مطالعه محاسباتی نانوذرات مگنتیت اکسید آهن به عنوان جاذب آلاینده های آنیونی

کمبود و آلودگی آب دو مورد از مهم ترین نگرانی های جوامع امروزی است. در حال حاضر به کمک فناوری‌های مدرن، آب نانوفیلتر شده در مقیاس وسیع تولید می‌شود. مطالعه حاضر به بررسی جذب آنیون بر روی نانوذرات اکسید آهن و همچنین حذف آن ها از آب آشامیدنی و پساب می‌پردازد. سه نانوذره با اندازه های مختلف و ساختار آمورف(fe6o8،fe3o4و fe9o12) آنیون ها no3،so₄-2 و ⁻cl برای این منظور مورد بررسی قرار گرفتند. خواص ساختار هندسی، پیوندی و الکترونی کمپلکس‌های آنیوننانوذره با استفاده از تابعیت همبستگی تبادلی becke-3-lee-yang-parr (b3lyp) در ترکیب با مجموعه پایه های 6-31g و 6-311+g*/lanl2dz مورد بررسی قرار گرفت. مدل پیوسته قطبش پذیر رسانا مانند (cpcm) برای توضیح اثرات حلال آب استفاده شد. تجزیه و تحلیل اتم در مولکول (aim) برای بررسی کامل ماهیت برهمکنش های آنیون- نانوذرات استفاده شد. وجود برهمکنش های دهنده گیرنده بین آنیون ها و نانوذرات با تجزیه و تحلیل aim تایید شد. علاوه بر این، قدرت پیوندهای دهنده -گیرنده و انرژی های برهمکنش آنیون- نانوذره کاملاً با هم مطابقت دارند. نتایج نشان می دهد که نانوذرات اکسید آهن با اندازه کوچک جاذب آنیونی بهتری نسبت به ذرات بزرگ هستند و نانوذرات اکسید آهن، آنیون so42- را موثرتر جذب می‌کنند. ما امیدواریم که یافته‌های این کار به ساخت و توسعه نانوفیلترها، دستگاه‌های تحلیلی، داروها و سایر محصولات مشابه کمک کند و به آن‌ها اجازه می‌دهد نانوجاذب‌های بسیار موثرfe3o4 را بر اساس ویژگی‌های ساختار الکترونی شان انتخاب کنند.

a computational study on iron oxide magnetite nanoparticles as adsorbents of anionic pollutants

water scarcity and pollution are two of the most important concerns affecting communities today. thanks to modern technologies, nanofiltrated water may now be generated on a massive scale. the present study investigates anion adsorption on iron oxide nanoparticles as well as their removal from drinking water and effluents. three sizes of amorphous fe3o4 nanoparticles (fe3o4, fe6o8, and fe9o12) and so42-, no3- and cl- anions were examined for this purpose. the geometries, bonding, and electronic structure properties of anion/nanoparticle complexes were explored using the becke-3-lee–yang–parr (b3lyp) exchange-correlation functional in combination with the 6-31g and 6-311+g*/lanl2dz basis sets. the conductor-like polarizable continuum model (cpcm) was used to account for water solvent effects. the atoms-in-molecules (aim) analysis was employed to thoroughly investigate the nature of anions-nanoparticles interactions. the presence of donor-acceptor interactions between the anions and the nanoparticles was verified by the aim analysis. furthermore, the strength of donor-acceptor bonds and anion-nanoparticle interaction energies coincide quite well. the results showed that small-size iron oxide nanoparticles are better anion adsorbents than large ones, and iron oxide nanoparticles adsorb so42- anion more efficiently. we hope that the findings of this work will aid in the manufacture and development of nanofilters, analytical devices, drugs, and other similar products by allowing them to choose highly effective fe3o4 nanoadsorbents based on their electronic structure properties.