تصنيع متراكبات نانوية حيوية جديدة وتطبيقاتها الحديثة في المجالات البيئية

الباحث

مهند حسن متعب فليفل

المشرف

بهاء حسين صالح ربيع - أحمد هاشم محيسن حمد

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

كلية التربية للعلوم الصرفة / الفيزياء

الشهادة

دكتوراه

السنة

2023

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Bio-Nanocomposites ; PC-PS ; SiC ; Pressure Sensors

في هذه الدراسة ، تم تصنيع نوعين جديدين من المتراكبات النانوية الحيوية (PC-PS/SiC-MnO2) و (PC-PS/SiC-Co2O3) بتوضيف تقنية صب المحلول . صنع المتراكب الأساس المتمثل بالخليط البوليمري (PC/PS) بتركيز (50 wt.%) من البولي كربونيت مع (50 wt.%) من البولي ستايرين وكذلك تم إضافة جسيمات كاربيد السيليكون النانوية (SiC) للخليط البوليمري (PC/PS) بعد ذلك تم إضافة جسيمات ثنائي أوكسيد المنغنيز النانوية (MnO2) وجسيمات ثلاثي أوكسيد الكوبلت النانوية (Co2O3) الى الخليط البوليمري بنسب وزنية مختلفة وهي ( 1.3 ، 2.6 ، 3.9 ، 5.2 ) %. تمت دراسة تأثير تراكيز جسيمات كاربيد السيليكون النانوية وثنائي أوكسيد المنغنيز وثلاثي أوكسيد الكوبلت النانوية المضافة على الخصائص التركيبية والمورفولوجية والبصرية والكهربائية (التيار المستمر والتيار المتناوب) للخليط البوليمري والمتراكبات النانوية (PC-PS/SiC-MnO2) و(PC-PS/SiC-Co2O3) وتطبيقاتها في الأنشطة المضادة للبكتيريا والتحلل الضوئي ومستشعرات الضغط . أظهرت نتائج التحليل الطيفي لتحويل فوريير (FT-IR) بأنهُ لا توجد تفاعلات كيميائية بين الأساس البوليمري والجسيمات النانوية (SiC/MnO2) و (SiC/Co2O3). وكما تم تحليل المورفولوجية السطحية بوساطة المجهر البصري (OM) والمجال المنبعث للمجهر الإلكتروني الماسح (FE-SEM) والتي أظهرت تجانساً جيداً وقد تم توزيعها بشكل موحد في جميع أنحاء الخليط البوليمري (PC/PS) . تمت دراسة الخصائص البصرية للخليط البوليمري والمتراكبات النانوية في مدى الطول الموجي (860-260) نانومتر . أظهرت النتائج التجريبية زيادة الامتصاصية ومعامل الامتصاص وطاقة أورباخ ومعامل الانكسار ومعامل الخمود وثابت العزل ( الحقيقي والخيالي ) والتوصيلية البصرية للمتراكبات النانوية بزيادة التراكيز النانوية المضافة (SiC/MnO2) و (SiC/Co2O3) ، بينما تناقصت النفاذية وعمق الاختراق وفجوة الطاقة مع زيادة التراكيز للجسيمات النانوية المضافة (SiC/MnO2) و (SiC/Co2O3) . أظهرت النتائج إن الموصلية الكهربائية (التيار المستمر) للمتراكبات النانوية تزداد مع زيادة تراكيز الجسيمات النانوية والمضافة (SiC/MnO2) و (SiC/Co2O3) ودرجة الحرارة . كما تم دراسة