اکسید روی از جمله مواد با خواص منحصر به فرد است. این ماده در قرن اخیر به دلیل استفاده در وسایل ذخیره انرژی دارای اهمیت زیادی است. با سنتز نانوذرات اکسید روی میتوان خواص این ماده را بهبود بخشید و کاربردهای بیشتری از آن ارایه داد. با توجه به کاربردهای متعدد و بازدهی اقتصادی فرصت سرمایه گذاری این نوبت به تولید نانو اکسید روی اختصاص دارد.
معرفی محصول
به گزارش اقتصاد آنلاین به نقل از دریک آنلاین، اکسید روی که در کتابهای کهن توتیا نامیده می‌شود، ترکیب غیر آلی با فرمول ZnO و به شکل پودری سفید رنگ و غیرمحلول در آب است.
نانو ذرات اکسید روی یکی از ذرات معدنی پر کاربرد می باشد که به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی مناسب مورد توجه صنعنگران قرار گرفته است. از جمله خواص ویژه نانو ذرات Zno می توان به پایداری شیمیایی بالا، ثابت دی الکتریک پایین، فعالیت کاتالیزوری بالا، جذب نور فرو سرخ و فرابنفش و از همه مهم تر خاصیت ضد باکتری اشاره کرد.
در سالهای اخیر اکسید روی عمدتا به دلیل خواص نوری، الکترونیکی و پیزوالکتریکی منحصربفرد، همچنین کاربرد بالقوه در سلولهای خورشیدی، دیودهای نشر نور آبی، حسگرها و کاهنده‌ها توجه زیادی را به خود جلب کرده است.
نانو ذرات روی علاوه بر صنایع آرایشی و بهداشتی، سرامیک، لاستیک و… برای تولید پانسمان های طبیعی به منظور درمان زخم ها نیز کاربرد دارد. به علت خاصیت ضد باکتریایی این نانو ذرات، و همچنین به دلیل تضعیف کنندگی اشعه فرا بنفش نور خورشید، از آنها در تولید کرم های ضد آفتاب نیز استفاده می شود.
اشعه خورشید دارای امواج مختلف با انواع طول موج ها از امواج کوتاه مانند پرتوهای ماوراء بنفش تا امواج رادیویی با طول موج های بلند می باشد. یکی از عوامل مهم بیماری های پوستی اشعه UV خورشید است که مقادیر زیاد آن سبب بروز ابتلا به سرطان پوست خواهد شد. یکی از اولین کاربردهای فناوری نانو در صنعت آرایشی و بهداشتی استفاده از نانومواد اکسید فلزی از قبیل اکسید روی و دی اکسید تیتانیوم در کرم های ضد آفتاب می باشد از جمله موارد مهم در این فرمولاسیون عدم ایجاد اثر سفیدی بر روی پوست بعد از استفاده از کرم است. از دیگر مزایای کرم های ضدآفتاب جدید، این است که به وسیله پوست جذب نشده و ایجاد حساسیت (آلرژی) نمی کند.
تولید نانو ذره ها برای محصولات ضد آفتاب روز به روز در حال افزایش می باشد که بیشتر آنها متشکل از نانو دی اکسید تیتانیوم و نانو ذرات اکسید روی هستند.
تاریخچه کشف اکسید روی
برای اولین بار اکسید روی توسط رومی‌ها، دو هزار سال قبل از میلاد تهیه شد. سپس در قرن شانزده توسط هندی‌ها، در قرن هفده در چین و در سال ۱۸۵۰ در اروپا سنتز شد. در آغاز به عنوان آبرنگ و رقیق‌ساز رنگها در نقاشی و در اواخر سال۱۸۹۰ در تهیه رنگهای روغنی استفاده می‌شد. در سال ۱۹۷۰ از آن برای تهیه کاغذ فتوکپی و نیز بهبود کیفیت کاغذ استفاده شد. اخیرا اکثر تحقیقات علمی، بر روی ZnO به عنوان یک ماده نیمه رسانا، تمرکز یافته است. توجه و بررسی بر روی خواصZnO در سال ۱۹۱۲ و همزمان با آغاز رشد نیمه رساناها، بعد از اختراع ترانزیستور آغاز شد. در سال۱۹۶۰ خواص پیزوالکتریکی بسیار جالبی از ZnO کشف شد، که منجر به اولین کاربرد الکترونیکی به عنوان لایه نازک در قطعات موج صوتی سطح شد. از سال ۱۹۹۰ تحقیقات بر روی ZnO افزایش چشمگیری یافت.
خواص شیمیایی نانو اکسید روی
اکسید روی در دمای ◦C1975 به اکسیژن و بخار روی تجزیه می¬شود، که این نشان دهنده پایداری نسبتا بالای آن است. این ماده یک اکسید آمفوتر است و میتواند هم به عنوان یک باز و هم به عنوان اسید عمل کند. در آب و الکل تقریبا نامحلول است.
