پژوهشگران شیمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج از ترکیب پروتئین کلاژن و نانوذرات خاک مونت موریلونیت در حضور برخی عوامل شیمیایی موفق به تولید نوعی ساختار سه بعُدی نانوکامپوزیتی شدند. این محققان پس از ‌شناسایی مواد حاصل با استفاده از روش‌های دستگاهی، ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی آن‌ها را مورد مطالعه و بررسی قرار دادند که از مهم‌ترین آن‌ها قابلیت جذب برخی مواد شیمیایی بویژه آلاینده‌های رنگی موجود در پساب برخی کارخانجات بوده است.

به نوشته سایت نانو، دکتر غلام باقری مرندی، عضو هیات علمی گروه شیمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج و محقق این طرح در باره اهداف این تحقیقات گفت: اهداف چند گانه‌ای از طراحی و انجام این طرح تحقیقاتی مورد نظر بوده است که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به سنتز نانوکامپوزیت هیدروژلی بر پایه پروتئین که قابلیت حذف آلاینده‌های صنعتی بویژه رنگدانه‌ها را از محیط‌ های آلوده داشته باشد و نیز بررسی میزان تأثیر نانوذرات خاک در این فرایند اشاره کرد.

وی افزود: در این کار ابتدا نمونه‌هایی از هیدروژل پایه فاقد نانوذرات خاک مونت موریلونیت و نانوکامپوزیت هیدروژل حاوی مقادیر متفاوتی از مونت موریلونیت با استفاده از پروتئین کلاژن و تکپاره‌ای مالئیک انیدرید و آکریل آمید و در حضور آغازگر آمونیوم پرسولفات و شبکه ساز متیلن بیس آکریل آمید به شیوه گرمایی سنتز شدند.

محقق طرح ادامه داد: پس از جداسازی و خالص‌سازی نمونه‌ها، این ترکیبات با استفاده از روش‌های دستگاهی شامل طیف سنجی زیر قرمز (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و تجزیه گرماوزن سنجی (TGA) مورد‌ شناسایی قرار گرفتند.

باقری مرندی خاطرنشان کرد: در مرحله بعد، مطالعات جذب رنگدانه‌های متیلن سبز (MG) و بلور بنفش (CV) بوسیله‌ی نمونه‌های سنتزی در غلظت‌های متفاوت رنگدانه و نیز pH‌های مختلف به انجام رسید.

وی افزود: بر اساس داده‌های طیف سنجی، نمونه‌های سنتز شده دارای ساختار پرمنفذی بوده و در نانوکامپوزیت‌ها لایه‌های خاک مونت موریلونیت کاملا ورقه ورقه شده‌اند. همچنین مقاومت گرمایی نانوکامپوزیت‌های سنتز شده نسبت به نمونه فاقد مونت موریلونیت بیشتر است.

باقری در تکمیل نتایج بدست آمده توضیح داد: بیشترین میزان جذب رنگدانه‌ها بوسیله‌ی نمونه‌های سنتز شده در 7 =pH حاصل شده است. در این محیط بیش از 93 درصد جذب رنگدانه صورت می‌گیرد. همچنین نتایج مشخص کرد که با افزایش مونت موریلونیت در پلیمر مقدار جذب رنگدانه‌ها نیز افزایش خواهد یافت، بطوری که همه نانوکامپوزیت‌ها در مقایسه با نمونه فاقد مونت موریلونیت دارای قدرت جذب بیشتر رنگدانه‌ها هستند.

وی تصریح کرد: برای مشخص کردن تأثیر مقدار نانوذرات مونت موریلونیت در فرایند جذب رنگدانه‌ها سه مدل ایزوترم غیر خطی Langmuir، Freundlich و Temkin برای آنالیز داده‌های تجربی با استفاده از نرم افزار Origin 6.1 به‌ کار رفت. بیشترین همخوانی این داده‌ها با مدل Langmuir مشاهده شد. بر این اساس نتیجه گرفته شد که تشکیل تک لایه‌های جذب برای نانوکامپوزیت‌ها صورت می‌گیرد.

باقری مرندی خاطرنشان کرد: همچنین برهمکنش‌های فیزیکی- شیمیایی رنگدانه MG با سایت‌های فعال نانوکامپوزیت‌ها قویتر از رنگدانه CV بوده است. در مطالعه تأثیر غلظت اولیه رنگدانه در میزان جذب، نتایج مشخص کرد که بیشترین مقدار MG حذف شده از محلول در غلظت mg/L 500 برابر با mg/g 161 و برای CV در غلظت mg/L 800 برابر با mg/g 439 است، بطوری‌ که با افزایش غلظت رنگدانه در محلول، میزان جذب آن نیز بوسیله‌ی نمونه‌های جاذب افزایش می‌یابد.

وی اظهار کرد: در مطالعه اثر زمان تماس نمونه‌ها با محلول رنگ مشخص شد که زمان جذب تعادلی برابر 60 دقیقه است و در ده دقیقه اول بیش از 90 درصد آن حاصل خواهد شد. همچنین سرعت جذب MG بیشتر از CV است که ناشی از ساختار کوچکتر آن است.

محقق طرح افزود: در مطالعات سینتیکی برای تعیین اثر زمان در جذب این رنگدانه‌ها بوسیله‌ی جاذب‌های تهیه شده از دو مدل Lagergren و Ho and McKay استفاده شد، نتایج مشخص کرد که جذب رنگدانه‌ها از سینتیک مرتبه دوم پیروی می‌کند.

باقری مرندی گفت: با توجه به اثرات سمی و زیانبار زیست‌محیطی رنگدانه‌های کاتیونی موجود در پساب برخی صنایع و نفوذ آن‌ها در آب‌های زیرسطحی و ضرورت حذف آن‌ها از محیط‌های مذکور، تهیه و استفاده از مواد جاذب مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است.

وی یادآور شد: نتایج حاصل از این تحقیقات مشخص کرده است که نانوکامپوزیت‌های تهیه شده از قابلیت بالایی در حذف رنگدانه‌های کاتیونی برخوردارند و با توجه به سرعت مناسب این مواد در برداشتن این آلاینده‌ها از محلول‌های آبی می‌توان از آن‌ها در فرایند‌های پالایش محیط‌های آلوده استفاده کرد.

نتایج این‌کار تحقیقاتی که توسط دکتر غلام باقری مرندی و همکارانش انجام شده، در مجله Polymer-Plastics Technology and Engineering منتشر شده است.