نانو پوشش‌های ضد باکتری که کاربرد­های فراوانی در زمینه ­های بهداشتی و پزشکی دارند. از جمله نانو پوشش‌های هوشمندی هستند که از خواص فوتو­کاتالیستی نانو ذراتی نظیر TiO₂ در ساخت آن‌ها استفاده شده است. رادیکال­های هیدورکسیلی که در نتیجه جذب امواج UV بر روی سطح نانو ذرات TiO₂ تولید می­شوند می­توانند با تخریب غشای سلولی میکرو ارگانیسم‌ها به ساختار سیتوپلاسم آن آسیب جدی وارد کرده، نهایتاً موجب مرگ و تخریب آن گردند. میکروارگانیسم­های گوناگون در مقابل فعالیت فوتو­کاتالیستی TiO₂ از درجات حساسیت گوناگونی برخوردارند؛ به عنوان مثال ویروس­ها بیش از باکتری­ ها و باکتری­ ها بیش از هاگ­ها نسبت به خاصیت فوتو­کاتالیستی TiO₂ حساسیت نشان می­ دهند. تحقیقات ثابت کرده است که گند­زادیی با بهره گرفتن از نانو ذرات TiO₂، سه برابر کلراسیون و ۱/۵ برابر اوزوناسیون^[۷۰] مؤثر واقع می­ شود. مطابق آمار، خسارات اقتصادی ناشی از رسوب کپک، و جلبک­های دریایی بر روی کشتی­ها و سایر سازه­های دریایی، میلیارد­ها دلار در سال برآورد می­گردد که با کاربرد پوشش ­های نانو ساختار ضد­خزه می­توان به رفع این معضل کمک کرد.
۱-۱۲- مدل سینتیکی لانگمویر- هینشل وود^[۷۱]
تشخیص اولیه اینکه آیا واکنش تجزیه در شرایط جذب سطحی رخ می­دهد، یا سطح نیمه هادی TiO₂ صرفاً یک گونه فعال(^•OH) به وجود می‌آورد که در داخل محلول واجذب شده و متعاقباً واکنش می­دهد، مهم می­باشد. در زیر تمایز بین دو احتمال سینتیکی لانگمویر- هینشل وود (L-H) مورد بررسی قرار می­گیرد ]۱۰۹[.
عملکرد L-H به عنوان یک مدل خوب برای تفسیر واکنش­های جامد- گاز شناخته شده است. در این مدل پوشش سطح^[۷۲] (ө) متناسب با غلظت اولیه ماده جذب شونده (C_o) می­باشد که به صورت زیر تعریف می­ شود:

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

(۱)
که در اینجاK ثابت تعادل جذب و واجذب می­باشد. سرعت واکنش L-H متناسب با ө بوده و برابر است با:
(۲)
که k_r ثابت سرعت واکنش می­باشد. اگر بین دو یا چند گونه برای جذب موقعیت­های فعال سطح رقابت صورت گیرد مدل سینیتیکی L-H به صورت زیر تغییر شکل می­یابد. در این رابطه i گونه جذب شونده، رقابت کننده می­باشد ]۱۱۰[.
(۳)
برای واکنش­هایی که در سطوح بین فازی جامد- مایع رخ می­دهد می­توان از مدل سینیتیکی اصلاح شده L-H استفاده نمود.
فرضیاتی که در این مدل اصلاح شده به کار گرفته شده است عبارتند از:
در حالت تعادل تعداد مراکز جذب شده سطح ثابت باقی می­ماند.
با هر مرکز فعال سطح فقط یک ماده پیوند برقرار می­ کند.
گرمای جذب شده به وسیله جذب ماده برای هر محل جذب برابر بوده و به پوشش سطح وابسته نیست.
در بین مولکول‌های جذب شده مجاور بر روی سطح هیچ برهم کنشی وجود ندارد.
سرعت جذب سطحی ماده از سرعت هر واکنش شیمیایی ثانویه بزرگ‌تر است.
محصولات به دست آمده هیچ پیوند غیر برگشت­پذیری با سطح برقرار نمی­کنند.
