استفاده از آهن اکسید چیست

مقدمه

 

کاربردهای صنعتی

 

رنگدانه ها و روکش ها: اکسید آهنی ، که معمولاً به عنوان قرمز آهن شناخته می شود ، به دلیل رنگ قهوه ای مایل به قرمز به عنوان رنگدانه استفاده می شود و به طور گسترده در صنایعی مانند رنگ ، جوهر و لاستیک مورد استفاده قرار می گیرد. رنگدانه های اکسید آهن به دلیل مقاومت در برابر حرارت عالی ، مقاومت در برابر آب و هوا و جذب اشعه های ماوراء بنفش ، کاربردهای مهمی در پوشش های خودروسازی با سطح بالا ، پوشش های معماری ، پوشش های ضد خوردگی و سایر زمینه ها دارند.

 

مواد مغناطیسی: Fe3O4 دارای مغناطیس خوبی است و جزء اصلی مگنتیت تولید شده طبیعی است. این ماده به طور گسترده ای در ساخت تجهیزات صوتی ، ویدئویی و تجهیزات از راه دور استفاده می شود. فریت مغناطیسی نرم نیز به طور گسترده در زمینه هایی مانند ارتباطات رادیویی ، پخش و تلویزیون و کنترل اتوماتیک مورد استفاده قرار گرفته است.

 

کاتالیزور: ذرات پودر α- Fe2O3 ، به دلیل سطح خاص و سطح خاص آنها ، کاتالیزورهای بسیار خوبی هستند که می توانند در فرآیندهای کاتالیزوری اکسیداسیون پلیمری ، کاهش و سنتز استفاده شوند.

 

برنامه های زندگی روزمره

 

تصفیه محیط زیست: اکسید آهن نانو تأثیر جذب خوبی بر برخی آلاینده های موجود در محیط مانند CR (VI) دارد و می تواند برای تصفیه فاضلاب محیط زیست استفاده شود.

 

میدان زیست پزشکی: اکسید آهن نانو نقش مهمی در کپسول های دارویی ، سنتز دارو ، فناوری زیست پزشکی و سایر زمینه ها ایفا می کند.

 

رنگ آمیزی شیشه ای: رنگ شیشه ای با اکسید آهن می تواند هر دو پرتوهای ماوراء بنفش و مادون قرمز را جذب کند و به طور گسترده در ساخت شیشه های جذب کننده گرما ، شیشه های عینک آفتابی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.

 

ویژگی های اساسی اکسید آهن

 

ترکیب شیمیایی و طبقه بندی

 

اکسید آهنی ، که به عنوان مونوکسید آهن نیز شناخته می شود ، یک پودر سیاه است که ناپایدار است و به راحتی در اکسید آهن در هوا اکسیده می شود.

 

تری اکسید آهن: که معمولاً به عنوان آهن قرمز شناخته می شود ، یک پودر قهوه ای مایل به قرمز است که در آب نامحلول است. این می تواند با اسیدها واکنش نشان دهد تا نمک و آب سه گانه آهن تشکیل شود و خاصیت اکسید قلیایی را دارد.

 

تری اکسید آهن ، که به عنوان سیاه اکسید آهن نیز شناخته می شود ، یک کریستال سیاه مغناطیسی است که در آب ، اسید ، قلیایی و حلال های آلی مانند اتانول و اتر نامحلول است.

 

خصوصیات فیزیکی و تغییر رنگ

 

اکسید آهنی: خصوصیات بدنی پودر سیاه با چگالی نسبی حدود 5.7 ، محلول در اسیدها ، نامحلول در آب و محلول های قلیایی است.

 

تری اکسید آهن: خصوصیات بدنی پودر قهوه ای مایل به قرمز است که دارای چگالی نسبی حدود 5.24 و نقطه ذوب 1565 است. در آب نامحلول است و در اسیدهایی مانند اسید هیدروکلریک و اسید سولفوریک محلول است.

 

تری اکسید آهن: این یک کریستال سیاه با چگالی نسبی حدود 5.18 و نقطه ذوب 1594.5 است. مستعد اکسیداسیون به تری اکسید آهن در هوای مرطوب است.

 

کاربرد در صنعت ساخت و ساز

 

در صنعت ساخت و ساز ، از رنگدانه های اکسید آهن به دلیل عملکرد عالی رنگ آمیزی ، کم هزینه و مزایای مختلف مانند جذب پرتوهای ماوراء بنفش و محافظت از بستر در برابر تخریب ، به طور گسترده ای در رنگ آمیزی مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار گرفته است. رنگدانه های اکسید آهن ، به ویژه اکسید آهن قرمز ، اغلب به عنوان رنگ کننده برای مصالح ساختمانی مانند سیمان ، کاشی کف و Terrazzo استفاده می شوند. رنگ پایدار و قدرت پوشش خوب آنها باعث می شود ساختمانها از نظر زیبایی شناختی تر به نظر برسند. در همین حال ، رنگدانه های اکسید آهن نیز اثر محافظتی خاصی دارند که می تواند عمر خدمات ساختمانها را گسترش دهد.

 

از نظر تقویت و پیشگیری از خوردگی بتن ، مواد محافظ بتونی از نوع ادغام نفوذی که توسط تیم 'مواد مهندسی اقیانوس ' در دانشگاه فناوری جنوبی چین تولید شده است ، عملکرد ادغام نفوذ بسیار خوبی را در مقایسه با پوشش های محافظتی سنتی دارد. این کشور می تواند در منافذ کوچک تا نانو در بتن نفوذ کند و درجا را جامد کند و لینک کند و از این طریق مویرگ ها ، منافذ و ریزگردها را که توسط رسانه های متخلخل در بتن تشکیل شده است ، از بین می برد و ضخامت لایه محافظ بتن را از ده ها میکرومتر به چند میلی متر و در بدین ترتیب با استفاده از فیلته عالی به همراه می دهد. این ماده با موفقیت در تقویت ، ضد آب ، ضد بذر و ضد خوردگی مترو ، تونل ، پل ، اسکله بندر ، سد برق آبی و ساخت و سازهای مدنی اعمال شده است. علاوه بر این ، این تیم برای حل مشکلات سرعت پخت آهسته ، خصوصیات مکانیکی اولیه ضعیف و جامد سازی دشوار زیر آب مواد موجود ، یک ماده ترمیم بتونی ساختار دوتایی ارگانیک/معدنی ایجاد کرده است. استحکام اولیه این ماده می تواند تا 30 مگاپاسکال برسد ، در حالی که قدرت بعدی می تواند به بیش از 100 مگاپاسکال برسد ، که می تواند برای ترمیم سریع بزرگراه ها استفاده شود.

 

استفاده از پوشش و رنگ

 

رنگدانه های اکسید آهن به طور گسترده ای در پوشش و صنعت رنگ مورد استفاده قرار می گیرند ، عمدتاً به این دلیل که طیف گسترده ای از انتخاب های رنگی و قدرت پوشش خوبی را فراهم می کنند. این رنگدانه ها می توانند به طور موثری رنگ ماندگار را به روکش ها و رنگ ها منتقل کنند و از پراکندگی خوبی برخوردار باشند و باعث می شود رنگ سطح پوشش داده شده یکنواخت و پایدار باشد.

 

رنگدانه های اکسید آهن نه تنها رنگ را فراهم می کنند ، بلکه مقاومت سایش و دوام پوشش و رنگ را نیز افزایش می دهند. با توجه به ثبات شیمیایی و استحکام فیزیکی ، رنگدانه های اکسید آهن می توانند مقاومت آب و هوا در پوشش ها را بهبود بخشند و آنها را در برابر تابش اشعه ماوراء بنفش و شرایط آب و هوایی سخت مقاوم می کنند و از این طریق عمر خدمات پوشش ها را گسترش می دهند.

