تهیه کوپلیمر با قابلیت پاسخ¬گویی به کربن دی اکسید بر روی نانو کریستال سلولز جهت جذب یون از محیط آبی

چکیده:

   با توجه به مشکلات روزافزون در زمینه تصفیه آب، نیاز به روش­های نوین احساس می­شود. هم­چنین کمبود آب، سبب احساس نیاز به تصفیه آب­های آلوده را ایجاد کرده است. با توجه به این­که پلیمرهای پاسخ­گو در حضور محرک­های خارجی، می­توانند پیکربندی خود را در حضور این محرک­ها تغییر دهند؛ این پلیمرها می­توانند در تصفیه آب­های آلوده استفاده شوند. در پروژه حاصل پلی(N-ایزو پروپیل اکریل آمید) (PNIPAAm) به عنوان پلیمر حساس به دما و پلیمر پلی(2-(دی­متیل­آمینو) اتیل­متاکریلات) (PDMAEMA) به عنوان پلیمر حساس به کربن­دی­اکسید (CO₂) و دما برای این هدف انتخاب شدند. کوپلیمرهای قطعه­ای از پلیمرهای مذکور با طول قطعه­های مختلف به­صورت آزاد و اتصال یافته به نانوکریستال­سلولز (CNC) با پلیمریزاسیون انتقال زنجیر افزایش- جدایشی برگشت­پذیر (RAFT) در این راستا تهیه شدند. در مورد پلیمرهای اتصال یافته، ابتدا نانوکریستال­سلولز به روش هیدرولیز اسیدی از میکروکریستال سلولز تهیه گردید؛ سپس CNC با S-­(تیوبنزیول)-­تیو­گلیکولیک­اسید به عنوان عامل RAFT عامل­دار شد. در مرحله بعد PDMAEMA به روش”پیوند از“ بر سطح CNC عامل­دار شده، پیوند زده شد و سپس قطعه PNIPAAm به روش گسترش زنجیر به قطعه PDMAEM اضافه گردید. برای اثبات تشکیل پلیمرها و پیوند کوالانسی بین CNC و پلیمرها از آزمون‌های طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز و آزمون وزن­سنجی حرارتی استفاده شد. به منظور مشاهده مورفولوژی CNC و بررسی کیفی میزان اتصال پلیمر به CNC از میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده شد. به­علاوه از آزمون رزونانس مغناطیسی هسته‌ای برای محاسبه وزن مولکولی قطعه­ها در کوپلیمرهای قطعه­ای آزاد سنتز شده و هم­چنین تخمین مورفولوژی تشکیل شده از آن­ها در محیط آبی استفاده شده است. وزن مولکولی کل برای سه نوع کوپلیمر قطعه­ای آزاد با طول قطعه­های مختلف برابر 6300، 6700 و g/mol 11000 به­دست آمد. نتایج تئوری به­دست آمده از این آزمون وجود دو نوع مورفولوژی وزیکول و مایسلار را پیش­بینی نمود. نتایج آزمون کدرسنجی نشان­دهنده کاهش آب­دوستی کوپلیمرها در محیط آبی با افزایش دما به بالای دمای انحلال بحرانی (LCST) بود، که پاسخ­گویی دمایی کوپلیمرها را آشکار نمود. هم­چنین این آزمون تاییدی بر پاسخ­گویی کوپلیمرها به CO₂ بود؛ زیرا بعد از تزریق CO₂ به سامانه، LCST ای برای کوپلیمرها در محدوده دمایی قبل مشاهده نشد و هم­چنین میزان عبور نور در حضور این گاز افزایش یافت. در واقع گروه آمینی پروتونه شده در قطعه PDMAEMA در حضور کربنیک اسید تولیدی در حضور CO₂ سبب افزایش آب­دوستی کوپلیمرها شده است. آزمون روش پراکندگی نور دینامیکی نیز تغییر اندازه قطر هیدرودینامیکی (D_h) متفاوت برای ذرات با مورفولوژی­های مختلف را نشان داد؛ به­طوری که D_h مربوط به تجمعات مایسل­ها با تزریق CO₂ از 9/151 به nm 72/29 و D_h مربوط به وزیکول­ها با تزریق CO₂ از 92/65 به nm 8/132 تغییر یافته است. در آخر کوپلیمرهای قطعه­ای سنتز شده آزاد و پیوند خورده بر روی CNC که در حضور CO₂ پروتونه شده­اند، برای جذب یون منفی نیترات از محیط آبی، به عنوان یکی از یون­های مضرر در آب، استفاده شد. در این راستا اثر زمان تزریق CO₂، طول قطعه­ها، دما، وجود CNC و مورفولوژی تشکیل یافته در محیط آبی بر روی میزان جذب بررسی شد؛ که بیش­ترین مقدار به­دست آمده، mg/g 420، مربوط به کوپلیمر آزاد تولید شده با بیش­ترین طول قطعه PDMAEMA پروتونه شده در دمای °C 37، زیر دمای LCST، بود. پاسخ­گویی به دما و هم­چنین حالت جامد CNC فاکتور مهمی در فرایند بازیابی برای جاذب تولید شده محسوب می­شود.