الخصائص الكهربائية (التيار المتناوب) عند درجة حرارة الغرفة القياسية في مدى تردد (5×106-100) هيرتز . أظهرت النتائج التجريبية إن ثابت العزل الكهربائي والفقدان العزلي والتوصيلية الكهربائية قد ازدادت مع زيادة التراكيز النانوية (SiC/MnO2) و (SiC/Co2O3) . كما إنخفض ثابت العزل الكهربائي والفقدان العزلي الكهربائي للمتراكبات النانوية مع زيادة تردد المجال الكهربائي المطبق بينما زادت التوصيلية الكهربائية (التيار المتناوب) مع زيادة التردد والتراكيز النانوية المضافة (SiC/MnO2) و (SiC/Co2O3) . تم اختبار الأنشطة المضادة للبكتيريا للخليط البوليمري والمتراكبات النانوية الحيوية ضد مسببات الأمراض (Staphylococcus aureus) كبكتيريا إيجابية الكرام ، و(Salmonella enterica) كبكتيريا سالبة الكرام. أظهرت النتائج أن قطر منطقة التثبيط يزداد مع زيادة نسبة وزن إضافات الجسيمات النانوية (SiC/MnO2) و (SiC/Co2O3) ، كما أن البكتيريا موجبة الكرام لديها مقاومة أكبر لهذه الجسيمات النانوية مقارنة بالبكتيريا سالبة الكرام. أظهرت النتائج أن الفعالية القوية التي تكون منطقة التثبيط تزداد بزيادة تراكيز الجسيمات النانوية (SiC/MnO2) و (SiC/Co2O3) . انخفضت امتصاصية صبغة برتقال الميثيلين مع إضافة تراكيز الجسيمات النانوية (SiC/MnO2) و (SiC/Co2O3) . كما أن امتصاصية صبغة برتقال الميثيلين للخليط البوليمري والمتراكبات النانوية الحيوية تتناقص مع زيادة وقت التشعيع. تزداد نسب التحلل الضوئي للمركبات النانوية مع زيادة وقت التشعيع مما يؤدي إلى زيادة التفاعل التحفيزي الضوئي وتقليل إعادة التركيب إلكترون/فجوة. أظهرت النتائج أن النشاط التحفيزي الضوئي للمتراكبات النانوية قد زاد مع زيادة تراكيز الجسيمات النانوية . وجد أن أفضل نشاط تحفيزي ضوئي للمركبات النانوية (PC-PS/SiC-Co2O3) كان 27.94% خلال 30 دقيقة و 73.26% خلال 90 دقيقة عند التركيز (5.2 wt.%) من الجزيئات النانوية (SiC/Co2O3). نتيجة لذلك ، فإن المتراكبات النانوية لها تحلل ضوئي جيد للملوثات العضوية. تمت دراسة قياسات مستشعرات الضغط للمتراكبات الحيوية في نطاق الضغط المطبق (160-80) بار باستخدام نظام محلي الصنع عالي الحساسية. أظهرت النتائج أن السعة الكهربائية للمتراكبات النانوية تزداد مع زيادة تراكيز المواد المضافة والضغط المطبق. من خلال قياسات خصائص الاستشعار للمتراكبات النانوية لـ 160 بار ، يتضح أن المتراكبات النانوية هي مستشعر جيد لهذا الضغط. وجد أن أفضل حساسية للمتراكبات النانوية (PC-PS/SiC-MnO2) هي 69.85% عند التركيز (5.2 wt.%) ونتيجة لذلك فإن المتراكبات النانوية (PC-PS/SiC-Co2O3) لديها حساسية أعلى للضغط .

