سنتز و شناسایی زیست‌نانوکاپوزیت‌های کربوکسی متیل سلولوز- هیدروکسیدهای لایه‌ای دوگانه

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده شیمی، گروه شیمی آلی، کد پستی 16471-51666

چکیده

 در این مطالعه، روش هم‌­رسوبی برای واردکردن کربوکسی متیل سلولوز (CMC) به داخل هیدروکسیدهای لایه‌­ای دوگانه (LDH) و تهیه نانوکامپوزیت‌های میان­‌لایه‌­ای  CMC-LDHاستفاده شد.نانوکامپوزیت‌های CMC-LDH از واکنش محلول­‌های آبی مخلوط نمک­‌های فلزات با نسبت M+2 برابر Mg یا Ni به Al+3 برابر 2، با محلول بازی حاوی CMC سنتز شدند. نانوکامپوزیت­‌های تهیه شده با آزمون‌­های طیف­‌ سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، پراش پرتو X، میکروسکوپی الکترونی عبوری (SEM) و تجزیه گرماوزنی (TGA) بررسی شدند. همچنین، رفتار تورمی نانوکامپوزیت­‌های تهیه شده در محلول‌­های آبی با pHهای مختلف بررسی شد. واردشدن زنجیرهای پلیمری کربوکسی متیل سلولوز میان ورقه­‌های هیدروکسیدهای لایه‌­ای دوتایی با طیف ­‌سنجی  FTIR و آزمون XRDتأیید شد. فاصله میان صفحه­‌ها برای Mg-Al-CMC-LDH و Ni-Al-CMC-LDH به ترتیب مقادیر 1/73 و 2/23 نانومتر به­‌دست آمد که آرایش چندلایه‌­ای CMCرا در داخل فضاهای میان لایه‌­ای هیدروکسیدهای لایه‌ای دوگانه اثبات کرد. آزمون  TEMشکل­‌شناسی میان­‌لایه­‌ای شده را برای نانوکامپوزیت­‌ها با نتایج XRD تطابق کامل داشت. بررسی تخریب گرمایی کربوکسی متیل سلولوز و نانوکامپوزیت­‌های  CMC-LDH با آزمون گرماوزنی، مقاومت گرمایی بهتر را برای CMC با وجود ورقه‌­های LDH نشان داد. پایداری گرمایی  CMC در نانوکامپوزیت‌­ها در حدود 50 و 133 درجه سلسیوس برای Ni-Al-CMC-LDH و Mg-Al-CMC-LDH افزایش یافت. نانوکامپوزیت ­های به ­دست آمده رفتار تورمی وابسته به pH را نشان دادند. مقدار تورم نانوکامپوزیت­ های تهیه شده با افزایش pH از 2 تا 10 به ­آرامی افزایش یافت و در pHهای بیش از10 افزایش شدیدی نشان داد.

عنوان مقاله [English]

Synthesis and Characterization of Carboxymethyl Cellulose/Layered Double Hydroxide Bionanocomposites

نویسندگان [English]

  • Mehdi Yadollahi
  • Sana Farhoudian
Department of Organic Chemistry, Faculty of Chemistry, University of Tabriz, P.O. Box: 51666-16471, Tabriz,
چکیده [English]

Co-precipitation method was employed for the intercalation of carboxymethyl cellulose (CMC) into layered double hydroxide (LDHs) sheets and preparation of CMC-LDH nanocomposites. CMC-LDH nanocomposites were synthesized by a reaction of basic solution of CMC with the mixed aqueous metallic salt solutions of M2+ (M2+ = Mg and Ni)/Al3+ ratio of 2. The structure and morphology of the synthesized CMC-LDH nanocomposites were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), transition electron microscope (TEM) and thermal gravimetric analysis (TGA). Furthermore, the swelling behavior of the nanocomposites was studied in aqueous solutions of various pH. The intercalation of carboxymethyl cellulose polymeric chains into the LDH sheets was confirmed by FTIR spectroscopy and XRD analysis. The interlayer distance of Mg-Al-CMC-LDH and Ni-Al-CMC-LDH nanocomposites was found to be 1.73 and 2.23 nm, respectively. The XRD patterns confirmed a multilayer arrangement of CMC polymeric chains between the LDH sheets. TEM analysis revealed a highly intercalated morphology for the nanocomposites, which was agreed with XRD data. Thermal gravimetric analysis showed a better thermal resistance of carboxymethyl cellulose in the presence of LDH sheets, especially for Mg-Al-CMC-LDH. Thermal stability of CMC in the nanocomposites increased for about 50°C and 133°C for Ni-Al-CMC-LDH and Mg-Al-CMC-LDH, respectively. The obtained nanocomposites revealed a pH-dependent swelling behavior. The swelling of the prepared nanocomposites increased slowly with increasing the pH from 2 to 10. However, their swelling ratio increased sharply in pH values above 10.

کلیدواژه‌ها [English]

  • bionanocomposite
  • carboxymethyl cellulose
  • layered double hydroxide
  • anionic clays
  • layered structures