سنتز آهن (III) اکسید نانوساختار با سطح ویژه بالا با استفاده از دستگاه خشک کن دی‌اکسید کربن فوق بحرانی تولید داخل

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

هدف از انجام این پژوهش تولید آهن (III) اکسید نانوساختار با سطح ویژه و تخلخل بالا بود. در این پژوهش نانوساختار مبتنی بر آهن (III) اکسید با استفاده از روش سل-ژل سنتز شد. ژل‌های حاصل با استفاده از دو روش خشک کردن در فشار محیط (در دمای oC 80) و خشک کردن دی‌اکسید کربن فوق بحرانی، خشک شدند. سپس آئروژل و زروژل اکسید آهن تولید شده در دمای oC 350 و به مدت 4 ساعت کلسینه شدند. مشخصات ساختاری و شیمیایی نانوساختارهای آهن (III) اکسید کلسینه شده با استفاده از آنالیزهای مشخصه‌یابی پراش پرتو ایکس (XRD)، جذب و واجذب نیتروژن (BET) و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه­ ها نشان می‌دهد که آئروژل آهن (III) اکسید متشکل از نانو ذره­ های کروی شکل است. الگو پراش پرتو ایکس نیز نشان می‌دهد که آئروژل حاصل دارای فاز بلوری هماتیت خالص (α-Fe2O3) است. به علاوه آئروژل تولید شده دارای سطح ویژه m2/g 140، حجم حفره‌ها cm3/g 32/0 و میانگین قطر حفره‌ها nm 9/8 است و زروژل تولید شده نیز دارای سطح ویژه m2/g 65، حجم حفره‌ها cm3/g 18/0 و میانگین قطر حفره‌ها nm 8/10 است؛ بنابراین نتیجه ­های آنالیز BET تائید می‌کند که خشک کردن اکسید آهن نانوساختار با استفاده از روش خشک کردن فوق بحرانی، منجر به حفظ بهتر ساختار متخلخل آن می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Moral M., Rueda M., Mato R. Martín Á., "View Cell Investigation of Silica Aerogels During Supercritical Drying: Analysis of Size Variation and Mass Transfer Mechanisms", J. Supercritical Fluids, 92: 24-30 (2014).
[2] Stergar J. Maver1U., "Review of Aerogel-Based Materials in Biomedical Applications", J. Sol-Gel Sci Technol, 77: 738-752 (2016).
[3] Smirnova I. Gurikov P., "Aerogels in Chemical Engineering : Strategies toward Tailor-Made Aerogels", J. Review of Chemical and Biomolecular Engineering, 8: 307-334 (2018).
[4] Pierre C. Pajonk M., "Chemistry of Aerogels and Their Applications", J. Chem. Rev, 102: 4243-4266 (2002).
[5] Ganesan K., Budtova T., Ratke L., Gurikov P., Baudron V., Preibisch I., Niemeyer P., Smirnova I. Milow B., "Review on the Production of Polysaccharide Aerogel Particles", J. Materials, 11: 21-44 (2018).
[6] Ziegler C., Wolf A., Liu W., Herrmann K., Gaponik N., Eychmgller A., "Modern Inorganic Aerogels", J. Angew.Chem. Int. Ed, 56: 13200-13221 (2017).
[7] Kawagishi K., Saito H., Furukawa H. Horie K.,"Superior Nanoporous Polyimides via Supercritical CO2 Drying of Jungle-Gym-Type Polyimide Gels", J. of Macromol Rapid Commun, 28: 96-100 (2007).
[8] Pierre C., "History of Aerogels", J. Materials and Technologies, Springer. New York, NY, 3-18, (2011).
[9] Barrios B., Calderon J., "Aerogel Composites : A Review" J. Polymers, 11: 726 (2019).
[10] Mißfeldt F., Gurikov P., Lo..lsberg W., Weinrich D., Lied F., Fricke M., Smirnova I., "Continuous Supercritical Drying of Aerogel Particles: Proof of Concept", J. Ind. Eng. Chem. Res, 59: 11284-11295 (2020).
