ساخت و بررسی خواص کاتالیزوری نانو ذرات مغناطیسی برخی از فریت های فلزات واسطه عامل دار
Abstract
در ابتدای این کار تحقیقاتی فریت کبالت به دلیل کارایی الکترومغناطیسی بالا، پایداری شیمیایی عالی، سختی مکانیکی و آنیزوتروپی مغناطیسی به عنوان سطح مناسب جهت ساخت و عامل دار کردن انتخاب شد و برای مشخص شدن نقش فریت کبالت در واکنش های اکسایشی توانایی فریت کبالت آزاد به عنوان کاتالیزور در اکسایش یک سری از آلکن ها بررسی شد. پس از بهینه نمودن شرایط واکنش از لحاظ دما، مقدار کاتالیزور، مقدار و نوع اکسنده مشخص شد این ترکیب توانایی اکسید کردن الکن ها را در حلال 2،1-دی کلرواتان و در حضور اکسنده ترشیوبوتیل هیدروپراکسید(t-buooh) با بازده نسبتاً خوب دارد. لذا برای استفاده از آن به عنوان نگهدارنده کاتالیزور، سطح آن به وسیله سیلیکا به روش سول - ژل پوشیده شد تا یک سطح بی اثر بین هسته مغناطیسی و محیط واکنش ایجاد شود. علاوه بر این پوشش سیلیکا عامل دار کردن فریت کبالت را تسهیل می کند. کمپلکس های باز شیف فلزات واسطه به طورگسترده ای به عنوان کاتالیزور همگن در اکسایش ترکیبات آلی مورد استفاده قرار می گیرند. گرچه این ترکیبات در این گونه واکنش ها فعالیت بالایی از خود نشان می دهند. با این وجود کاربرد چنین سیستم هابه علت مشکل بازیافت کاتالیزور محدود می باشد. یکی از راه های حل این مشکل، مستقر کردن این گونه کاتالیزورها برروی سطوح نگهدارنده جامد می باشد. در قسمت بعدی این پروژه با هدف دستیابی به جامد نگهدارنده مناسب، کمپلکس های بازشیف مولیبدن برروی سطح نانوذرات مغناطیسی فریت کبالت پوشیده شده با لایه سیلیکا مستقر شد و کامپوزیت mo-salensi@si-mnps تهیه گردید. پس از شناسایی این کامپوزیت با تکنیک های متنوع، از جمله ft-ir، xrd، vsm، tga، tem و icp، برای اکسایش تعدادی از آلکن ها تحت شرایط بهینه شده و در حضور t-buooh به کار گرفته شد. نتایج نشان دهنده عملکرد بسیار خوب این کاتالیزور نسبت به کاتالیزورهای مشابه بود که این مسئله به نانوبودن سطح نگهدارنده نسبت داده می شود که مساحت سطح موثر بالایی را برای برهم کنش بین سوبسترات ها فراهم می کند. علاوه براین، کاتالیزور قابلیت بازیافت بسیارخوبی را با استفاده از آهن ربای خارجی نشان می دهد به طوری که پس از 5 بار بازیافت فقط کاهش جزئی در فعالیت آن مشاهده شده است. در قسمت سوم این مطالعه، نانوذرات مغناطیسی فریت کبالت پوشیده شده با سیلیکا به عنوان نگهدارنده برای کمپلکس بازشیف کبالت به کار گرفته شدند و کامپوزیت co-salensi@si-mnps) در این تحقیق، به راحتی در یک ظرف تهیه شد و پس از شناسایی با تکنیکهای مختلف (ft-ir،vsm ،xrd، tga و tem) به عنوان یک کاتالیزور برای اکسایش یک سری از آلکن ها به کار گرفته شد. نتایج نشان داد این کامپوزیت می تواند به طور موثر اکسایش آلکن ها را توسط t-buoohکاتالیز نماید. علاوه بر این، پژوهش حاضر هم از نظر اقتصادی و هم زیست محیطی در مقایسه