سنتز و مشخصه‌یابی نانوکامپوزیت بنتونیت-دی‌اکسید قلع در محیط آب فوق‌بحرانی

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی معدن، عمران و شیمی، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند، ایران

2 گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی مکانیک و مواد، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

آب فوق‌بحرانی به دلیل خواص منحصربه‌فرد خود محیطی مناسب برای تولید نانوذرات مختلف است. در این تحقیق امکان نشاندن نانوذرات دی‌اکسید قلع بر روی پایه معدنی بنتونیت در محیط آب فوق‌بحرانی مورد بررسی قرار گرفته است. فرآیند تولید نانوکامپوزیت بنتونیت-دی‌اکسید قلع در یک راکتور از جنس فولاد زنگ‌نزن L316 به حجم 20 میلی‌لیتر انجام شد. دمای سنتز دمای ºC 480 و مدت‌زمان آن دو ساعت بود. نانوکامپوزیت تولیدی سپس جهت تأیید نشانده شدن نانوذرات دی‌اکسید قلع بر روی پایه توسط آنالیزهای مختلف نظیر پراش پرتوایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین سطح ویژه، اندازه و حجم حفرات نانوکامپوزیت نیز با استفاده از آنالیز BET تعیین شد. ظهور پیک‌های مربوط به دی‌اکسید قلع در طیف XRD نانوکامپوزیت، مؤید سنتز موفق نانوذرات بر روی بنتونیت است. نشسته شدن نانوذرات دی‌اکسید قلع با اندازه کمتر از 15 نانومتر بر روی صفحات بنتونیت با توجه به تصاویر SEM و TEM تأیید شد. نانوکامپوزیت تولیدی به دلیل داشتن بنتونیت در ساختار خود دارای سطح ویژه m2/g 36/50 و حجم حفرات cm3/g 13/0 بود که آن را مستعد استفاده به‌عنوان کاتالیست در واکنش‌های مختلف می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Synthesis and characterization of bentonite-SnO2 nanocomposite in supercritical water environment

نویسندگان [English]

  • Morteza Golmohammadi 1
  • Hadi Nasiri 2
1 Department of chemical engineering, Faculty of mining, civil and chemical engineering , Birjand university of technology, Birjand, Iran.
2 Department of materials engineering, Faculty of mechanics and materials engineering , Birjand university of technology, Birjand, Iran.
چکیده [English]

In this research, the possibility of decorating SnO2 nanoparticles on bentonite as a support in supercritical water environment has been investigated. Synthesis process of bentonite-SnO2 nanocomposite was performed in a reactor made of L316 stainless steel with a volume of 20 ml. The synthesis temperature and the duration was 480 °C and two hours, respectively. The manufactured nanocomposite was evaluated by various analyzes such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) to confirm the immobilization of SnO2 nanoparticles on the support. The specific surface area, size and volume of nanocomposite cavities were determined using BET analysis. The appearance of SnO2 peaks in the XRD spectrum of the nanocomposite confirmed the successful synthesis of nanoparticles on bentonite. The immobilization of SnO2 nanoparticles with a size of less than 15 nm on bentonite plates was confirmed according to SEM and TEM images. The produced nanocomposite possessed a specific surface area of 50.36 m2/g and a pore volume of 0.13 cm/g due to the presence of bentonite in its structure, which makes it suitable for use as a catalyst in various reactions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Supercritical water
  • Nanocomposite
  • bentonite
  • SnO2
  • characterization
  1. مراجع

