لینک دانلود کلیپ ساخت ماده فرومگنتیک جاذب نفت سیاه از آب .....
فِروسیال
یا فِروفلوئید (ترکیبی از دو واژهٔ فرومغناطیس و فِلوئید به معنای شاره یا
سیال) یا محلول مغناطیسی شاره‌ای است که در حضور یک میدان مغناطیسی به شدت
مغناطیده می‌شود.
فروسیال
مخلوطی کلوئیدی، متشکل از ذرات فرومغناطیسی در ابعاد نانو یا ذرات
فرومغناطیسی به صورت معلق در یک مایع حامل (معمولاً یک حلال آلی یا آب)
است. هر ذره کوچک کاملاً پوشیده از سورفاکتانت است تا مانع لخته شدن شود.
زمانی که این مایع در میدان مغناطیسی قوی قرار می‌گیرد، ذرات فرومغناطیسی
لخته‌های بزرگی را تشکیل می‌دهند و به این صورت می‌توان ذرات فرومغناطیسی
بزرگ را از مخلوط کلوئیدی همگن جدا کرد. جاذبه مغناطیسی بین نانوذرات به
اندازه‌ای ضعیف است که نیروی نیروی واندروالسی سورفاکتانت برای جلوگیری از
توده‌ای شدن یا لخته شدن کفایت می‌کند.
فروسیال
معمولاً زمانی که در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار نگرفته‌است، خاصیت
مغناطیسی خود را حفظ نمی‌کند و به همین دلیل در هنگام طبقه‌بندی، به جای
گروه فِرومغناطیس‌ها در گروه ابرپارامغناطیسها ((به انگلیسی:
Superparamagnet)) قرار می‌گیرند. تفاوت بین فروسیال‌ها و مایعات مغناطیسی
یا همان مایع‌های MR اندازه ذرات آن‌هاست.
ذرات
موجود در فروسیال‌ها عمدتاً ذراتِ نانو هستند که با حرکت بروانی در مایع
معلق می‌باشند و به طور کلی در شرایط معمولی ته‌نشین نمی‌شوند. در حالی که
ذرات تشکیل دهندهٔ مایعات مغناطیسی عمدتاً در مقیاس میکرومتر هستند که برای
معلق ماندن با حرکت براونی بسیار سنگینند، و به مرور زمان به دلیل تفاوت
چگالی ذاتی بین ذرات تشکیل دهنده و سیال حامل، ته نشین می‌شوند. از این رو
ماده‌های فروسیال و مایعات مغناطیسی کاربردهای متفاوتی دارند.
تصویر ماکرو از فروفلوئید در یک میدان مغناطیسی
ویژگی‌ها
ناپایداری در میدان عمودی
وقتی
این شاره در یک میدان مغناطیسی عمودی قوی (با مقادیر خاصی) قرار می‌گیرد،
سطح آن به شکل منظمی از قله‌ها و دره‌ها در می‌آید. این پدیده به ناپایداری
میدان عمودی (( Normal-field instabilit)) معروف است. این ناپایداری توسط
میدان مغناطیسی حفط می‌شود و می‌توان نشان داد که در این حالت قرارگیری سطح
مایع، انرژی کل آن کمینه است.
هنگام
قرارگیری در این حالت، انرژی ناشی از کشش سطحی و نیز انرژی پتانسیل گرانشی
سامانه افزایش می‌یابند، امابازای یک شدت بحرانیِ میدان اعمال شده، کاهش
انرژی مغناطیسی بر افزایش انرژی‌های گرانشی و ناشی از کشش سطحی غلبه می‌کند
و انرژی کل سامانه کمینه می‌گردد.
ناپایداری میدان عمودی هنگام قرارگیری در میدان مغناطیسی.مغناطیس نئودیمیم در زیر آن قرارگرفته‌است.
کاربردها
در ساخت برخی ابزارهای الکترونیکی:در ساخت دیسک سخت کاربرد دارند.
در مهندسی مکانیک: فروسیال‌ها خاصیت کاهش اصطکاک دارند و در شرایط خاصی می‌توانند به عنوان روان‌کننده استفاده شوند. همچنین ویژگی‌های انتقال حرارت آنها هنگام قرارگیری در شرایط خاص کاربردهایی دارد.
