Nanopartikel oksida besi magnet yang terdedah adalah cenderung untuk mengalami aglomerasi disebabkan oleh van der Waals dan tarikan magnet yang dialami oleh partikel-partikel tersebut. Tambahan pula dengan nanoketoksikan mereka, nanostruktur novel di mana nanopartikel oksida besi magnet tersebut diintegrasikan dengan tiga jenis rangkaian polimer yang berbeza yang dilapiskan di atas permukaan koloid silika telah disintesiskan melalui teknik lapisan demi lapisan. Penyelerak Cahaya Dinamik (DLS) telah digunakan untuk mengawasi evolusi struktur-struktur tersebut dari koloid silika ke koloid silika-polielektrolit-komposite oksida besi. Di samping itu, Mikroskop Elektron Transmisi (TEM) juga digunakan untuk menyiasat morfologi struktur nanostruktur yang telah disintesiskan dalam setiap peringkat. Nanostruktur-nanostruktur muktamad tersebut menunjukkan kestabilan koloid dan pemangkin yang bagus, kerana sintesis tersebut membolehkan permukaan-permukaan koloid silika tersebut untuk diubahsuai dan difungsionalisasikan dengan nanopartikel oksida besi magnet untuk mempunyai fungsi magnet dan pemangkin dalam satu nanostruktur bergabungan. Koloid silika dipilih untuk menjadi cangkerang teras disebabkan kestabilan meraka yang amat tinggi yang membolehkan mereka mengurangkan kecenderungan nanopartikel oksida besi magnet membentuk kluster-kluster, dan juga oleh kerana kebolehan mereka untuk menyediakan perlindungan terhadap ketoksikan oksida besi. Pada masa yang sama, rangkaian-rangkaian polimer yang mengelilingi nanotemplate silika tersebut memerangkap substrat dengan bertindak sebagai penyekat untuk menyetempatkan nanopartikel oksida besi magnet dan substrat tersebut dalam ruang terkurung di mana ini menambahbaikkan sentuhan fizikal mereka dan seterusnya menyenangkan degradasi pemangkin nanopartikel oksida besi. Hasilnya, satu entiti di mana kestabilan kimia yang lebih baik, keupayaan dispersi yang lebih tinggi, nanoketoksikan yang lebih rendah dengan fungsi-fungsi yang dipertingkatkan seperti penjerapan yang bagus, keterdegradasikan yang dipertingkatkan dan kebolehpisahan magnet telah berjaya diperolehi. Di sini, aplikasi nanokomposit-nanokomposit tersebut yang berpotensi dalam kejuruteraan alam sekitar telah diperagakan menggunakan pewarna organik, iaitu Metilena Biru (MB) dan Metilena Oren (MO) sebagai sistem model kami. Eksperimen telah dijalankan untuk menguji kebolehan ketiga-tiga nanokomposit muktamad dalam mengurangkan pewarna tersebut bersama dengan nanobahan mereka yang telah disintesiskan pada setiap peringkat, iaitu koloid silika, koloid silika-polielektrolit (silika-PDDA dan silika-PEI), dan koloid silika-polielektrolit-nanokomposite oksida besi (silika-PDDA-nanopartikel oksida besi, silika-PDDA-PSS-PDDA-nanopartikel oksida besi dan silika-PEI-nanopartikel oksida besi). Dengan mengambil kira interaksi elektrostatik di antara molekul-molekul pewarna dan nanobahan-nanobahan yang telah disintesis tersebut, kami berjaya mengesahkan bahawa ketiga-tiga koloid silika-polielektrolit-nanokomposite oksida besi muktamad tersebut menunjukkan prestasi pengurangan pewarna yang lebih baik dibandingkan dengan nanopartikel-nanopartikel yang tidak difungsionalisasikan, disebabkan oleh sifat pemangkin mereka. Kami juga berjaya mewajarkan bahawa silika-PEI-nanokomposite oksida besi merupakan nanokomposite yang paling unggul di antara semua, oleh kerana konfigurasi polielektrolit yang digunakan adalah berlapis tunggal dan bercabang.
_______________________________________________________________________________________________________
Bare magnetic iron oxide nanoparticles (MIONPs) are prone to fast agglomeration due to van der Waals and magnetic attraction experienced among them. Coupled with their nanotoxicity induced, novel nanostructures of MIONPs being integrated into three different types of polymeric networks assembled onto silica colloid surfaces have been synthesized via layer-by-layer technique. Dynamic Light Scattering (DLS) was employed to monitor the evolution of these structures from silica colloid to silica colloid-polyelectrolyte(s)-iron oxide composite. Moreover, Transmission Electron Microscope (TEM) was utilized to investigate the structural morphology of nanostructure synthesized at each stage. The ultimate nanostructures manifested good colloidal and catalytic stability, as the synthesis allowed the silica colloids surfaces to be modified and functionalized with MIONPs in order to possess both the magnetic and catalytic bifunctionalities in one unified nanostructure. Silica nanoscale colloids were selected to be the core shell due to their exceptional stability subsequently minimizing the tendency of MIONPs to form clusters, and ability to provide better protection against toxicity. Meanwhile, polymeric networks surrounding the silica nanotemplate were to entrap substrates by acting as barriers to localize the MIONPs and substrates in a confined space, improving their physical contacts thus easing the catalytic degradation by MIONPs. As a result, an entity of better chemical stability, higher dispersion capability, less nanotoxicity with enhanced functionalities combined with its good adsorptivity, upgraded degradability and magnetic separability was acquired. Here, the potential environmental engineering application of these nanocomposites was demonstrated by taking organic dyes, Methylene Blue (MB) and Methyl Orange (MO) as our model system. The experiment was conducted by assessing the dye-removing capabilities of the three final nanocomposites along with their respective nanomaterials synthesized at each stage, namely silica colloid, polyelectrolyte(s)-functionalized silica colloid (silica-PDDA and silica-PEI), and silica colloid-polyelectrolyte(s)-iron oxide nanocomposites (silica-PDDA-MIONPs, silica-PDDA-PSS-PDDA-MIONPs and silica-PEI-MIONPs). By taking into consideration of electrostatic interactions between the dye molecules and the aforesynthesized nanomaterials, it was verified that all three ultimate silica colloid-polyelectrolyte(s)-iron oxide nanocomposites showed better dye-removing capabilities as compared to their unfunctionalized counterparts, primarily due to their catalytic property. We also justified that silica-PEI-MIONPs nanocomposite was the most superior among all, because of the single-layered and branched configuration of its polyelectrolyte registered.
Guided assembly of magnetic nanocomposite for removing pollutant(s) from aqueous environment / Gwee Shang Jun