    1. Chavali, M. S., Nikolova, M. P., "Metal Oxide Nanoparticles and Their Applications in Nanotechnology”, SN Applied Sciences, Vol.1, No. 6, pp. 1-30. (2019).
    2. Dastan, D., "Effect of Preparation Methods on the Properties of Titania Nanoparticles: Solvothermal Versus Sol–Gel", Applied Physics A, 123, No. 11, pp. 1-13, (2017).
    3. Nkurikiyimfura, I., Wang, Y., Safari, B., Nshingabigwi, E., "Temperature-Dependent Magnetic Properties of Magnetite Nanoparticles Synthesized Via Coprecipitation Method", Journal of Alloys and Compounds, 846, pp. 156344, (2020).
    4. Nasiri, H., Khaki, J. V., Sabzevar, M. H., "Fast Prepared Ni-Al2O3 Nanocomposite through Solution Combustion Synthesis", Synthesis and Reactivity in Inorganic, Metal-Organic, and Nano-Metal Chemistry, 45, No. 8, pp. 1241-1244, (2015).
    5. Petrović, S., Rožić, L., Jović, V., Stojadinović, S., Grbić, B., Radić, N., Lamovec, J., Vasilić, R., "Optimization of a nanoparticle ball milling process parameters using the response surface method", Advanced Powder Technology,29, No. 9, pp. 2129-2139, (2018).
    6. Golmohammadi, M., Hassankiadeh, M. N., Zhang, L., "Facile Biosynthesis of SnO2/ZnO Nanocomposite Using Acroptilon Repens Flower Extract and Evaluation of Their Photocatalytic Activity", Ceramics International,47, No. 20, pp. 29303-29308, (2021)
    7. Golmohammadi, M., Rahmati-Abkenar, M., Ghanbari, S., "A Facile Method for the Synthesis of Metal Oxide Nanoparticles in Supercritical Water: Optimized Procedure for Cerium Oxide", Journal of Cluster Science, In press, (2021).
    8. Li, X., Wu, Z., Wang, H., Jin, H., "Numerical Investigation of Heat Transfer Characteristics Between Two Particles and Supercritical Water", The Journal of Supercritical Fluids, 177, pp. 105327, (2021).
    9. Yoko, A., Aida, T., Aoki, N., Hojo, D., Koshimizu, M., Ohara, S., Seong, G., Takami, S., Togashi, T., Tomai, T., "Supercritical Hydrothermal Synthesis of Nanoparticles", Elsevier, Amesteram, pp. 683-689, ( 2018).
    10. Golmohammadi, M, Nasiri, H., "Synthesis and Characterization of CexZr1-xO2 Using Supercritical Water", Journal of Applied Research of Chemical-Polymer Engineering,3, No. 4, pp.3-12, (2020).
    11. Yang, X., Feng, Y., Xu, J., Jin, J., Liu, Y., Cao, B., "Numerical Study on Transport Properties of the Working Mixtures for Coal Supercritical Water Gasification Based Power Generation Systems", Applied Thermal Engineering, 162, pp. 114228, (2019).
    12. Sankar, M., He, Q., Engel, R. V., Sainna, M. A., Logsdail, A. J., Roldan, A., Willock, D. J., Agarwal, N., Kiely, C. J., Hutchings, G. J., "Role of the Support in Gold-Containing Nanoparticles as Heterogeneous Catalysts", Chemical reviews, 120, No. 8, pp. 3890-3938, (2020).
    13. Ndolomingo, M. J., Bingwa, N., Meijboom, R., "Review of Supported Metal Nanoparticles: Synthesis Methodologies, Advantages and Application as Catalysts", Journal of Materials Science, 55, No. 15, pp. 6195-6241, (2020).
    14. Mehrabadi, B. A., Eskandari, S., Khan, U., White, R. D., Regalbuto, J. R., "A Review of Preparation Methods for Supported Metal Catalysts", Advances in catalysis, 61, pp. 1-35, (2107).
    15. Ranjani, M., Al-Sehemi, A. G., Pannipara, M., Aziz, M. A., Phang, S.-M., Ng, F.-L., "SnO2 Nanocubes/Bentonite Modified SPEEK Nanocomposite Composite Membrane for High Performance and Durable Direct Methanol Fuel Cells", Solid State Ionics, 353, pp. 115318, (2020).
    16. Farias, A. F. F., Torres, S. M., Longo, E., Jaber, M., Fonseca, M. G., Pontes, L. F. B. L., dos Santos, I. M. G., "ZnO/Bentonite Hybrids Obtained by a Simple Method of Synthesis and Applied as Catalyst for Biodiesel Production, Springer, Cham, pp. 1-25, (2021).
    17. Ameur, N., Ferouani, G., Belkadi, Z., Bachir, R., Calvino, J. J., Hakkoum, A., "A Novel Approach for the Preparation of Silver Nanoparticles Supported on Titanate Nanotubes and Bentonite-Application in the Synthesis of Heterocyclic Compound Derivatives", Materials Research Express, 6, No.12, pp. 125051, (2019).
    18. Zhirong, L., Uddin, M. A., Zhanxue, S., "FT-IR and XRD Analysis of Natural Na-Bentonite and Cu (II)-Loaded Na-Bentonite", Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 79, No. 5, pp.1013-1016, (2011).
    19. Donohue, M., Aranovich G., "Classification of Gibbs Adsorption Isotherms", Advances in Colloid and Interface Science, 76, pp. 137-152, (1998).