ناقشت كلية العلوم
بجامعة بابل اطروحة الدكتوراه الموسومة " تحضير وتطبيقات الكاربون النانوي الانبوبي " للباحث فراس حبيب عبد الرزاق الدهلكي .وفي هذه الدراسة تم تحضير الكاربون النانوي الانبوبي باستخدام الترسيب الكيميائي المحفز للبخار من نوى التمر العراقي . لأول مرة بذور التمر العراقية تستخدم كمصدر للكاربون في تحضير الكاربون النانوي الانبوبي حيث استخدم مفاعل حرق تم تصنيعه محليا. وتم اختيار الظروف المثلى لتحضير نوعية جيده من أنابيب الكاربون النانوي فقد تتضمن هذه الظروف نوع العامل المساعد و نوع المساند و الغاز الناقل و سرعة انسياب الغاز الناقل و زمن التحضير و درجة الحرارة. وتم الحصول على نوعية جيدة من الكاربون النانوي باستخدام الظروف المتمثلة حرق وبعامل ترسيب يتكون من ثلاث عناصر وهو مزيج من الحديد: المغنسيوم: الموليبديوم بنسبة وزنيه 0.1:11:1 على التوالي وبسمك 19 مايكروميتر.
وكان زمن التخضير 30 دقيقة وعند درجة 750 درجة مئوية وبمعدل مزج بين الغازات الكاربونية والغاز الناقل 1:1. بين التحليل باستخدام تقنية المجهر الالكتروني النافذ والمجهر الالكتروني الماسح أن المنتج المحضر كان عبارة عن أنابيب الكاربون قليلة الجدران, وبقطر خارجي يتراوح بين 6.63)-11.40) نانوميتر وقطر داخلي يتراوح بين (0.9-1.98) نانوميتر بمعدل أطوال بلغت (0.5-2.6 )مايكروميتر ونقاوة 85%.وتم اختبار فعالية أنابيب الكاربون القليلة الجدران في تفاعل الامتزاز وتفاعل التحفيز الضوئي. وقد تم اجراء تفاعل الامتزاز على الكوبل امين بتركيز 40 جزء بالمليون. بينت النتائج ان 150ملغرام لكل 100مل تمثل التركيز المثالي في امتزاز الكوبل امين. تفاعل التحفيز الضوئي مع أنابيب الكربون قليلة الجدران المحضرة تم إجرائها من خلال استخدامها كعامل محفز للعامل المساعد المستخدم من شبه الموصل (ثنائي اوكسيد التيتانيوم). أوضحت النتائج ان 0.5% من الكاربون المحضر زاد في الفعالية الامتزازية لثنائي اوكسيد التيتانيوم وكذلك زاد في الفعالية الضوئية.
اما الجزء الثاني من هذا العمل تضمن تحضير ثلاثة نسب وزنيه (0.25, 0.5, 1)% من أنابيب الكاربون أحادية الجدران ومتعددة الجدران, حيث شخصت باستخدام مطيافية رامان و الحيود بالأشعة السينية و انعكاس الأشعة المرئية والفوق بنفسجية والتي من خلالها قيست الحزم الطاقية.ونتائج التشخيص بينت وجود ارتباط حقيقي ما بين ثنائي اوكسيد التيتانيوم وأنابيب الكاربون الناوية. فعالية المتراكب الثنائي بتركيز 175ملغرام لكل 100مل اختبرت في تفاعل الازاله اللونية للكوب لامين وبتركيز 40 جزء بالمليون وبشده لمصدر الضوء للمنطقة فوق البنفسجية بلغ 1.3 Mw/cm2 عند 298.15 كلفن. النتائج بينت أن أنابيب الكاربون النانوي متعددة الجدران زادت في الفعالية الامتزازية لثاني اوكسيد التيتانيوم أكثر من أنابيب الكاربون النانوي أحادية الجدران التي زادت كذلك في الفعالية الضوئية. عموما بينت النتائج ان زيادة نسبة أنابيب الكاربون النانوي تزيد من فعالية ثاني اوكسيد التيتانيوم ضمن المدى الوزني المستخدم. وتم اختيار 0.5% من أنابيب الكاربون النانوي والمحملة على ثاني اوكسيد التيتانيوم لمقارنة فعالتها مع نفس النسبة الوزنية من البلاتين والتي بينت ان الفعالية للتفاعل الضوئي كانت بالشكل الأتي:
0.5%Pt/TiO2> TiO2/0.5%SWNT>0.5%MWNTالمتراكبات الثلاثية حضرت من خلال ترسيب البلاتين على ثنائي اوكسيد التيتانيوم ومن ثم تحميل الناتج على أنابيب الكاربون الناوية لإنتاج نوعين متمثلين بالصيغتين الاتيتين: (0.5%Pt/TiO2)0.5%SWNT و (0.5%Pt/TiO2)0.5%MWNTفي نفس الوقت تم تحضير متراكب ثلاثي وبنفس النسب ولكن بتغيير في اولويه الاظافة حيث حمل ثنائي اوكسيد التيتانيوم على أنابيب الكاربون النانوي ومن ثم ترسيب البلاتين على الناتج فأعطى مكونين جديدين هما:
0.5%Pt/(TiO2/0.5%SWNT) و0.5%Pt/(TiO2/0.5%MWNT)اختبرت هذه المتراكبات الثلاثية في تفاعل الازاله اللونية والتحطيم للكوبلامين فكانت الفعالية كما مبين في الترتيب الأتي:(0.5%Pt/TiO2)0.5%SWNT >0.5%Pt/(TiO2/0.5%SWNT) > (0.5%Pt/TiO2)0.5%MWNT > 0.5%Pt/TiO2 > 0.5%Pt/(TiO2/0.5%MWNT)
التشخيص للمتراكب الثلاثي بين أن الحزم الطاقية لثاني اوكسيد التيتانيوم قد انخفضت في المتراكب الثلاثي أكثر من المتراكب الثنائي بوجود البلاتين فقط. كما أن التغيير في تسلسل الاضافة للمتراكب الثلاثي اثر في فعاليه المتراكب وكان التأثير أكثر وضوحا بوجود أنابيب الكاربون متعددة الجدران. لقد اعزي ذلك إلى فقدان نسبة من التاصر المباشر بين البلاتين وثاني اوكسيد التيتانيوم مع انخفاض نسبة المواقع الفعالة نتيجة تكون تجمعات كبيره بسبب إجراء الترسيب للبلاتين على المتراكب الثنائي.ثنائي اوكسيد التيتانيوم المستخدم في هذا العمل لم يعطي أي فعاليه لتوليد الهيدروجين من المحلول المائي الذي يحتوي على 7.5% من كحول الميثانول, لكن تحميله على الكاربون النانوي الانبوبي بين فعالية جديدة .
تضمن العمل بيان اثر الكاربون النانوي في فعالية المتراكب الثنائي مع البلاتين, النتائج بينت ان الكاربون النانوي الانبوبي نجح في زيادة فعاليه المتراكب بين البلاتين وثاني اوكسيد التيتانيوم. كانت النتائج تبين وبوضوح أن أنابيب الكاربون النانوي أحادية الجدران زادت من فعالية المتراكب مع البلاتين أكثر من أنابيب الكاربون النانوي متعددة الجدران. في نفس الوقت عملية إضافة البلاتين إلى متراكب الكاربون النانوي مع ثاني اوكسيد التيتانيوم قد زادت من فعل المتراكب المذكور وبزيادة كبيرة مع أنابيب الكاربون أحادية الجدران. مع ذلك فان المتراكبين الأخيرين اظهرا فعالية اقل من النوعين المذكورين أولا بحيث أصبحت الفعالية كما مبين في الترتيب أدناه:
(0.5%Pt/TiO2)0.5%SWNT >0.5%Pt/(TiO2/0.5%SWNT) > (0.5%Pt/TiO2)0.5%MWNT > 0.5%Pt/TiO2 > 0.5%Pt/(TiO2/0.5%MWNT)تم إجراء تفاعل الازاله اللونية وتكسير الكوبل امين بوجود غاز النتروجين وبمعزل عن الأوكسجين حيث بينت الفعالية كما مبين في الترتيب الاتي:
(0.5%Pt/TiO2)0.5%SWNT > 0.5%Pt/(TiO2/0.5%SWNT) > (0.5%Pt/TiO2)0.5%MWNT > 0.5%Pt/TiO2 > 0.5%Pt/(TiO2/0.5%MWNT) > TiO2/0.5%SWNT > TiO2/0.5%MWNT > TiO2/0.5%CNTsyn > TiO2أن الدور الذي لعبه الكاربون النانوي الانبوبي يتمثل بالتأثير التحفيزي الذي يبديه للعامل المساعد وهو ناتج من العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية مثل المساحة السطحية العالية و التوصيل الكهربائي العالي و المقاومة العالية للحرارة و الخصائص البصرية والميكانيكية. لهذا واعتمادا على الكثير من الأدبيات تضمنت الأطروحة ميكانيكيات مفترضة لفعالية TiO2 مع أنابيب الكاربون النانوي أحادية الجدار ومتعددة الجدران وكذلك ميكانيكية الكاربون النانوي التحفيزية مع متراكب TiO2 والبلاتين.
بقلم / رافع عبد القادر /اعلام الجامعه