نانو رس مصنوعی (Nano Clay)
نانو رس ها نانو ذراتی از سیلیکات های معدنی هستند که به صورت لایه ای و تفکیک پذیر کنار هم چیده شده اند. به گونه ای که مستعد هستند تا مانند صفحات یک کتاب رو ی هم قرار گیرند. نانو رس های مصنوعی بر اساس ترکیبات شیمیایی و شکل مولکولی دارای کلاس های مختلفی هستند ولی ویژگی هایی نظیر نسبت سطح به حجم بالا، تورم پذیری و از بین بردن آلودگی ها در بین آن ها مشترک است. همچنین نانو رس به دلیل پیوند های ضعیفی که دارد می تواند مواد مختلف را لا به لای صفحات رسی اش جا دهد. از دیگر ویژگی های نانو رس می توان به توانایی آن در تغییر شکل و لایه لایه شدنش اشاره کرد. این ویژگی سبب شده است تا در تولید و توسعه ی نانو کامپوزیت ها مورد استفاده واقع شود.
(ساختار نانو رس مصنوعی موریلونیت)
نانو ذرات رس مصنوعی غیر سمی هستند و ضریب الاستیکی بالایی دارند. خاک رس یکی از مهمترین کانی های صنعتی بوده اما ظهور فناوری نانو و تولید نانو رس مصنوعی، به بهبود کیفیت محصول، صرفه جویی در هزینه و محیط زیست یاری عظیمی رسانده است.
نانو ذرات SiO2 Al2O3, Na2O, Cao, MgO, Fe2O3,در تولید نانو رس مصنوعی به کار می رود. نانو اکسید آهن که یکی از اجزای سازنده نانو رس است باعث افزایش مقاومت فشاری و خمشی نانو رس می شود. نانو اکسید سیلیسیم کارایی، استحکام، مقاومت در برابر نفوذ آب، مقاومت فشاری و خمشی نانو رس مصنوعی را افزایش می دهد.
نانو رس مصنوعی برخواص مکانیکی و حرارتی نانو کامپوزیت ها ی سیمان تاثیر مثبت گذاشته است و باعث افزایش قابل توجه مقاومت فشاری و استحکام ملات بتن، کاهش منافذ و تخلل سیمان و یکدست شدن آن شده در صورتی که به صرفه جویی در هزینه ها انجامیده است. آزمایشات انجام شده نشان داده ادغام % 3 نانو رس به ملات سیمان، مقاومت فشاری آن را تا % 24 افزایش داده است. از مقایسه کامپوزیت هایی که در تولید آنها نانو رس بکار رفته بود با کامپوزیت هایی که فاقد نانو رس مصنوعی بودند این نتیجه حاصل شد که کامپوزیت های گروه اول از پایداری حرارتی خیلی بیشتری برخوردار بودند.
نانو رس ها منجر به کاهش مقاومت در برابر نفوذ عوامل مخرب و جمع شدگی و افزایش خود تراکمی در بتن می شوند. همچنین خاصیت خود تمیز شوندگی را به بتن می افزایند.
خالص بودن و ظرافت تبادل کاتیونی دو خصوصیت مهم برای موفقیت نانو رس ها به عنوان عامل استحکام در پلیمر ها به شمار می رود. به کارگیری نانو رس ها در مقادیر کم (کمتر از 5%) در نانو کامپوزیت های پلیمری باعث ایجاد خاصیت ضد خش، اشتعال پذیری کمتر، سبکی، افزایش استحکام و کاهش چمشگیر عبور گاز ها می شود.
انواع فاز های نانو رس مصنوعی
نانو رس مصنوعی دارای کلاس های متفاوتی از قبیل مونت موریلونیت، بنتونیت، کائولینیت، هکتوریت و هالویزیت است.
نانو رس مونت موریلونیت
رایج ترین نانو رس، مونت موریلونیت است که کاربرد های گسترده و مختلفی دارد. اصلی ترین ماده موجود در کانی مونت موریلونیت لایه های آلومینوسیلیکات با ضخامت ۱ نانومتر، است.
از ویژگی های مونت موریلونیت می توان به تورم پذیری درمحیط های قطبی، سطح ویژه ی بالا، خواص الکتریکی سطحی و ظرفیت تبادل کاتیونی آن اشاره کرد. کاربرد این فاز از نانو رس، استفاده از آن به عنوان پایه برای واکنش های کاتالیستی،پرکننده و همچنین جاذب می باشد.