[11] Gonzáleza A., Camino-Reya C., Alnaiefb M., Zetzla C. Smirnovaa I., "Supercritical Drying of Aerogels Using CO2: Effect of Extraction Time on the End Material Textural Properties", J. Supercritical Fluids, 66: 297-30617 (2012).
[12] Sui R. Charpentier P., "Synthesis of Metal Oxide Nanostructures by Direct Sol−Gel Chemistry in Supercritical Fluids", J. Chem. Rev, 112: 3057-3082 (2012).
[13] Gash A., Tillotson T., Satcher J., John J. Poco F., "Use of Epoxides in the Sol-Gel Synthesis of Porous Iron (III) Oxide Monoliths from Fe (III) Salts", J. Chem. Mater, 13: 999-1007 (2001).
[14] Gash E., Satcher H., Simpson L. "Strong Akaganeite Aerogel Monoliths Using Epoxides: Synthesis and Characterization", J. Chem. Mater, 15: 3268-3275 (2003).
[15] Kido Y., Nakanishi K., Miyasaka A., Kanamori K., "Synthesis of Monolithic Hierarchically Porous Iron-Based Xerogels from Iron (III) Salts via an Epoxide-Mediated Sol−Gel Process," J. Chem. Mater, 24: 2071-2077 (2012).
[16] Durãesa L., Moutinhoa A. Seabraa J., "Characterization of Iron (III) Oxide/Hydroxide Nanostructured Materials Produced by Sol–Gel Technology Based on the Fe(NO3)3•9H2O–C2H5OH–CH3CHCH2O System" J. Materials Chemistry and Physics,130: 548-560 (2011).
[17] Cornell R. M., Schwertmann U., "The Iron Oxides: Structure, Properties, Reactions, Occurrences and Uses", Wiley-VCH, Weinheim, (2003).
[18] Zboril R., Mashlan M., Petridis D., "Iron (III) Oxides from Thermal ProcessesSynthesis, Structural and Magnetic Properties, Mössbauer Spectroscopy Characterization, and Applications" J. Chem. Mater, 14: 969-982 (2002).
[19] Tillotson T. M., Gash A. E., Simpson R. L., Hrubesh L. W., Satcher Jr J. H., Poco J. F., "Nanostructured Energetic Materials Using Sol–Gel Methodologies ", J. Non-Cryst. Solids, 285: 338-345 (2001).
[20] Bommel J. Haan B., "Drying of Silica Gels with Supercritical Carbon Dioxide", J. Materials Science, 29: 943-948 (1994).
[21] Babaei E., Bazyari A., "Effects of drying conditions on physicochemical properties of epoxide sol− gel derived α-Fe2O3 and NiO: A comparison between xerogels and aerogels", J. Ceramics International, 48: 33340-33349 (2022).
[22] Kazemi H., Shahhosseini S., Bazyari A., Amiri M., "A study on the effects of textural properties of γ-Al2O3 support on CO2 capture capacity of Na2CO3 ", J. Process Safety and Environmental Protection, 138: 176-185 (2020).
[23] Arvaneh R., Fard A. A., Bazyari A., Alavi S. M., Abnavi F. J., "Effects of Ce, La, Cu, and Fe promoters on Ni/MgAl2O4 catalysts in steam reforming of propane", J. Korean Journal of Chemical Engineering, 36: 1033-1041 (2019).
[24] Azizzadeh Fard, A., Bazyari, A., Alavi, S. M., Aghamiri, A. R., "The effects of cobalt and cerium promoters on hydrogen production performance of alumina‐supported nickel catalysts in propane steam reforming", J. Chemical Technology & Biotechnology, 95: 3241-3251 (2020).
[25] Tomić1 Z., Marija M., Vuksanović1, Veljović2Đ., Đokić1 V. Aleksandar D., "Photocatalytic Degradation of Bisphenol with α-Fe2O3 Fibers and Particles ", J. Science of Sintering, 51: 265-276 (2019).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار