Magnetophoresis Of Poly (SODIUM 4-STYRENESULFONATE) Fe3O4 Clusters The Influence of Colloidal Stability
Kajian ini didedikasikan untuk mendedahkan pengaruh kestabilan berkoloid terhadap magnetoforesis zarah-zarah Fe3O4. Pertama sekali, kestabilan berkoloid Fe3O4 terdedah telah berjaya dipertingkatkan selepas permukaanya disalut dengan polimer anionik yang kuat, poli(natrium 4-stirenasulfonat) berbe...
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Thesis |
| Language: | English |
| Published: |
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://eprints.usm.my/40993/1/Magnetophoresis_Of_Poly_%28SODIUM_4-STYRENESULFONATE%29_Fe3O4_Clusters_The_Influence_of_Colloidal_Stability.pdf |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Summary: | Kajian ini didedikasikan untuk mendedahkan pengaruh kestabilan berkoloid
terhadap magnetoforesis zarah-zarah Fe3O4. Pertama sekali, kestabilan berkoloid
Fe3O4 terdedah telah berjaya dipertingkatkan selepas permukaanya disalut dengan
polimer anionik yang kuat, poli(natrium 4-stirenasulfonat) berberat molekul 70K Da
(PSS 70K), melalui teknik pascasalutan diaruh oleh elektrostatik yang dilakukan pada
pH ~ 3.50. Peningkatan kestabilan berkoloid yang dicapai oleh kelompok-kelompok
PSS 70K/Fe3O4 tersebut sebahagian besarnya disumbangkan daripada tolakan
elektrostatik dan tolakan sterik yang masing-masingnya mengatasi tarikan dwikutubdwikutub
magnet apabila jarak antara zarah adalah < 97 nm dan < 50 nm. Namun
begitu, kajian permisahan magnet menunjukkan bahawa semakin stabil berkoloid
Fe3O4 itu, semakin sukar untuk memisahkannya dengan magnet. Dengan mengesani
profil magnetoforesis bawah kecerunan medan magnet dengan purata magnitud 40.55
T/m, didapati bahawa Fe3O4 terdedah mencapai 100 % permisahan dalam masa 8 minit;
manakala kelompok-kelompok PSS 70K/ Fe3O4 tidak dapat dipisahkan sepenuhya
walaupun masa bagi permisahan magnet tersebut dilanjutkan sehingga satu jam.
Dalam erti kata yang lain, salutan polimer yang pada mulanya digunakan untuk
menstabilkan Fe3O4 itu secara elektrosterik justerunya menjejaskan kebersambutan
mereka terhadap magnet. Berlainan daripada Fe3O4 terdedah yang menjalani
magnetoforesis secara berkerjasama, didapati bahawa kelompok-kelompok PSS
70K/Fe3O4 mengalami magnetoforesis berdasarkan pemeringkatan mengikut saiz di
mana pemisahan magnetnya dikawal oleh kehadiran taburan saiz hidrodinamik di
dalam ampaian tersebut. Selain daripada itu, kajian mikroskopik seterusnya
mendedahkan perbezaan di antara kedua-dua entiti di mana kelompok-kelompok PSS
70K/Fe3O4 cenderung untuk terhala sesama sendiri menjadi struktur seperti benang;
manakala Fe3O4 terdedah cenderung untuk agregat sesama sendiri menjadi struktur
fraktal yang berpelbagai dimensi. Pendekatan perhimpunan pengantara elektrostatik
yang mudah telah dicadangkan dalam kajian ini untuk menghasilkan kelompokkelompok
PSS 70K/Fe3O4 yang berpelbagai saiz (~ 200 nm hingga ~ 700 nm ). Di sini,
didapati bahawa kelompok-kelompok PSS 70K/Fe3O4 dengan purata saiz kelompok
459 nm bukan sahaja mempunyai kestabilan berkoloid yang baik, malahan
menawarkan kebolehpisahan magnet yang tinggi (> 98 % kecekapan pemisahan
dicapai apabila didedahkan kepada kecerunan medan magnet yang sama untuk 5 minit
sahaja). Penemuan ini menunjukkan bahawa memanipulasi saiz kelompok bagi
kelompok-kelompok PSS 70K/Fe3O4 boleh digunakan sebagai penyelesaian untuk
kebimbangan keseimbangan antara peningkatan kestabilan berkoloid dan
kebolehpisahan magnet. Dalam bahagian akhir kajian ini, kestabilan berkoloid bagi
kelompok-kelompok PSS 70K/Fe3O4 didapati telah merosot selepas penambahan ionion
logam (e.g., Ag+, Cu2+, Cr3+, Ca2+, Mg2+). Keputusan menunjukkan bahawa
kepekatan kation logam memainkan peranan yang lebih penting daripada kekuatan ion
yang lazimnya dipercayai dalam meningkatkan proses pengagregatan tersebut. Di
samping itu, dengan kehadiran ion Cu2+, bahan-bahan organic terlarut seperti asid
humik dan natrium alginat didapati membentuk kompleks dengan kelompokkelompok
PSS 70K/Fe3O4. Pembentukan kompleks ini kemudiannya juga akan
mempengaruhi kestabilan berkoloid dan justerusnya kelakuan magnetoforesis
kelompok-kelompok PSS 70K/Fe3O4.
