تهيه نانوچندسازه مغناطيسي مس برپايه نانو فيبريل سلولز و بررسي كاربرد كاتاليستي آن در كاهش رنگ ها

Synthesis of copper magnetic nanocomposite based on nanofibrillated cellulose and investigation of its catalytic performance in reduction of dyes

در اين پژوهش، نانو­فيبريل سلولز (NFC) به عنوان بستري سبز و زيست تخريب پذير براي تهيه نانوچندسازه­ هاي مغناطيسي مس بدون افزودن عامل كاهنده‌ خارجي يا حلال‌هاي سمي مورد استفاده قرار گرفت. در ابتدا، نانو­فيبريل سلولز براي جداسازي آسان با كلريدهاي آهن در محيط آمونياكي، مغناطيسي شد. سپس، به عنوان بستر و كاهنده براي تشكيل نانوذره ­هاي مس استفاده شد. ساختار نانوچندسازه باروش‌هاي طيف شناسي فروسرخ تبديل فوريه (FTIR)، پراش پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپي الكتروني پويشي (FESEM)، طيف شناسي تفكيك انرژي (EDS) و طيف سنجي نشري پلاسماي جفت شده القايي (ICP-OES) شناسايي شد. فعاليت كاتاليستي نمونه تهيه شده در كاهش رنگ‌هاي آلي بررسي شد. تأثير خشك شدن نانوچندسازه در دستگاه خشك‌كن انجمادي و دماي محيط نيز در فعاليت كاتاليست تهيه شده مطالعه شدند. با توجه به نتيجه­ ها، مشاهده شد كه كاتاليست جديد Fe3O4@NFC/Cu درمقايسه با ساير كاتاليست­ هاي گزارش شده مس، فعاليت كاتاليستي قابل توجهي را در كاهش سه رنگ آلي متيل نارنجي، متيلن بلو و 4-نيتروفنل به ترتيب با ثابت‌هاي سرعت s-1 41/5*10-2، 48/1*10-2، 35/1*10-2شان مي‌دهد. همچنين، اين كاتاليست بدون از دست دادن مقدار قابل توجهي از فعاليتش تا 4 بار بازيابي و استفاده شد.

In this study, nanofibrillated cellulose (NFC) was used as a green and biodegradable material for the synthesis of copper magnetic nanocomposites without the addition of an external reducing agent or toxic solvents. Initially, nanofibrillated cellulose was magnetized for easy separation using iron chlorides in ammonia medium, then used as a substrate and reducing agent for the formation of copper nanoparticles. The structure of the nanocomposite was characterized by various spectroscopic techniques including X‐ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), Fourier transforms infrared spectroscopy (FT-IR), Energy dispersive spectroscopy (EDS), and Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-OES). The effect of nanocomposite drying methods such as freeze-drying and ambient temperature on catalytic activity was also studied. The results showed that the recyclable magnetic nanocatalyst Fe3O4@NFC/Cu in comparison with other reported catalysts had significant catalytic activity in degradation of three organic dyes (methyl orange, methylene blue, and 4-nitrophenol) with rate constants of 35.1×10-2 s-1 1.48×10-2 s-1 and 5.41×10-2 s-1, respectively. Also, this catalyst was recovered and used 4 times without significant loss of activity.