ویژگیهای اکسید روی و کاربردهای آن
اکسید روی عضوی یکی از غنی‌ترین نانوساختارها است. این ماده میتواند در ابزارهای نوری در ناحیه فرابنفش و آبی به کار رود. همچنین این ماده در مقیاس نانو، یک نیمه‌هادی با شفافیت زیاد و لومینسانس قوی در دمای اتاق است و به همین دلیل انتخاب ایده آلی برای انواع حسگرها، دیودهای لیزری، نمایشگرها و الکترود شفاف است.
اکسید روی، زیست سازگار و ایمن بوده و میتواند در پزشکی به راحتی به کار رود. نانوذرات اکسید روی از نظر جذب اشعه فرابنفش نیز دارای کاربردهای ویژه‌ای هستند که از جمله آن میتوان به کاربرد آنها در پماد سوختگی و کرمهای ضد آفتاب به عنوان جذب کننده قوی پرتو فرابنفش و فوتوکاتالیست برای حذف آلودگی‌های محیط زیست اشاره کرد.
از کاربردهای دیگر اکسید روی میتوان به استفاده‌های آن در ابزارهای نوری و فوتوالکترونیکی، وریستور (نوعی مقاومت وابسته به ولتاژ)، سطوح صوتی، مواد پیزوالکتریک، فوتودیود، ابزارهای فوتوولتایی، لیزر فرابنفش، سلول خورشیدی و حسگر گازهایی از قبیل )آمونیاک، اوزن، کربن مونوکسید، هیدروژن، نیتروژن اکسید، اکسیژن، پروپان، اتانول و فرمالدهید) اشاره کرد.
کاربردهای صنعتی نانو ذرات اکسید روی
این ترکیب در ساخت مواد فراوانی در صنعت مانند پلاستیک، سرامیک، شیشه، سیمان، لاستیک (تایر اتومبیل)، نرم کننده، رنگها، مومها، چسب، غذاها، باتری و… استفاده می‌شود.
صنعت الکترونیک، صنعت ابزارآلات، ساخت و ساز، دستگاه های الکتریکی، رادیو، لامپ فلورسانس بی سیم، دستگاه ضبط تصویر، دستگاه تنظیم جریان های متغیر برق، فسفر، روان کننده درجه حرارت بالا در موتور های توربین گازی، بازدارنده شعله، جذب سطحی، بازسازی محیط زیست، سنسورهای گاز، رفع آلودگی فوتوکاتالیتیکی، تضعیف نور ماوراء بنفش، الکترود برای سلول های خورشیدی از جمله کاربردهای صنعتی این محصول با ارزش می باشند.
مصارف دارویی
در پزشکی و بهداشت این ترکیب با نام زینک اکساید در پودر بچه، پمادهای پوستی، کرم ضد آفتاب، شامپو ضدشوره و… استفاده می‌شود. پماد زینک اکساید در درمان ضایعات پوستی مستعد عفونت مانند سوختگی، اگزما، سوختگی پای نوزادان، خراشیدگی و گزش حشرات. ضد التهاب خفیف پوستی و همچنین در ترکیب کالامین به عنوان ضد خارش کاربرد دارد.
اکسید روی دارای خواص مرطوب کننده، آنتی بیوتیکی و دئودورانت است. به دلیل آثار ضد سبوم و منعکس کننده اشعه UV در ترکیب کرمهای ضد آفتاب نیز استفاده می‌شود.
مصارف آرایشی بهداشتی
اکسید روی مصارف فراوانی در صنایع آرایشی دارد. این ترکیب می تواند اشعه UV خورشید را جذب کرده و از پوست در مقابل آفتاب سوختگی و سایر خسارات اشعه UV محافظت نماید. اکسید روی یکی از مهمترین ترکیبات مواد آرایشی معدنی است. از آنجا که اکسید روی توسط پوست قابل جذب نیست بنابراین باعث هیچ گونه حساسیت پوستی نمی شود و غیر حساسیت زا و غیر جوش زا می باشد.
همچنین در تولید دئودورانت ها و صابون ها کاربرد دارد. این ترکیب در حذف بوی بد بدن و جلوگیری از رویش باکتری ها کمک می کند و بخوبی موجب تسکین هر گونه حساسیت پوستی می شود.
روش های تولید
برای تولید نانو ذرات روی از روشهای مختلفی می توان استفاده نمود که به برخی از آنها اشاره می گردد.