________________________________________________________________________________________________________________________
The present work is dedicated to reveal the influence of colloidal stability
towards magnetophoresis of Fe3O4 particles. First of all, colloidal stability of bare
Fe3O4 was successfully enhanced after surface coating with a strong anionic polymer,
poly(sodium 4-styrenesulfonate) of molecular weight 70K Da (PSS 70K), through
electrostatic-induced post-coating technique conducted at pH ~3.50. Enhanced
colloidal stability attained by the resultant PSS 70K/Fe3O4 clusters is mainly
contributed from the electrostatic and the steric repulsion, which overwhelm the
magnetic dipole-dipole attraction, when the interparticle distance is < 97 nm and < 50
nm, respectively. However, magnetic separation study showed that the more
colloidally stable the Fe3O4 is, the harder it is to be magnetically separated. By
carefully tracking on the magnetophoresis profiles under magnetic field gradient of
average magnitude 40.55 T/m, it was found that bare Fe3O4 attained ~ 100 %
separation within 8 minutes; while there was no complete separation for PSS
70K/Fe3O4 clusters even the magnetic separation time was extended to 1 hour. In
another words, the polymer coating that was initially employed to electrosterically
stabilize the Fe3O4 in turn compromises their magnetic responsiveness. Unlike the bare
Fe3O4 which undergo a typical cooperative magnetophoresis, it was found that the PSS
70K/Fe3O4 clusters experienced a size-fractionation based magnetophoresis in which
the magnetic separation was controlled by the presence of distribution of
hydrodynamic sizes in the suspension. Besides that, microscopic study further
revealed the differences between both entities in which PSS 70K/Fe3O4 clusters tend
to self-oriented into thread-like structures; while bare Fe3O4 tend to self-aggregate into
fractal structures of various dimensions. A simple electrostatic-mediated assembly
approach was proposed in this study to produce PSS 70K/Fe3O4 clusters of various
sizes (~200 nm up to ~ 700 nm). Here, it was found that PSS 70K/Fe3O4 clusters of
average cluster size 459 nm not only possess good colloidal stability, but also offer
high magnetic separability (> 98 % separation efficiency was attained when exposed
to the same magnetic field gradient for just 5 minutes). This finding indicates that
manipulating the cluster sizes of the PSS 70K/Fe3O4 clusters can be used as the
solution for the trade-off concern between enhanced colloidal stability and magnetic
separability. In the last part of this study, it was revealed that the colloidal stability of
PSS 70K/Fe3O4 clusters being deteriorated after addition of metal ions (e.g., Ag+, Cu2+,
Cr3+, Ca2+, Mg2+). Results showed that it is the concentration of the metal cation,
instead of the conventionally believed ionic strength, plays a more decisive role in
enhancing the aggregation process. In addition, with the presence of Cu2+ ion, dissolve
organic matters such as humic acid and sodium alginate was found to form complexes
with the PSS 70K/Fe3O4 clusters. This formation of complexes can later on influence
the colloidal stability and thus magnetophoresis behavior of the PSS 70K/Fe3O4
clusters.
|
|---|