با توجه به این فرضیات و معادله ۱ پوشش سطح (ө) متناسب با غلظت اولیه ماده جذب شونده می­باشد:
(۴)
که K_s ضریب جذب حلال و C_s غلظت حلال می­باشد ]۱۰۹[. در این شرایط سرعت واکنش سطحی تک مولکولی^[۷۳] برای مدل سینیتیکی اصلاح شده لانگمویر- هینشل وود در رابطه با واکنش­های فوتو­کاتالیزوری جامد- مایع عبارت است از:
(۵)
در اینجا مقدار C_s تقریباً ثابت بوده و بنابراین داریم :
(۶)
که ثابت جذب K_A متناسب با ثابت تعادل جذب و واجذب (K) می­باشد. با قرار دادن معادله ۶ در معادله ۵ نتیجه خواهد شد:
(۷)
(۸)
با توجه به فرمول فوق‌الذکر اگر ۱/R را نسبت به ۱/C_o رسم کنیم خطی به دست می ­آید که ۱/k_r عرض از مبدأ و ۱/k_rK_A شیب آن خواهد بود و دقت خط اعتبار مدل سینیتیکی L-H را به همراه دارد.
۱-۱۲-۱- تبعیت مدل اصلاح شده لانگمویر- هینشل وود از سینیتیک درجه یک
دو حالت نهایی در تعریف پوشش سطح (ө) ذرات نیمه هادی مشخص می­باشد :
۱- هر دوی واکنشگر و حلال برای کسب موقعیت­های فعال رقابت می­ کنند.
۲- هر دوی واکنشگر و حلال بر روی سطح بدون رقابت برای کسب موقعیت­های فعال جذب می­شوند.
با توجه به مطالب گفته شده برای مدل L-H، سرعت واکنش سطحی تک مولکولی ® متناسب با (ө) می­باشد و در معادلات ۹ و۱۰ وقتی که واکنشگر نسبت به محصولات خیلی بیشتر جذب سطحی شده به ترتیب آمده است:
(۹)
(۱۰)
k_r ثابت سرعت واکنش، (ө) کسری از سطح پوشیده شده به وسیله واکنشگر، K ضریب جذب واکنشگر، C_o غلظت اولیه واکنشگر، k_s ضریب جذب حلال و C_sغلظت حلال می­باشد.
از آنجا که سطح TiO₂ هیدراته شده با گروه ­های هیدروکسیل و مولکول­های آب، پوشیده شده است و به دلیل اینکه هر دوی واکنشگر و مولکول­های آب بر روی نیمه هادی از طریق پیوند هیدروژنی می­توانند جذب سطحی شوند، رقابتشان برای کسب موقعیت­های فعال نمی­تواند قابل اغماض باشد. به علاوه برای مقادیر C_o > C_s و در صورت ثابت باقی ماندن C_s در همه غلظت­های واکنشگر، سطح TiO₂پوشیده شده به وسیله حلال تقریباً تغییری نمی­کند ]۱۱۰[.
(۱۱)
(۱۲)
آشکار است که معادلات ۱۱ و ۱۲ مجموع معادله سرعت درجه صفر و درجه یک هستند و سهم آن­ها برای واکنش کلی به غلظت اولیه C_o بستگی دارد. وقتی که C_o خیلی کوچک باشد معادلات ۱۱ و ۱۲ به معادله ۱۳ کاهش پیدا می‌کند:
Ln(C_ο/C_t) =kt
(۱۳)
بنابراین رسم نمودار Ln(C_ο/C_t) نسبت به زمان تابش باید یک خط مستقیم باشد که شیب خط برابر ثابت سرعت مشاهده شده (k) است.
فصل دوم
بخش تجربی
۲-۱- معرف­ها و مواد مورد استفاده
معرف­ها و مواد اولیه مورد استفاده شامل ردانین، نانو تیتانیوم دی‌اکسید (آناتاز)، نانو روی اکسید (ZnO) و آب مقطر دو بار تقطیر می­باشد. مواد دیگر مورد استفاده شامل، سدیم هیدروکسید (NaOH)، هیدروژن کلرید (HCl)، پتاسیم دی هیدروژن فسفات (KH₂PO₄)، پتاسیم منو هیدروژن فسفات (K₂HPO₄)، پتاسیم هیدروژن فتالات (KHP)، بوراکس (Na₂B₄O₇.10H₂O) می‌باشند (که بیشتر در ساخت محلول­های بافری با pH مشخص مورد استفاده قرار می­گیرند).
۲-۲- دستگاه­های مورد استفاده
۲-۲-۱- سانتریفوژ
برای جداسازی اکسید روی و تیتانیم دی اکسید از مخلوط ناهمگن (Heterogeneous) واکنش، در این تحقیق از دستگاه سانتریفوژ مدل ۳۰۱ sigma استفاده شد.
۲-۲-۲- pHمتر