در پزشکی: در تشخیص بیماری‌هایی نظیر سرطان با استفاده از ام‌آرآی کاربرد دارد.
در ساخت سیل های مکانیکی با سیال های مغناطیسی و همچنین در ساخت کوپلینگ های انعطاف پذیر نیز کاربرد دارند.
جداسازی نانو ذرات مغناطیسی magnetic nanoparticle separation
در
سال 2006 درمجله Science گروه Yavuz گزارش دادند که نانو ذرات مغناطیسی
با ابعاد 20 nm را سنتز کرده اند که می تواند آرسنیک آبهای آلوده را به خود
جذب کند. این مطالعه گامی بزرگ درجهت رفع آلودگی آبها در کشور های جهان
سوم است. چراکه این ذرات جذب کننده آلودگی به راحتی در آب پخش می شوند و به
دلیل نانو بودنشان نسبت سطح به حجم خوبی دارند ( توانایی زیادی برای جذب
گونه هدف دارند) و به راحتی توسط آهن ربا جمع خواهند شد و آب را تمیز می
کنند. سطح این نانوذرات میل ترکیبی شیمیایی- فیزیکی شدیدی به آلوده کننده
ها دارد و به دلیل وجود گروه های عامل دار شده در سطح و یا مبادله کنندگان
یون در سطح نانو ذرات می باشد.
این
سیستمها مشکلاتی را نیز دارند که کمتر مورد توجه قرار گرفته است : گاهی
اوقات این نانو ذرات قبل از اینکه کاملا در محیط پخش شوند و همه آلودگی را
جذب کنند شروع به تجمع می کنند که نیاز هست مدام محلول هم زده شود و یا با
تغییراتی در سطح نانو ذرات، دافعه الکترواستاتیکی ایجاد شود. یکی دیگر از
مشکلات این است که هنگامی که نانوذرات توسط آهن ربای معمولی جمع می شوند
باز هم برخی از این نانوذرات در محلول باقی می مانند و برای جمع آوری
باقیمانده ها توسط آهن ربا زمان زیادی را خواهد برد ( مخصوصا اگردر ابعاد
صنعتی باشد). راه حل پیشنهادی این است که ازferrofluid ها استفاده شود.
ferrofluid ها محلولی حاوی نانو ذرات مغناطیسی با غلظت بسیار بالا هستند که
هنگامی که بخشی از محلول در مجاورت میدان مغناطیسی قرار داده می شود بقیه
محلول نیز خاصیت مغناطیسی پیدا می کند (سطح محلول خاصیت شانه ای شدن پیدا
می کند). همانطور که در شکل مشخص است اگر از ferrofluid جهت رفع آلودگی
استفاده شود ،همزمان که آلودگی را جذب می کند ، یک مسیر کنترل شده درمحلول
به سمت آهن ربا ایجاد می شود و سرعت جمع آوری نانو ذرات بسیار زیاد خواهد
بود.
سورفکتانتها
یا مواد فعال سطحی Surfactant موادی هستند که هنگامی که به مقدار بسیار
ناچیز استفاده می‌شوند کشش سطحی آب را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند.
ساختار
سورفکتانتها
معمولاً ترکیباتی آلی هستند که دارای گروه‌های هیدروفوبیک که نقش دم و
دنباله را دارد و گروه‌های هیدروفیلیک که نقش سر را دارد می‌باشند بنابراین
معمولاً به طور ناچیز در آب و حلالهای آلی حل می‌شوند.
عملکرد
سورفکتانتها
کشش سطحی آب را بوسیله جذب سطحی فصل مشترک هوا – آب کاهش می‌دهند همچنین
باعث کاهش کشش فصل مشترک آب و روغن بوسیله جذب سطحی فصل مشترک مایع- مایع
می‌شوند تعداد زیادی ملکول سورفکتانت می‌توانند در توده محلول به هم وصل
شده و تشکیل توده‌ای به نام میسل (micelle) می‌دهند. به غلظتی که در آن این
میسل‌ها شروع به تشکیل شدن می‌کنند غلظت بحرانی تشکیل میسل CMC گویند وقتی
میسل‌ها شروع به تشکیل شدن کردند دم آنها تشکیل یک هسته مانند یک قطره
روغن و سر یونی آنها یک پوسته بیرونی می‌سازد که تماس مطلوب با آب را بهبود
می‌بخشد.
کارکرد در بدن
سورفکتانتهای
بدن (حاوی فسفولیپیدها، چربی‌های خنثی، اسیدهای چرب) که در ریه ترشح
می‌شوند با کاهش کشش سطحی مانع آتلکتازی ریه‌ها و سهولت اتساع آلوئولها
هنگام دم می‌شوند. مسمومیت با مواد نفتی یا تولد زودرس جنین با فقدان
سورفکتانت و آتلکتازی همراه است.
رشد ریوی جنین
از
هفته ۳۳ سورفاکتانت در ریه جنین شروع به ساخت می‌کند بنابراین اگر از این
هفته به بعد کودک بدنیا بیاید مشکل کمتری از نظر تنفسی خواهد داشت ولی تولد
نوزاد زودرس تر با ایجاد سندرم زجر تنفسی نوزادان یا بیماری غشائ هیالن
ممکن است موجب مرگ شود. برای تسریع در رشد ریه جنین هنگامی که احتمال
زایمان زودرس وجود دارد به مادر داروهای کورتیکواستروئیدی تجویز می‌شود.
همچنین سورفکتانت ریوی غیر تب زا و استریل موجود می‌باشد که فقط از راه
داخل تراشه‌ای استفاده می‌شود. سورونتا عصاره طبیعی ریه گاو می‌باشد که
حاوی فسفولیپیدها، چربی‌های خنثی، اسیدهای چرب، و پروتئین‌های وابسته به
سورفکتانت می‌باشد که به این ترکیب کولفوسریل پالمیتات (دی پالمیتوئیل
فسفاتیدیل کولین)، پالمیتیک اسید، و تری پالمیتین افزوده شده است تا ترکیب
استانداردی ایجاد شود که خواصی مشابه خواص پایین آورنده کشش سطحی سورفکتانت
ریه طبیعی را نشان دهد.
اشکال دارویی
از
دو دهه پیش اشکال دارویی سورفکتانتها عرضه شده و موجب کاهش مؤثر مرگ و
میر نوزادان مبتلا گردید. اشکال دارویی به فرم کاملاً طبیعی یا کاملاً
سنتتیک یا اشکال طبیعی اصلاح شده تولید می‌گردند. از نمونه‌های کاملاً
طبیعی می‌توان به داروهای کرسورف Curosurf توسط شرکت چیزی، ایفاسورف
Infasurf توسط شرکت اونی یا بلس BLES اشاره کرد. از نمونه‌های سنتتیک
می‌توان به داروی اگزوسورف Exosurf اشاره کرد. از نمونه‌های داروی طبیعی
اصلاح شده می‌توان به داروهای سوروانتا Survanta توسط شرکت ابوی، برکسورف
Beraksurf توسط شرکت تکزیما، سورفکتن Surfacten توسط شرکت میتسوبیشی اشاره
کرد که پس از استخراج عصاره طبیعی از ریه گاو برای اصلاح مقادیر مواد مؤثر
در کاهش کشش سطحی و در نتیجه بهبود عملکرد آنها به آن نوع سنتتیک این مواد
افزوده می‌شود.
خواص ضدعفونی کننده
سورفکتانتهای
کاتیونی درمحلول آبی به یک کاتیون نسبتاً بزرگ فعال و یک یون کوچک غیرفعال
یونیزه‌می‌شود. ترکیبات کاتیونی علاوه براثرات امولسیون‌کننده و پاک‌کننده
دارای‌فعالیت باکتری‌کش علیه باکتریهای گرم‌مثبت و گرم منفی می‌باشند.
بسیاری از ترکیبات ضدعفونی کننده معروف مانند بتادین و ستیل پیریدینیوم
خواص سورفکتانتی دارند.