 

علاوه بر این ، رنگدانه های اکسید آهن همچنین ویژگی جذب اشعه ماوراء بنفش را دارند ، که باعث می شود آنها در پوشش ها و رنگ های فضای باز از اهمیت ویژه ای برخوردار شوند ، زیرا می توانند از مواد زیر پوشش از تخریب و پیری ناشی از تابش ماوراء بنفش محافظت کنند. این رنگدانه دارای مقاومت اسید و قلیایی قوی ، مقاومت در برابر حرارت زیاد است و آن را به یک افزودنی ایده آل در روکش ها و رنگ ها تبدیل می کند ، مناسب برای محیط های مختلف داخلی و خارجی.

 

نقش در مهندسی محیط زیست

 

مواد معدنی اکسید آهن نقش مهمی در مهندسی محیط زیست ، به ویژه در تصفیه فاضلاب و تصفیه ، اصلاح خاک و تثبیت فلزات سنگین دارند.

 

از نظر تصفیه فاضلاب و تصفیه ، نانومواد اکسید آهن به دلیل عملکرد جذب عالی و خصوصیات جداسازی آسان ، به طور گسترده ای برای جذب و حذف آلاینده های سمی در فاضلاب استفاده می شود. این نانومواد ها دارای سطح خاص و خاص جذب و عملکرد بالایی هستند که می تواند به طور موثری یون های فلزی سنگین و آلاینده های آلی را از آب خارج کند. علاوه بر این ، نانومواد اکسید آهن مغناطیسی می تواند به سرعت از طریق فناوری جداسازی مغناطیسی ، بهبود راندمان درمانی و کاهش خطر آلودگی ثانویه بهبود یابد.

 

از نظر ترمیم خاک و تثبیت فلزات سنگین ، مواد معدنی اکسید آهن می توانند فلزات سنگین را در خاک از طریق واکنش های شیمیایی سطح خود و جذب خود برطرف کرده و فراهمی زیستی و تحرک آنها را کاهش دهند. تحقیقات نشان داده است که افزودن مواد معدنی اکسید آهن به خاک می تواند ظرفیت جذب مایکروویو را افزایش دهد ، در نتیجه باعث افزایش بازده حذف آلاینده های آلی مانند هیدروکربن های معطر چند حلقه ای در فناوری اصلاح مایکروویو می شود. علاوه بر این ، مواد معدنی اکسید آهن می توانند با تشکیل مجتمع های پایدار یا رسوبات ، از ورود آنها به زنجیره غذایی ، محافظت از محیط زیست محیطی و سلامت انسان ، به طور مؤثر فلزات سنگین در خاک مانند سرب و کادمیوم را بی حرکت کنند.

 

تولید مواد الکترونیکی و مغناطیسی

 

فریت مغناطیسی یک ماده مهم الکترونیکی و مغناطیسی است که به طور گسترده در ساخت اجزای الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد. فرایند تولید آن شامل چندین مرحله از جمله دسته بندی ، مخلوط کردن ، قبل از شلیک ، شکل دهی ، پخت و پز است.

 

در تولید فریت مغناطیسی ، ابتدا لازم است که مواد اولیه شیمیایی مختلف مانند منابع آهنی ، منیزیم ، روی ، نیکل و سایر نمک های فلزی را به طور دقیق مخلوط کنیم. این مواد اولیه در نسبت های خاص مخلوط می شوند و معمولاً در یک کوره با درجه حرارت بالا از قبل اخراج می شوند تا واکنش های حالت جامد را ترویج کرده و فریت پلی کریستالی را با خاصیت فیزیکی خاص تشکیل دهند. فرآیند قبل از شلیک در زیر دمای ذوب مواد انجام می شود و از طریق واکنشهای شیمیایی بین پودرهای جامد انجام می شود.

 

فرآیند قالب گیری فشار دادن گلوله های از قبل اخراج شده به شکل های مختلف مورد نیاز برای محصول ، تشکیل یک بدن خاص است. روشهای مختلف شکل گیری از جمله فشار خشک ، ریخته گری داغ ، فشار ایزوستاتیک و غیره وجود دارد. در میان آنها ، فشار خشک متداول است.

 

Sintering یک گام مهم در تولید فریت است ، که معمولاً در دماهای مختلف از 1000 تا 1400 انجام می شود ، برای دستیابی به تراکم مواد و بهینه سازی خاصیت مغناطیسی. در طی فرآیند پخت ، مواد فریت تحت تغییرات شیمیایی و فیزیکی قرار می گیرد و در نهایت یک محصول نهایی را با خواص مغناطیسی خاص تشکیل می دهد.

 

مواد مغناطیسی اجزای الکترونیکی عمدتاً به مواد مغناطیسی نرم و مواد مغناطیسی دائمی تقسیم می شوند. مواد مغناطیسی نرم به راحتی مغناطیسی و عوامفین می شوند و به طور گسترده در اجزای القایی ، ترانسفورماتورها ، هسته های آنتن و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. آنها معمولاً در ساخت آهنرباهای مختلف دائمی و دستگاه های ذخیره سازی مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرند.

 

کاربرد در مواد آرایشی و مراقبت های شخصی

 

استفاده از اکسید آهن در مواد آرایشی و مراقبت های شخصی بسیار گسترده است ، عمدتا به دلیل رنگ آمیزی ، ایمنی و ثبات شیمیایی خوب.

 

به عنوان یک رنگدانه و افزودنی ، رنگدانه های اکسید آهن طیف گسترده ای از گزینه های رنگی را برای مواد آرایشی فراهم می کنند. آهن اکسید قرمز (Fe2O3) یک رنگدانه رایج است که انواع مختلفی از رنگ ها را از قرمز روشن تا قرمز تیره فراهم می کند و به طور گسترده در رژ لب ، پودر پودر ، سایه چشم و سایر مواد آرایشی مورد استفاده قرار می گیرد. اکسید آهن سیاه (Fe3O4) و اکسید آهن زرد (Feo (OH)) به ترتیب رنگ های سیاه و زرد را فراهم می کنند که برای تنظیم رنگ محصول برای دستیابی به اثر بصری مورد نظر استفاده می شود. این رنگدانه ها نه تنها رنگ های ماندگار را فراهم می کنند ، بلکه در برابر تأثیر نور و گرما نیز مقاومت می کنند و ثبات و ظاهر محصول را حفظ می کنند.

 

در محصولات مراقبت از پوست ، اکسید آهن نه تنها به عنوان رنگدانه مورد استفاده قرار می گیرد ، بلکه از نظر خاصیت آنتی اکسیدانی نیز ارزش دارد. اکسید آهن می تواند پرتوهای ماوراء بنفش را جذب کند ، آسیب آنها را به پوست کاهش دهد و در نتیجه نقش محافظتی داشته باشد. علاوه بر این ، انواع خاصی از اکسید آهن همچنین دارای اثرات ضد التهابی و آرام بخش بر روی پوست است و آن را به عنوان یک ماده ایده آل در محصولات پوستی برای بیماران مبتلا به پوست حساس پوست یا بیماریهای التهابی پوست تبدیل می کند.

 

به طور کلی ، استفاده از اکسید آهن در مواد آرایشی و محصولات مراقبت شخصی نه تنها به دلیل تنوع رنگ آن به عنوان یک رنگدانه ، بلکه به مزایای اضافی که به عنوان یک افزودنی به وجود می آورد ، مانند آنتی اکسیداسیون و محافظت از پوست از عوامل محیطی است. با افزایش خواسته های مصرف کنندگان برای ایمنی و عملکرد مواد تشکیل دهنده محصول ، انتظار می رود که اکسید آهن به عنوان یک ماده طبیعی و ایمن ، کاربرد خود را در لوازم آرایشی و مراقبت های شخصی گسترش دهد.

