. Sci., 276: 660-666 ( 2013).

[12] Valdes-Solis T., Marban G., Fuertes A.B., Nanosized catalysts for the production of hydrogen by methanol steam reforming, Catal. Today, 116: 354-360 (2006).

[13] Hana X., Zhoua R., Lai G., Yue B., Zheng X., Effect of transition metal (Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu) on the hydrogenation properties of chloronitrobenzene over Pt/TiO2 catalysts, J. Mol. Catal. A: Chem., 209: 83-87 (2004).

[14] Sobeiri S.A., Mousavi-Kamazani M., Beshkar F., Facile mechanical milling synthesis of NiCr2O4 using novel organometallic precursors and investigation of its photocatalytic activity, J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 28:8108-8115 (2017).

[15] Hosseini S.A., Alvarez-Galvan M.C., G.Fierro J.L., Niaei A., Salari D., MCr2O4 (M=Co, Cu,and Zn) nanospinels for 2-propanol combustion: Correlation of structural properties with catalytic performance and stability, Ceram. Int., 39: 9253–9261 (2013).

[16] Hosseini S.A.,  Niaei A., Salari D., Alvarez-Galvan M.C., Fierro J.L.G., Study of correlation between activity and structural properties of Cu-(Cr, Mn and Co)2 nano mixed oxides in VOC combustion, Ceram. Int., 40: 6157–6163 (2014).

 [17] Sathiskumar P.S., Thomas C.R., Madras G., Solution combustion synthesis of nanosized copper chromite and its use as a burn rate modifier in solid propellants,  Ind. Eng. Chem. Res., 51: 10108-10116 (2012). 

[18] visvanth J.V., vijayadarshan P., Mohan T., Rao N.V.S., Gupta A., venkataraman A., Copper Chromite as Ballistic Modifier in a Typical Solid Rocket Propellant Composition: A Novel Synthetic Route InvolvedJ. Energ. Mater., 69: 1-13 (2017).

[19] Patil P.R., Krishnamurthy V.N., Joshi S.S., Effect of Nano‐Copper Oxide and Copper Chromite on the Thermal Decomposition of Ammonium Perchlorate, Propell. Explos. Pyrotec., 33: 266-270 (2008).

[20] Snoop A.P., Rajeev R., George B.K., Synthesis and characterization of a novel copper chromite catalyst for the thermal decomposition of ammonium perchlorate, Thermochim. Acta, 606: 34-40 (2015).

 [21] حسینی، سید قربان؛ حدادی پور، زهرا سنتز نانوکامپوزیت گرافن/Fe3O4 و بررسی فعالیت کاتالیزی آن بر رفتار احتراقی آمونیوم پرکلرات، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)37 :71 تا 79 (1397)

 [22] Campos E.A., Dutra R.C.L., Rezende L.C., Diniz M.F., Nawa W.M.D., Iha K., Performance evaluation of commercial copper chromites as burning rate catalyst for solid propellants, J. Aerosp. Technol. Manage., 2: 323-330 ( 2010).

[23] Kawamoto A.M., Pardini L.C., Rezende L.C., Synthesis of copper chromite catalyst, Aerosp. Sci. Technol, 8: 591-598 (2004).

[24] Prasad R., Singh P., Applications and Preparation Methods of Copper chromite catalyst: A review, Bull. Chem. React. Engine. Catal., 6: 63-113 (2011).

[25] Tavakoli H., Saraf Mamoorey R., Zarei A.R., Inverse Co-precipitation Synthesis of Copper Chromite Nanoparticles, Iran. Chem. Chem. Eng.(IJCCE), 35(1): 51-55 (2016).

[26] Hassanzadeh-Tabrizi S.A., Pournajaf R., Moradi-Faradonbeh A., Sadeghinejad S., Nanostructured CuAl2O4: Co-precipitation synthesis, optical and photocatalytic properties, Ceram. Int., 42: 14121-14125 (2016).

[28] Yanyan J.,  Jinggang L., Xiaotao S., Guiling N., Chengyu W., Xiumei G., CuAl2O4 powder synthesis by sol-gel method and its photodegradation property under visible light irradiation, J. Sol–Gel Sci. Technol., 42: 41-45 (2007).

[29] Lv W., Luo Z., Yang H., Liu B., Weng W., Liu J Effect of processing conditions on sonochemical synthesis of nanosized copper aluminate powders, ultrason. sonochem., 17: 344-351(2010).

[30] Hu Z., Qin Y., Zhou H., Kang J., Zhai S., Gao H., Preparation And Photoelectric Properties Of CuCr2O4 Nanopowders,  Adv. Mater. Res., 974: 284-286 (2011).