Eetto della Presenza di cappante

La supposizione fatta sull'eetto della presenza di cappante portava a so- stenere che, se esso fosse stato presente, le dimensioni delle particelle sareb- bero diminuite. Questo a causa della diminuzione dell'energia interfacciale e del usso di ioni sulla supercie, dovuta appunto dal parziale o totale ricoprimento della supercie da parte del cappante.

Dalla gura 4.9 si vede invece che non c'è praticamente variazione del diametro medio.

Questo è probabilmente dovuto al fatto che la velocità di formazione delle particelle è maggiore della velocità con cui il cappante le ricopre. É ragionevole pensare che se fosse possibile eettuare una sintesi in cui il pH viene variato lentamente (per esempio prendendo un cappante che non forma sostanze insolubili con gli ioni ferro) la previsione sarebbe vericata. Si nota inoltre che a dierenza di altri campioni con dimensioni medie simili le particelle cresciute con gli agenti complessanti in soluzione sono meno disperse.

Un eetto previsto dalla letteratura [54],[48], anche se non cercato, era la variazione di forma delle particelle sintetizzate in presenza di cappanti con gruppi carbossilici liberi. É noto infatti che alcune sostanze si adsorbono meglio su alcune facce del cristallo piuttosto che altre, provocando la crescita preferenziale nella direzione delle facce nude con deviazione alla classica forza sferica. Tutti gli agenti da noi usati contengono gruppi carbossilici e le particelle cresciute in loro presenza hanno una forma che ricorda più dei nanocubi.

Figura 4.7: Variazione delle dimensioni medie al variare della concentrazione iniziale di ferro. Sono rappresentati i campioni 9, 3 e 12 (linea blu) e 11, 7 e 10 (linea rossa).

Figura 4.8: Variazione delle dimensioni medie al variare della velocità di aggiunta della base. Sono rappresentati i campioni 1, 4, 5, 8, 9, 10 e 12.

Questo eetto potrebbe essere molto importante per ottenere, ad esem- pio, delle nano barrette, con un notevole aumento del rapporto supercie volume. La possibilità di ancorare più agenti cappanti in supercie a parità di volume deve portare ad una solubilità maggiore delle particelle e ad un aumento della pressione osmotica.

In tabella 4.10 sono riassunti i risultati ottenuti.

Per i campioni analizzati al TEM è stata vericata la cristallinità tra- mite la modalità di dirazione elettronica dello stesso strumento. I campio- ni analizzati si sono dimostrati cristallini, producendo la classica gura di interferenza come mostrato in gura 4.11

4.3. MAGNETIZZAZIONE, SOLUBILITÀ E IONI LIBERI 49

Figura 4.9: Immagini TEM dei campioni 14 e 16.

4.3 Magnetizzazione, Solubilità e Ioni liberi

Al ne dell'utilizzo delle nanoparticelle per la depurazione dell'acqua, esse de- vono essere molto solubili, liberare più ioni possibili in soluzione e avere una magnetizzazione sucientemente alta da essere recuperate completamente e in un tempo breve.

Purtroppo, mentre l'osmolarità della soluzione di FMNPS aumenta al diminuire della massa delle particelle, la magnetizzazione è direttamente proporzionale alla stessa. Come spesso accade è quindi necessario fare un compromesso per avere elevate osmolarità e contemporaneamente momenti magnetici apprezzabili.

Non potendo fare ipotesi ragionevoli su quali fossero le giuste dimensioni per raggiungere il compromesso voluto. Per questo motivo sono stqate deter- minate la solubilità e la magnetizzazione di una serie di campioni di diverse dimensioni medie, in particolare di 10, 12, 15 e 20 nm.

Sono riportati sotto le curve di magnetizzazione dei campioni (gura 4.12).

La magnetizzazione dovrebbe aumentare in maniera lineare con il volume della particella. In questo caso però il campione di dimensioni minori mostra una magnetizzazione maggiore. Questo fatto è probabilmente dovuto alla parziale ossidazione degli altri campioni.

Per quanto riguarda la solubilità anche essa aumenta come previsto al diminuire delle dimensioni, ma non in maniera lineare come mostrato in

4.3. MAGNETIZZAZIONE, SOLUBILITÀ E IONI LIBERI 51

Figura 4.11: Figura di dirazione elettronica prodotta dalle nanoparticelle. gura 4.13.

Quel che si nota è che al disotto di una certa dimensione la solubilità (in grammi/litro) rimane più o meno invariata; ciò signica che, trascurando la frazione ponderale di poli elettrolita ancorato alla supercie, il numero di particelle disperse aumenta di circa tre volte passando da 12 a 8 nm, men- tre la supercie disponibile raddoppia con conseguente aumento di PSSMA chemisorbito.

É stato possibile fare una stima degli ioni liberi tramite assorbimento atomico, sostituendo gli ioni sodio con ioni Ca2+_{. Per una soluzione di 0,5}

g/l di particelle di 10 nm di diametro è stato trovato un contenuto di calcio di 3 · 10−4 _M.

Ipotizzando che la massa di poli elettrolita ancorato alla supercie sia trascurabile in confronto alla massa totale allora il numero medio di catene di poli elettrolita, C, ancorato ad una singola particella è:

C = 1 76

ci

cmvρN α

dove ci è la concentrazione di ioni (3 · 10−4 M), cm è la concentrazione

ponderale (0, 5 g/l), v è il volume della singola particella, ρ la densità della magnetite, N il numero di Avogadro, 76 il numero medio di monomeri per catena di poli elettrolita e inne α è il fattore che tiene conto del fatto che solo

Figura 4.12: Curve di magnetizzazione dei campioni 20 (blu), 8 (verde), 7 (azzurro) e 5 (rosso).

una frazione degli ioni carbossilato sono ancorati alla particella. α è quindi un numero compreso fra 4/3 e 2; questo ci porta a dire che ogni particella libera un numero di ioni compreso fra 1300 e 1900, che corrispondono a circa 17-25 catene di polielettrolita chemisorbite in supercie.

Da questi dati possiamo prevedere che una soluzione di 22 g/l di particelle avrà un'osmolarità compresa fra 0,010 e 0,016 M.

Nel calcolo è stato tenuto conto del fatto che solo una frazione di ioni (solitamente compresa fra 0,4 e 0,6 per le micelle comuni) è eettivamente dissociato dalla particella a causa dell'attrazione Coulombiana.

4.4 Recupero, Pressione osmotica e Flussi d'acqua