طبقات ( Zn/Al-OH) النانوية ثنائية الهيدروكسيد

أ. د. حميدة عيدان سلمان و م. م. نهله جابر حسين
كلية التربية للعلوم الصرفة

إن تقنية النانو أصبحت حقيقة واقعية ولم تعد مجرد خيال علمي, إذ دخلت هذه التقنية في العديد من الدراسات البيولوجية والكيميائية والفيزيائية, وهي تعتمد على حجم الذرات حيث كلما اقترب حجم الذرات الى المقياس النانو1 من 1-100 نانو متر وهو أدق وحدة قياس معروفة, ويعرف النانو متر بأنه جزء من البليون من المتر 2, ويهتم هذا العلم بدراسة معالجة المادة على المقياس الذري والجزيئي3 , حيث تكتسب هذه المواد خصائص فردية ومهمة عندما تتم معالجتها وهندستها, وهذه الخصائص قد تكون مرئية, مغناطيسية او كهربائية. ويمكن أن تستخدم هذه التقنية في تصميم بعض الادوية والعقاقير مثل المستخدمة لمرض السرطان , وفي صناعة الالكترونيات , كما تدخل ايضاً هذه المواد في حل مشكلات تلوث المياه والتربة 4. يطلق على هذه الطبقات النانوية بالطبقات ثنائية الهيدروكسيد LDH او بالأطيان السالبة anionic clays)), واكتشفت هذه الطبقات في السويد عام 1842 لأول مرة 5 , توجد في الطبيعة بالصيغة (Mg6 Al2(OH)16 CO3 4H2O) 6 , وتعد هذه الطبقات من المواد المتراكبة التي تعرف هذه المواد المتراكبة على انها تنشأ من اتحاد مادتين او اكثر لكل منهما خواص مختلفة عن الاخرى تجتمعان لتكوين مادة جديدة خواصها تختلف عن خواص كل من المواد المشتركة في تركيبها وذات بنية متماسكة ناتجة عن تجانس مادتين من حيث التركيب7.و تمتلك هذه الطبقات خاصية Isomorph us Substituted وصيغة هذه الطبقات [M2+ 1-x M3+x(OH)2]x+ [An- (x/n) YH2O]x-
حيث تمثل:-
M2+ الايون الموجب ثنائي التكافؤ مثل Zn2+,Ni2+ و M3+ الأيون الموجب ثلاثي التكافؤ مثل Fe3+,Cr3.
An- تمثل الايونات الحاملة للشحنة السالبة التي تكون (عضوية او لاعضوية ) وهي موجودة داخل الطبقات 8, n- فأنها تمثل رقم الشحنة للأيونات السالبة داخل الطبقات ,وx فهو يمثل قيمة الكسر المولي للأيون الموجب ثنائي التكافؤ 9 و10.
وتُصَنّع هذه الطبقات بعدة طرق من أهمها وأكثرها شيوعاً هي عملية الترسيب المشترك ( Co-Precipitation), وتتم هذه الطريقة من خلال إضافة محلول هيدروكسيد الصوديوم بشكل قطرات الى مزيج من محلول كلوريد الخارصين وكلوريد الالمنيوم المائي لحين الوصول الىpH القاعدية وفي الوقت نفسه يتم ترسيب هيدروكسيد الأيون الموجب ثنائي التكافؤ Zn+2 والايون الموجب ثلاثي التكافؤAl+2 ,ومن ثم يتم تسخين الراسب لمدة( 18 ساعة) وبدرجة حرارةC° 70 و بعد ذلك تتم عملية فصل وغسل الراسب الابيض بالماء المقطر لعدة مرات ومن ثم يُجفف ويُطحن الراسب للحصول على طبقات Zn/Al-OH)) النانوية.وتعتمد عملية تصنيع هذه الطبقات على عدة عوامل منها نسبة الايونات الموجبة والسالبة وطبيعتها, تأثير درجة الحرارة والزمن والدالة الحامضية على التفاعل, والخصائص الكيميائية والفيزيائية لهذه الطبقات تعتمد على الايون الموجب الثنائي والايون الموجب الثلاثي وعلى نوع وطبيعة الايونات السالبة داخل الطبقات(10 و11).