 

برنامه های کاربردی در زمینه دارویی

 

استفاده از نانوذرات اکسید آهن (IONPS) در زمینه دارویی در حال افزایش است ، عمدتا به دلیل سازگاری زیست سازگاری ، تجزیه پذیری و سمیت کم آنها. این خصوصیات باعث می شود نانوذرات اکسید آهن یک ماده ایده آل برای زمینه های زیست پزشکی چند منظوره ، به ویژه در تهیه مواد دارویی و عوامل تشخیصی باشد.

 

به عنوان یک ماده دارویی ، نانوذرات اکسید آهن می توانند به عنوان حامل داروهای ضد سرطان عمل کنند و آنها را مستقیماً از طریق سیستم های زایمان هدفمند به سلولهای تومور تحویل دهند و از این طریق آسیب به سلولهای طبیعی را کاهش دهند. علاوه بر این ، آنها همچنین می توانند به عنوان داروهای ضد باکتریایی استفاده کنند ، با استفاده از گونه های اکسیژن فعال مورد نظر برای از بین بردن باکتری ها ، که این نشان دهنده پتانسیل در درمان دشوار برای درمان عفونت ها است.

 

از نظر عوامل تشخیصی ، نانوذرات اکسید آهن به دلیل خاصیت مغناطیسی آنها به عنوان عوامل کنتراست در تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی (MRI) مورد استفاده قرار می گیرند. آنها می توانند تضاد تصویر را تقویت کنند ، به پزشکان کمک می کنند تا ناحیه ضایعه را با وضوح بیشتری مشاهده کنند و در نتیجه دقت تشخیص را بهبود بخشند.

 

علاوه بر این ، نانوذرات اکسید آهن همچنین می توانند به عنوان مواد محافظ برای مواد رادیواکتیو ، که برای محافظت از پرسنل پزشکی و بیماران در معرض تابش غیرضروری استفاده می شود ، استفاده شود. به عنوان مثال ، در پرتودرمانی و پزشکی هسته ای ، نانوذرات اکسید آهن می توانند به عنوان یک لایه محافظ برای کاهش آسیب پرتونگاری به بافتهای طبیعی اطراف ناشی از مواد رادیواکتیو عمل کنند.

 

به طور خلاصه ، نانوذرات اکسید آهن دارای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی در زمینه دارویی هستند ، نه تنها پتانسیل عظیمی را در تحویل دارو و تصویربرداری تشخیصی نشان می دهند ، بلکه دارای ارزش کاربردی مهم در محافظ تابش هستند. با توسعه فناوری نانو و عمیق تر شدن نانوذرات اکسید آهن ، کاربرد آنها در زمینه دارویی بیشتر گسترش و عمیق تر می شود.

 

ایمنی و تأثیر محیطی اکسید آهن

 

هنگام استفاده از اکسید آهن ، اقدامات احتیاطی زیر باید انجام شود:

 

محافظت شخصی: اپراتورها برای جلوگیری از تماس بین گرد و غبار اکسید آهن یا ذرات و پوست و چشم ، باید تجهیزات محافظ شخصی مناسب مانند عینک محافظ ، دستکش و لباس محافظ را بپوشند.

 

از استنشاق خودداری کنید: در حین کار ، برای کاهش تولید و انتشار گرد و غبار مانند استفاده از سیستم بسته یا فراهم کردن شرایط تهویه مناسب ، باید اقدامات لازم را انجام شود تا از استنشاق ذرات اکسید آهن جلوگیری شود.