نانو رس هالویزیت
نانو ذرات رس هالویزیت یک نانو لوله آلومینوسیلیکات طبیعی است. که از نظر شیمیایی شبیه به کائولین هستند و ابعاد آن ها به طور متوسط ۱۵ × ۱۰۰۰ نانومتر است. لوله های نانو ذرات هالویزیت توخالی هستند و می توانند برای تحویل و رها سازی کنترل شده داروها و تولید نانوکامپوزیت استفاده شوند.
روش های سنتز نانو رس مصنوعی
روش سولووترمال
تکنیک سولووترمال یک فرایند شیمیایی مرطوب است. سنتز نانو ذرات با این تکنیک در شرایط مختلف، نتیجه مطلوبی داشته و در مقیاس صنعتی استفاده می شود زیرا به شرایط ویژه ای مانند سورفکتانت های ویژه، زمان طولانی و کنترل فشار احتیاج ندارد.
روش هیدروترمال
روش هیدروترمال یکی از قوی ترین و پرکاربردترین روش‌های پایین به بالا برای تولید نانو ساختارهاست که به خاطر ساده و مقرون به صرفه بودن امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. ابتدا مواد اولیه در داخل یک محلول آبی یا آلی حل شده و سپس وارد دستگاه اتوکلاو می‌شوند. با افزایش فشار و دما در دستگاه و انجام ملزومات دیگر، نانو رس سنتز می شود.
روش مکانیکی
تکنیک هایی قبیل آسیاب مکانیکی، طبقه بندی، هم زدن و درج دادن از روش های مکانیکی به شمار می آیند. این تکنیک ها برای سنتز نانو رس در مقیاس خیلی کوچک به کار می رود و برای مقیاس صنعتی صرفه زمانی و اقتصادی ندارد.
(پودر نانو رس مصنوعی که رنگ سفید مایل به کرمی دارد)
مزایای نانو رس
- در دسترس بودن به صورت گسترده
- پردازش آسان
- عملکرد خوب و موثر
- قیمت پایین و ارزان
کاربردهای نانو رس
کشاورزی : افزایش حاصلخیزی خاک بیابان و تبدیل ماسه های بیابانی به زمین حاصلخیز به دلیل قدرت بالای نانو رس در حفظ آب
عمران و مصالح ساختمانی : نانو رس در بسیاری از مصالح ساختمانی نظیر بتن، سیمان، آجر، پروفیل ها، رویه های پیشرفته نمای ساختمان و ... کاربرد دارد. نانو رس باعث افزایش استحکام و مقاومت مکانیکی محصول می شود. پایداری شیمیایی محصول را بالا می برد و از فرسایش جلوگیری می کند همچنین باعث دفع آب و آلودگی از سطح رویه ها می شود. از طرفی، نانو رس بسیار سبک است به طوری که با افزودن مقدار زیادی از آن به بتن یا سیمان، تاثیر چمشگیری در وزن محصول ندارد. همچنین برای ایجاد خاصیت ضد UV در نمای ساختمان، از نانو رس مصنوعی استفاده می کنند.
صنعت پلاستیک : از نانو رس مصنوعی در مواد اولیه پلاستیک به منظور ایجاد حفاظت در برابر آتش و یکدستی مواد استفاده می شود. هنگامی که پلاستیک با آتش برخورد داشته باشد، نانو رس موجود در پلاستیک یک لایه ی محافظ گونه تشکیل می دهد و مانع از سوختن پلاستیک می شود.
صنایع غذایی : در بسته بندی مواد غذایی و بطری های نوشیدنی استفاده می شود. به کار گرفتن نانو رس، پلاستیک بسته بندی را تقویت می کند و مانع از نفوذ هوا به داخل بسته بندی، می شود در نتیجه ماندگاری ماده غذایی بالا می رود.
پزشکی : تولید نانوداروها، حاملین دارو، رهاسازی کنترل شده داروهای جدید
صنایع خودرو سازی : تولید مخازن سوخت، سپر ها، پانل های داخل و خارج خودرو
رنگسازی : نانو رس مصنوعی در رنگسازی برای بهبود پوشش و یکدستی استفاده می شود. همچنین ویژگی های خود تمیز شوندگی، خاصیت ضد UV و خاصیت آنتی باکتریال را به رنگ می افزاید.
لاستیک سازی : باعث افزایش استحکام و مقاومت قطعات لاستیکی می شود. همچنین بکار بردن نانو رس، مستربچی یکدست و یکنواخت را حاصل می شود.
لوازم آرایشی و بهداشتی : به عنوان پر کننده استفاده می شود. همچنین خاصیت های آنتی باکتریال و ضد UV را به محصولات اضافه می کند.
کاتالیزور
تولید گریس
(تصویر میکروسکوپی نانو رس مصنوعی)