تعمل هذه على جذب بشكل مستقر بداخلها ويرجع السبب في ذلك الشحنة الموجبة المهيمنة على سطح الطبقات والتي لا يمكن ان تتحرر هذه الايونات منها إلا في اوساط معينة ,وان القوى الكولومبية والاواصر الهيدروجينية التي تنشأ بين الايونات السالبة وجزيئات الماء الموجودة داخل الطبقات ومجاميع الهيدروكسيد في الطبقة تتحكم في استقراريه هذه الطبقات .وهناك ايضاً بعض التطبيقات لهذه الطبقات منها يمكن استعمالها كمادة مانعة للتأكل ولها استعمالات ايضاً في الطب وكمحفزات لزيادة سرعة التفاعل وتستعمل كمادة مازة لإزالة الملوثات العضوية واللاعضوية مثل الكبريتات والنترات والكلوريدات والفوسفات وغيرها من الملوثات (12).
المصادر :
1- Singh A.K., Singh D.S., Pandey K.K., and Singh V.N.,” Wollastonite as Adsorption of Removal Fe (II) from Water”J. Chemistry Technology, Biotechnol., 42,39, (1988).
2- Francois T., Brian G. T., Victor L., and Kan W., “Mesoporous Silica Nano particles Deliver DNA and Chemicals into Plants”, Nature Nanotechnology , 2,p.295,(2007).
3- Mashaghi G.,Koenderink T., Jadidi S., ” Nanotechnology”,Int.J.Mol.Sci.2013(14).
4- Ramsden J.J.,” What is Nanotechnology ?” Nanotechnology Perceptions,1,p.3,(2005).
5-Morris ME. ,Levy G.,” Absorption of Sulfate orally Administered Magnesum Sulfate in Man”, J. Toxicol- Clin Toxicol .20(2),107-114,(1983).
6-Ram Reddy M.K., Xu Z.P., (Max)Lu G.Q., and Diniz da Costa J.C.,” Layered Double Hydroxide for CO2 Capture :Structure Evolution and Regeneration”, Lnd. Eng. Chem. Res., 45, p.7504,(2006).
7-هناء حسين سلمان وسندس كاظم عبيس وساره رحيم ,” المتراكبات النانوية ” , كلية التربية للبنات ,
جامعة القادسية , 2017
8- Chang Z., Evansa D.G., Duana X., Vialc C., Ghanbajad J., Prevotb V., De Royb M., and Foranob C.,” Synthesis of [Zn/Al-CO3] Layered Double Hydroxide by a Co-precipitation method under Steady –State Condition “, Journal of Solid State Chemistry ,178,p.2766,(2005).
9 -Nalawade P., Aware B., Kadam V.J., and Hirlekar R.S., ” Layered Double Hydroxide: A review” Journal of Scientific and Industrial Research ,Vol. 68,267,(2009).
10 -Cavani F., Trifiro F., and Vaccari A.,” Basic Properties of Mg/Al Layered Double Hydroxide Chemistry by Carbonate , Hydroxides ,Chloride and Sulfonate anions”, Journal of Inorganic Chemistry, 34, p.883,(1991).
11-Nahlah J.H., Hamida E.S., ” Synthesis of Zinc-Aluminum Layer Double Hydroxide and Application of Adsorption for Nitrate for Water “, IOP. Conf. Series :Materials Science and Engineering 571,2019.

12- Aisawa S., Ohnuma Y., Hirose K., Takahashi S., Hirahara H., and Narita E., “Intercalation of Nucleotides into Layered Double Hydroxide by ion- exchange reaction “, Applied Clay Science ,28, p.137,(2005).