 

ذخیره و حمل و نقل: اکسید آهن باید در یک محیط خشک و تهویه مناسب ذخیره شود و از تماس با مواد قابل اشتعال جلوگیری شود و از ایجاد رطوبت جلوگیری شود.

 

تصفیه زباله: اکسید آهن مورد استفاده و ظروف آن باید مطابق مقررات محیطی محلی تحت درمان قرار گیرد تا از تخلیه مستقیم در محیط زیست ، به ویژه در آب و خاک جلوگیری شود.

 

از نظر اقدامات حفاظت از محیط زیست ، نکات زیر را باید در نظر گرفت:

 

نظارت بر محیط زیست: به طور مرتب بر کیفیت محیطی استفاده از اکسید آهن و مناطق ذخیره سازی آهن ، از جمله کیفیت هوا و کیفیت آب ، نظارت کنید تا اطمینان حاصل شود که هیچ گونه حادثه آلودگی رخ نمی دهد.

 

پاسخ اضطراری نشت: یک برنامه اضطراری نشت ایجاد کنید و پس از وقوع نشت ، اقدامات فوری را برای کنترل و تمیز کردن انجام دهید تا از انتشار اکسید آهن در محیط اطراف جلوگیری شود.

 

اقدامات کاهش انتشار: در فرآیند تولید ، فن آوری های کنترل انتشار انتشار مانند فیلترهای کیف یا اسکرابرهای مرطوب برای کاهش انتشار ذرات اکسید آهن اتخاذ می شوند.

 

توسعه محصولات سازگار با محیط زیست: تحقیق و توسعه محصولات اکسید آهن سازگار با محیط زیست و فرآیندهای تولید برای کاهش تأثیر آنها بر محیط زیست.

 

پایان

 

چند منظوره

 

رنگدانه ها و روکش ها: اکسید آهن به دلیل رنگ غنی و پایداری شیمیایی خوب ، در صنعت رنگدانه و پوشش استفاده می شود و طیف گسترده ای از گزینه های رنگی را از قهوه ای تا قرمز فراهم می کند.

 

مواد مغناطیسی: اشکال خاص اکسید آهن (مانند Fe3O4) دارای مغناطیس خوبی هستند و در تولید مواد مغناطیسی مانند مگنتیت و مواد ضبط مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرند.

 

مهندسی محیط زیست: نانومواد اکسید آهن به عنوان جاذب و کاتالیزور در مهندسی محیط زیست برای تصفیه آب و اصلاح خاک ، از بین بردن آلاینده ها و فلزات سنگین استفاده می شود.

 

در زمینه دارویی ، از نانوذرات اکسید آهن به عنوان حامل دارو ، عوامل کنتراست رزونانس مغناطیسی (MRI) و در درمان سرطان استفاده می شود.

 

پتانسیل توسعه آینده

 

نوآوری فن آوری: با توسعه فناوری نانو و علوم مواد ، روشهای سنتز و فن آوری های کاربردی اکسید آهن به پیشرفت خود ادامه می دهند و کاربرد آن را در زمینه های مختلف ترویج می کنند.

 

برنامه های سازگار با محیط زیست: با توجه به اهمیت حفاظت از محیط زیست ، توسعه محصولات اکسید آهن سازگار با محیط زیست و فرآیندهای تولید به محور تحقیقات آینده تبدیل می شود.

 

کاربردهای زیست پزشکی: در زمینه زیست پزشکی ، زیست سازگاری و سمیت کم نانومواد اکسید آهن باعث می شود که آنها از چشم انداز کاربرد عظیمی در تحویل دارو ، تصویربرداری و درمان برخوردار باشند.

 

انرژی و کاتالیز: استفاده از اکسید آهن در تجهیزات ذخیره انرژی و تبدیل انرژی ، مانند مواد الکترود برای باتری ها و سلول های سوختی و همچنین در کاتالیز محیطی ، پیش بینی می شود که پیشرفت های جدیدی را به همراه داشته باشد.