روش ته نشین سازی جرقه ای
پایه هایی از جنس کوارتز با استون ، آب مقطر و و اتانول بطور سریع تمیز و شسته می شوند و سپس با جریان گاز نیتروژن خشک می شوند .دو سوزن تیز از سیم هایی از جنس روی تهیه می شود .دو سوزن بصورت افقی با فاصله ۳mm از یکدیگر و در فاصله ۲mm بالای مرکز پایه قرار می گیرند . جرقه زمانی اتفاق می افتد که یک خازن با ۱۰kV شارژ شده و به سوزن ها متصل می شود .بوسیله Rotary Switch این فرایند مرتباٌ بین ۵۰-۲۰۰ بار در هوای محدود در فشار اتمسفر با مدت زمان جرقه زنی ۳ ثانیه برای هر جرقه انجام می گیرد.سطوحی که برای ته نشین سازی استفاده می شوند از قبل در دمای ۳۸۰ درجه ی سلسیوس به مدت یک ساعت پخته شده بودند و بعد از آن در دمای بین ۴۰۰ تا ۸۰۰ درجه سلسیوس برای یک ساعت دیگر پخته شدند.
سرعت قرار گیری پوسته (Film)ها در این روش ۱nm به ازای هر جرقه است و در نتیجه از این طریق می توان قطر پوسته ها را کنترل کرد.
روش تبخیر حلال مستقیم محلول الکل شامل KOH و روی استات
کلوئید های نانو ذره ZnO بوسیله هیدرولیز کردن روی استات در محلول متانول تشکیل می شود. محلول بازی KOH به محلول روی استات و متانول اضافه می شود.محلولی تیره قبل از تولید کلوئیدهای ZnO تشکیل می شود.در این روش پودر روی استات به محلول KOH و متانول اضافه می شود و تا دمای ۶۰درجه سلسیوس گرم می شود.در هنگام شکل گیری نانو ذره های ZnO در محلول حلال بطور مداوم با استفاده از تبخیر کننده دوار از محلول حذف می شود.اندازه نانو ذره های تولید شده بدین روش ۴-۵ نانو متر است.
روش هیدروترمال
۱۳ گرم از در ۳۰۰ میلی لیتر آب مقطر حل می شود و سپس یک محلول حاوی ۸ گرم NaOH به آرامی به این محلول اضافه می شود در حالی که محلول هم زده می شود.بعد از سپری شدن ۸ ساعت یک رسوب سفید رنگ حاصل می شود.این رسوب با آب مقطر شسته می شود و دوباره در آب حل می شودتا بصورت محلول در آید که بعد از آن با ۵۰ میلی لیتر PVP (13 گرم PVP در آب) در حالی که بوطر مداوم هم زده می شود مخلوط می شود تا یک محلول همگن ایجاد شود. این محلول در مرحله بعد به یک Auto Clave انتقال داده می شود و تا دمای ۱۶۰ °Cبرای ۸ ساعت گرما داده می شود.سپس پودر های ZnO بدست آمده و بعد از اینکه با آب مقطر شسته شدند در دمای ۱۰۰ °C خشک می شوند. اندازه نانو ذرات بدست آمده در این روش ۱۵ نانو متر است.
روش مخلوط کردن NaOH و ZnSO4
در این روش بلور های نانو ذرات و نانو میله های ZnO با استفاده از یک تکنیک ساده که عبارت است از مخلوط کردن ZnSO4 و NaOH بدون اضافه کردن هیچ گونه ماده افزودنی آلی تولید می شود.
شاخصهای اقتصادی
مطابق تحقیقات برای ایجاد یک واحد تولید صنعتی نانو اکسید روی حدود ۱۰ میلیارد تومان سرمایه گذاری نیاز می باشد. ظرفیت بهینه تولید ۵۰۰۰ تن در سال می باشد ولی ظرفیت ۳۰۰۰ تن و بالاتر نیز اقتصادی می باشد. درآمد سالانه طرح در ظرفیت بهینه حدود ۴٫۵ میلیارد تومان می باشد. نزخ بازدهی طرح ۳۷ درصد بوده و زمان بازگشت سرمایه کمتر از ۳ سال می باشد. با اجرای این طرح برای ۴۵ نفر نیز ایجاد اشتغال می کنید.
ارزیابی نهایی
تولید نانو اکسید روی یک سرمایه گذاری دانش بنیان است. مصارف فراوانی دارد و از بازدهی قابل قبولی دارد. در صورت اخذ تاییدیه دانش بنیان از معاونت علمی ریاست جمهوری می توانید از تسهیلات حمایتی صندوق نوآوری و شکوفایی نیز استفاده کنید.
همچنین این طرح در بسیاری از استانها به عنوان اولویت صنعتی شناخته شده و مورد حمایت می باشد.
با توجه به موارد گفته شده، تولید نانو اکسید روی یک سرمایه گذاری اقتصادی ارزیابی می شود.