با سایر روش های گزارش شده برای اکسایش الکن ها جالب و ممتاز است زیرا کاتالیست بکار رفته را می توان تا چندین بار بازیافت و مورد استفاده مجدد قرار داد. پلی اکسومتالات ها که آنیون های خوشه ای اکسیژن- فلز هستند به دلیل خواص منحصر به فرد خود جایگاه ویژه ای در شیمی کاتالیزورها یافته اند. این ترکیبات دارای یک سری معایب همچون حلالیت بالا درحلال های قطبی و مساحت سطح موثر پایین می باشند. استفاده از نانوذرات مغناطیسی به عنوان نگهدارنده کاتالیزورهای همگن ایده مناسبی برای رفع این اشکالات می باشد. در بخش چهارم از این پروژه تحقیقاتی روش جدیدی برای اتصال فسفوتنگستیک اسید (pta ) برروی سطح نانوذرات مغناطیسی فریت کبالت ارائه شده است. در این شیوه فسفوتنگستیک اسید از طریق بر هم کنش یونی به نانوذرات فریت کبالت پوشیده شده با سیلیکا و عامل دار شده با ایمیدازول ( (pta/si-imid@si-mnps متصل می شود کامپوزیت تهیه شده پس از شناسایی با تکنیک های مختلف(ft-ir،vsm ،xrd، tga و tem) ، عملکرد بسیار خوبی به عنوان کاتالیزور جهت اپواکسایش انتخابی آلکن ها با استفاده از t-buooh نشان می دهد. علاوه براین کاتالیزور مذکور پس از پایان واکنش با به کارگیری میدان مغناطیسی خارجی به سهولت قابل جداسازی و استفاده مجدد است. نتایج نشان داد کاتالیزور فعالیت خودرا تا 5 بار استفاده مجدد حفظ می کند در قسمت پنجم کار به منظور گسترش فعالیت کاتالیزوری pta/si-imid @ si-mnps، واکنش تراکمی یک سری از آلدهیدها و آمین ها با استخلاف های مختلف با تری اتیل فسفیت در حضور این کاتالیزور، بدون حلال و در دمای اتاق مورد بررسی قرار گرفت. بررسی نتایج مشخص کرد که تراکم سه جزئی برای آلدهیدها و آمین های مختلف در زمان کوتاهی منجر به تهیه ?-آمینوفسفنات ها می شود و بازده واکنش هم برای آلدهیدها و آمین ها با استخلاف های الکترون کشنده و هم برای الکترون دهنده قابل توجه است. روش مذکور نه تنها به دلیل عدم استفاده از حلال دارای هزینه پایین و بازده بالا می باشد بلکه به دلیل انجام واکنش در یک ظرف و در دمای اتاق حائز اهمیت است. علاوه براین، کاتالیزور مورد استفاده به دلیل دارا بودن هسته مغناطیسی پس از پایان واکنش با به کارگیری میدان مغناطیسی خارجی به سهولت قابل جداسازی و استفاده مجدد است و از این لحاظ نیز شیوه ای دوست دار محیط زیست محسوب می شود. در پایان، کمپلکس مولیبدنیل استیل استوناتو برروی سطح نانوذرات مغناطیسی توسط عامل ایمیدازول مستقر شد. کامپوزیت حاصل با تکنیک های مختلف موردشناسایی قرار گرفت. مطالعات نشان دادند که این کامپوزیت اخیر عملکرد بسیار خوبی به عنوان کاتالیزور در اپواکسایش انتخابی آلکن ها با استفاده ازt-buooh در حلال 2،1-دی کلرواتان نشان می دهد. این کاتالیزور مزایای سیستم های نانو و مغناطیسی را با هم دارد، به طوری که ضمن کارایی بالا در واکنش های کاتالیزوری، پس از اتمام واکنش به راحتی توسط آهن ربای خارجی قابل بازیافت می باشد.