In this study, new types (PC-PS/SiC-MnO2), and (PC-PS/SiC-Co2O3) bionanocomposites based on the (PC/PS) polymeric blend, were synthesized by employing the solution casting technique. The basic composites of (PC/PS) polymeric blend was fabricated at a content of (50 wt.%) of polycarbonate and (50 wt.%) of polystyrene as well as silicon carbide (SiC) nanoparticles was added to (PC/PS) polymeric blend and then the manganese dioxide (MnO2) nanoparticles, and cobalt trioxide (Co2O3) nanoparticles into (PC/PS) polymeric blend with different weight percentages as (1.3, 2.6, 3.9 and 5.2) wt.%. The impact of silicon carbide, manganese dioxide and cobalt trioxide nanoparticles additives on the structural, morphological, optical, (D.C and A.C) electrical characteristics of (PC/PS) polymeric blend, (PC-PS/SiC-MnO2), and (PC-PS/SiC-Co2O3) bionanocomposites were studied for antibacterial activities, photodegradation, and pressure sensor applications have been prepared. Fourier transformation spectroscopy (FT-IR) results displayed that there are no chemical interactions between the polymer matrix, (SiC/MnO2, and SiC/Co2O3) nanoparticles, and the surface morphology of (PC–PS/SiC-MnO2), and (PC–PS/SiC-Co2O3) nanocomposites were analyzed by optical microscope (OM) and field emission scanning electron microscope (FE-SEM) which showed good homogeneous and were distributed uniformly throughout of the (PC/PS) polymeric blend. The optical characteristics of polymeric blend and nanocomposites were studied in the wavelength range (260-860) nm. The experimental results showed that the absorbance, absorption coefficient, Urbach energy, refractive index, extinction coefficient, (real and imaginary) dielectric constants and optical conductivity of nanocomposites were increased with an increase of the additive of (SiC/MnO2 and SiC/Co2O3) nanoparticles contents, while transmittance, skin depth, and energy band gap were decreased with increasing the (SiC/MnO2 and SiC/Co2O3) nanoparticles contents. The results displayed that the D.C electrical conductivity of nanocomposites increases with increasing the (SiC/MnO2 and SiC/Co2O3) nanoparticles contents and temperatures. The A.C electrical characteristics of nanocomposites were studied in the frequency ranging () at standard room temperature. The experimental results showed that the dielectric constant, dielectric loss and A.C electrical conductivity of nanocomposites were increased with increasing the (SiC/MnO2 and SiC/Co2O3) nanoparticles contents. The dielectric constant and dielectric loss of nanocomposites was decreased with increasing the frequency of the applied electric field, while A.C electrical conductivity increases with increasing the frequency and contents of (SiC/MnO2 and SiC/Co2O3) nanoparticles. The antibacterial activities of (PC/PS) polymeric blend, (PC-PS/SiC-MnO2), and (PC-PS/SiC-Co2O3) bionanocomposites have been tested against pathogen (Staphylococcus aureus as Gram-positive bacteria, and Salmonella enterica as Gram-negative bacteria). The results showed that the inhibition zone diameter increases with increasing of (SiC, MnO2 and Co2O3) nanoparticles additives weight ratio, and the Gram-positive bacteria have greater resistance to these nanoparticles compared to Gram-negative bacteria. The results showed that strong activities are the inhibition zone was increased with the increases of (SiC, MnO2 and Co2O3) nanoparticles contents. The absorbance of methylene orange dye decreased with adding SiC/MnO2 nanoparticles, and SiC/Co2O3 nanoparticles contents. Also, the absorbance of methylene orange dye of (PC/PS) polymeric blend, (PC-PS/SiC-MnO2), and (PC-PS/SiC-Co2O3) bionanocomposites samples decreases with an increase in the time of the irradiation. The photodegradation percentages for nanocomposites increase with the increase the time of the irradiation which leads to increase the photocatalytic reaction and reduced electron/hole recombination. The results show that the photocatalytic activity of nanocomposites was increased with increase the contents of (SiC, MnO2 and Co2O3) nanoparticles. It is found the best photocatalytic activity for (PC-PS-SiC-Co2O3) nanocomposites was 27.94% within 30 minutes and 73.26% within 90 minutes at content (5.2 wt.%) of (SiC/Co2O3) nanoparticles. As a result, the nanocomposites have good photodegradation for organic pollutants. The measurements of the pressure sensor for bionanocomposites were studied in the applied pressure range (80-160) bar using a locally manufactured system with high sensitivity. The results showed that the electrical capacitance of nanocomposites increases with increasing contents of additives and applied pressure. From the measurements of the sensing properties of nanocomposites for 160 bar, it is clear that nanocomposites are a good sensor for this pressure. It was found that the best sensitivity for nanocomposites (PC-PS/SiC-MnO2) is 69.85% at a content of 5.2 wt.% and as a result, the nanocomposites (PC-PS-SiC-Co2O3) have higher sensitivity to pressure. ontents ontents Title Page

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب