Introduction General<br /> إن التلوث البيئي من اهم المشاكل الرئيسة التي يعاني منها العالم التي تشمل تلوث التربة , الهواء والمياه , حيث ازدادت هذه المشكلة وبشكل معقد في السنوات الاخيرة و ذلك بسبب زيادة الكثافة السكانية , وكثره المصانع , لذلك لابد من السيطرة لمنع تطور هذه المشكلة عن طريق مراقبة الجودة البيئية اي الرصد البيئي , من اهم طرق الرصد الطريقة البيولوجية التي تتضمن مراقبة العديد من النباتات والاشجار والاسماك وكذلك البكتريا والفيروسات كمؤشرات في مراقبة الجودة البيئية , تعد النفايات من اهم الملوثات التي تؤثر البيئة التي تؤدي الى تغيرات في الجودة البيئية للمياه و التربة والهواء التي تؤثر في الحياة النباتية والحيوانية والكائنات الحية الدقيقة. يعد التلوث بعناصر المعادن الثقيلة من اكثر الانواع انتشارأٌ مثل تكون ايونات الكروم والزرنيخ وهي مواد مسرطنة و تمتص من قبل الجهاز الهضمي للإنسان عن طريق الجلد عند لمسها . تعد مشكلة تلوث المياه من المشاكل الرئيسة في الوقت الحاضر و ذلك بسبب زيادة الملوثات الكيميائية العضوية وغير العضوية المستخدمة في الانشطة الصناعية التي تشمل المعادن السامة , الاصباغ , و الملوثات العضوية , ومواقع النفايات وعمليات التعدين الاكثر خطر على تلوث مياه الصرف الصحي حيث تؤدي هذ الملوثات الى تغير الخصائص الفيزيائية و زيادة كميه الشوائب في الماء. و استخدمت طرق وتقنيات كثيرة لمعالجة التلوث البيئي و منها : <br />1– الامتزاز على سطح الجسيمات النانوية Adsorption on the surface of nanoparticles <br /> تمتلك المواد النانوية مجموعة واسعة من التطبيقات التي تستخدم لمعالجة مشاكل التلوث البيئي وبالأخص تلوث المياه , حيث تعد المعادن الثقيلة الاكثر انتشارا في الوقت الحاضر متمثلة ب (الرصاص , الزئبق , الزنك, الكادميوم , النيكل) , و ذلك بسبب استخدامها المتزايد في الانشطة الصناعية و نظرة لطبيعتها السمية والسرطانية باتت تشكل خطرأ كبيرأ, تشكل الجسيمات النانوية و اكاسيد بعض المعادن مواد فعالة مازة و ذات كفاءة عالية في معالجة التلوث البيئي , حيث تم استخدام الكاربون النشط , السليكا , و اوكسيد الكرافين الذي اثبت كفاؤه عالية تعود الى طبيعته الفريدة ثنائية الابعاد متمثلة بوجود مجاميع وظيفية و بمساحته السطحية الكبيرة , تعد طريقة الجسيمات النانوية من اكثر التقنيات و اكثر كفاءة في معالجة هذه المشكلة حيث يعود الى صغر حجم هذه الجسيمات و اختراقها منطقة التلوث ومن ثم حصول عملية الامتزاز للحصول على تنقية جيدة للمياه. <br /><br /><br />2- التكسير الضوئي غير المتجانس heterogeneous photocatalysis <br /> تم استخدامه في تنقية و تشعيع المياه تعويضا عن مبيدات الجراثيم للتخلص منها وتنقية المياه من التلوث تكون فيه التفاعلات الضوئية عبارة عن سلسلة معقدة من التفاعلات حيث تنقل الملوثات بكميات كبيرة سواء كانت هذه الملوثات عضوية او غير عضوية الى سطح العامل المساعد مثل اوكسيد الزنك و غيره في الطور السائل . يحدث التفاعل الضوئي عن طريق الشعيع للعامل المساعد او الشعيع مباشرة للمادة و يؤدي الى تقليل كمية طاقة الضرورية للتفاعل و التحفيز الضوئي غير متجانس يشتمل على العديد من التفاعلات المتنوعة تفاعلات نقل الهيدروجين والاكسدة الكلية او المتوسطة و ترسيب المعادن و ازالة ملوثات المياه و نظائر الديتريوم و تم استخدام الاكسدة و الاختزال مع اشباه الموصلات لإنتاج الهيدروجين من المياه و ايضا تستخدم اشباه الموصلات للتخلص من العديد من الملوثات العضوية و لاعضوية من الطور الغازي او السائل وايضا يستفاد من هذه العملية ألإزالة الملوثات و حماية البيئة باستخدام الاكسدة و الاختزال .ويستخدم كوسيلة من الوسائل البديلة لتنقية المياه و الهواء و يتم نقل و تحريك الالكترون ضوئيا من خلال التحفيز من حزم التكافؤ الى حزم التوصيل حيث طاقة الفوتون المكتسبة (الممتصة ) تعادل او تتخطى فجوة الطاقة لأشباه الموصلات.<br />3- التكسير الضوئي المتجانس Homogeneous photocatalysis تعد المحفزات المتجانسة بشكل عام أكثر انتقائية من المحفزات غير المتجانسة. يمكن أن يكون فصل المحفزات المتجانسة عن المنتجات أمرًا صعبًا. المحفز المتجانس له ثبات حراري محدود مقارنة بالمحفزات غير المتجانسة. يشير التحفيز المتجانس إلى التفاعلات التي يكون فيها المحفز في نفس طور المواد المتفاعلة ، بشكل أساسي في المحلول. في المقابل ، يصف التحفيز غير المتجانس العمليات التي تكون فيها المحفزات مراحل متمايزة ، عادةً غاز صلب ، على التوالي . تعد الإنزيمات أمثلة على المحفزات المتجانسة. <br />4 - الطرق البيولوجية Method Biological <br /> من اهم الطرق المستخدمة التي أثبت كفاءتها لإزالة المعادن الثقيلة من المياه الملوثة بطريقة الكتل الحيوية لبعض الكائنات الدقيقة كالبكتريا و الفيروسات و ايضا بعض الكائنات الميتة التي لها القدرة على امتصاص ايونات المعادن السامة الناتجة من اضافتها الى الانشطة الصناعية مثل الكروم , النيكل , الرصاص , الزئبق , والكادميوم , الموجودة في المياه الملوثة , وتقليل الاعتماد على الطرق الكيميائية التي تسبب خطرأ كبيرأ على البيئة بسبب سميتها وعدم استقرارها وعدم صلاحيتها، لجأ الباحثون إلى استخدام الطرق البيولوجية الصديقة للبيئة ، التي توفر سهولة كبيرة في الانتاج ، وغير سامة وقليلة التكلفة نسبيًا ، ومن الطرق الشائعة للمعالجة البيولوجية المرشحات البيولوجية وعمليات الحماة النشطة والمعالجة البيولوجية اللاهوائية .<br />-5 عمليات الاكسدة الضوئية Photo – Fenton <br /> من اهم التقنيات المستخدمة لمعالجة تلوث المياه المتمثلة بطرق التحفيز الضوئي المتجانس و غير المتجانس بتأثير ضوء الشمس اما الملوثات العضوية فقد تم استعمال طرق التحفيز الضوئي المتجانس و غير المتجانس تحت تأثير ضوء الشمس لإزالة الملوثات الصناعية من المياه كالأصباغ العضوية حيث تمت تحطيم هذه الاصباغ بوساطة التحفيز الضوئي للمحاليل المائي الملوثة ومن ثم التخلص من الاصباغ , تستخدم هذه الاكسدة لإزالة ملوثات المركبات العطرية المتمثلة ( الفينولية والكينولين) , من خلال تحليل و تحطيم مركبات الفورماليديهايد و الملوثات الفينولية من المياه الملوثة , و توجد طريقة اخرى للتخلص من الملوثات العضوية مثل طريقة الترشيح النانوي. <br /><br />6 – الترشيح الغشائي Membrane Filtration <br /> تعد هذه العملية من اهم عمليات الفصل المستخدمة لإزالة الملوثات الصناعية و المعادن الثقيلة و الغرويات من المياه. <br />-7عمليات الأكسدة المتقدمة Advanced oxidation processes<br />هي مجموعة من عمليات المعالجة الكيميائية المصممة لإزالة المواد العضوية (وأحيانًا غير العضوية) في المياه عن طريق الأكسدة من خلال التفاعلات مع جذور الهيدروكسيل [•OH] لمعالجة تلوث المياه تعتمد عمليات الاكسدة المتقدمة على جذور الهيدروكسيل شديدة التفاعل[•OH] فإنه يتفاعل تقريبًا مع كل ملوث مائي تقريبًا دون تمييز<br />ويمكن أن تؤكسد فعليًا أي مركب موجود في المياه. ومن ثم يتفاعل [•OH] بشكل غير انتقائي بمجرد تكوينه ويتم تجزئة الملوثات بسرعة وكفاءة وتحويلها إلى جزيئات غير عضوية صغيرة. يتم إنتاج جذور الهيدروكسيل بمساعدة واحد أو أكثر من المؤكسدات الأولية (مثل الأوزون ، بيروكسيد الهيدروجين ، الأكسجين) أو مصادر الطاقة (مثل الضوء فوق البنفسجي) أو المحفزات (مثل ثاني أكسيد التيتانيوم). تستعمل الاكسدة المتقدمة للتخلص من المواد السامة بيولوجيًا أو غير القابلة للتحلل مثل المواد العطرية والمبيدات الحشرية ومكونات البترول والمركبات العضوية المتطايرة في المياه <br />2-1تخليق الجسيمات النانوية بطريقة صديقة للبيئة <br /> Synthesis of nanoparticles in an environmentally friendly manner <br /> التخليق بطريقة صديقة للبيئة يعتمد النظم البيولوجية والنباتات حيث تعد هذه الطريقة منخفضة التكلفة وامنة غير ضارة واقل تلوثا وسمية للبيئة ويمكن توسع نطاق التخليق ولذلك التخليق الصديق للبيئة يرجح على مختلف الطرق الكيميائية , و يخضع تخليق الجسيمات النانوية بطريقة صديقة للبيئة الى مراحل منها تنشيط ايونات العناصر من موادها الملحية بوساطة المستقبلات النباتية , و تتغير حالات تكافؤ المعادن الاحادية و الثنائية الى حالة تكافؤ صفرية وترتبط ذرات المعادن و تحدث مرحلة النمو لتتكون مجموعة من الاشكال المتنوعة ومن ثم تخلق الجسيمات النانوية و تكوين مورفولوجيا بوساطة النشاط و المستقبلات النباتية و يمكن تخليق الجسيمات النانوية من الكائنات الحية الدقيقة منها الفطريات و الطحالب و من الاعشاب البحرية ومن مياه الامطار <br />3-1 الجسيمات النانوية Nanoparticles <br />هي جسيمات متناهية الصغر والمواد ذات البنية النانوية او الجسميات النانوية تكون مواد متبلورة او غير متبلورة و يتراوح حجمها بين 100 نانومتر و لها قوة عالية و منخفضة في وزنها ومساحة سطحية عالية ، وللمواد النانوية و الالياف و الجسيمات النانوية و التقنيات النانوية اكتسبت أهمية بالغة في التطبيقات و الدراسات و الأبحاث الحديثة و النانو اصغر من قطر شعرة الانسان بحوالي (100000) مرة و اصغر من المايكرو متر ( 1000 ) مرة اما حجم الجسيمات الدقيقة بالنسبة للجسيمات النانوية يتراوح حجمها من 100 الى 2500 نانو متر و الجسيمات الخشنة لها حجم بين 2500 الى 10000 نانو متر و المواد النانوية هي الجسر الذي يربط بين البنى المجهرية و الذرات اي تكون قريبة في ابعادها من الابعاد الذرية و الجسميات النانوية تمتلك خصائص مغناطيسية و بصرية و الكترونية و كهربائية و كيميائية و خصائص هيكلية فريدة و من ابرز الخواص امتلاكها طيف امتصاص واسع و تعتمد على شكلها و مساحتها السطحية العالية و لا تفقد نشاطها الضوئي عند الاستخدام المطول اضافة الى انها غير مكلفة وغير سامة <br /> 4-1 تصنيف الجسيمات النانويةClassification of nanoparticles <br />الجسيمات النانوية تتواجد بشكل طبيعي في البيئة مثل المنغنيت و الطين ورماد البراكين و توجد في البروتين تخزين الحديد وبسبب النشاط البشري غير مباشر توجد مواد نانوية مثل انشطة الصهر واللحام (الابخرة المعدنية ) وكذلك ابخرة البوليمرات و المواد النانوية يتم التحكم في اشكالها و ابعادها و يتم تصنيف الجسيمات النانوية اعتمادا على ابعادها الى <br /> تصنف المواد النانوية على اساس ابعادها الى ثلاثة اصناف: <br />1 -احادية البعد النانوي One-Dimensional : هي المواد التي يكون احد ابعادها ضمن المستوى النانوي وبقية الابعاد خارج المستوى النانوي (اكبر من 100 nm), من الامثلة على هذا النوع الأفلام الرقيقة Thin films والطبقات , layers والطلاء النانوي Nano coatings. كما في الشكل 1-1) ) <br /> 2 - ثنائية البعد النانوي Two-Dimensional : هي المواد التي لها بعدين من ابعادها ضمن المستوى النانوي و البعد الثالث خارج المستوى النانوي و من الامثلة على هذا النوع الأنابيب النانوية Nanotubes ، الألياف Fibers ، الأسلاك النانوية كما في الشكل 1-1) ) . Nanowires<br /> 3 - ثلاثية البعد النانوي Three-Dimensional :هي المواد التي تكون كل ابعادها ضمن المستوى النانوي مثل النقاط الكمومية , Quantum dots و الجسيمات النانوية كما في الشكل 1-1) ) Nanoparticle. <br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />شكل (1-1) تصنيف المواد النانوية<br />وهناك تصنيف اخر يصنفها على اساس مصدرها وتحضيرها وكالتالي :<br />1 - المواد النانوية غير المحضرة عمداً ( الطبيعية) non-intentionally-made : وهي المواد النانوية التي تنتمي بشكل طبيعي إلى البيئة (مثل البروتينات والفيروسات والجسيمات النانوية المنتجة خلال الانفجارات البركانية ، وما إلى ذلك) أو التي ينتجها النشاط البشري دون نية (مثل الجسيمات النانوية التي تنتج من احتراق الديزل) <br />2 - المواد النانوية المحضرة عمد : intentionally-madeو هي المواد النانوية المنتجة عمداً من خلال عملية تصنيع محددة و تكون بشكل محدد و حجم محدد الدقائق مثل السيليكا النانوية والاسلاك الناونوية والانابيب النانوية وانابيب الكاربون النانوية <br /><br /><br /> 5-1اشباه الموصلات Semiconductors <br /> المواد الصلبة يتم تصنيفها الى ثلاثة اصناف من خلال الاعتماد على قابلية التوصيل الكهربائي استنادا الى فجوة الطاقة (Energy gap)بين حزم التوصيل والتكافؤ وهي مواد موصلة (Conductors ) ومواد شيه موصلة , (Semiconductors ) ومواد عازلة (Insulators ) ومن المواد شبه الموصلة الزنك والنحاس والسليكون والقصدير والجرمانيوم حيث تكون مواد عازلة عند 0 K) ) , وتصبح مواد موصلة كهربائيا عند رفع حرارتها وتكون حزمة التوصيل خالية من الالكترونات بينما تكون حزمة التكافؤ ممتلئة . <br /><br />شكل (2-1): يمثل فجوة الطاقة بين حزمة التكافؤ و حزمة التوصيل <br />وعند زيادة الحراة تزداد توصيليتها الكهربائية وتكون هذه التوصيلية حساسة للضوء والحرارة والمغناطيسية وتقسم المواد شبه البلورية تبعا الى طبيعة ترتيب ذراتها او تبعا للتركيب البلوري الى قسمين مواد بلورية شبه موصلة وفيها يتم ترتيب الذرات الى احادية التبلور ومواد شبه موصلة متعددة التبلور وتتميز المواد احادية التبلورcrystalline)) بان ذراتها لها شكل هندسي منتظم وتكون مرتبة ومجتمعة وبابعاد متساوية [23]. اما المواد متعددة التبلورpolycrystalline)) تعرف ذراتها بالحبيبات وتكون منفصلة هذه الذرات عن بعض 0 اما المواد شبه الموصلة الغير بلورية Amorphous)) ذراتها تترتب بشكل قصير المدى وغير متبلورة وتكون غير مستقرة ثرموديناميكيا . <br /><br />شكل (3-1) :تركيب اشباه الموصلات البلوري <br />احادية التبلور (crystalline ) (b) الغير متبلورة Amorphous) )(c) متعددة التبلور polycrystalline) )<br /> 6 -1أوكسيد الزنك النانوي Zinc Oxide nanoparticles <br /> اوكسيد الزنك هو واحد من أهم المواد النانوية التي تمت دراستها على نطاق واسع لعدة عقود ، وعمومًا يتبلور ZnO مع شكلين رئيسين ، سداسي (wurtzite) ومزيج زنك مكعب (cubic zinc blende )الهيكل السداسي هو الطور الديناميكي الحراري المستقر الذي يتم الحصول عليه فقط عند الضغط ودرجة الحرارة المثلى ، ويعدُ أوكسيد الخارصين النانوي مركبأ شبه موصل يمتلك فجوة طاقة واسعة (3.37) الكترون - فولت مع طاقة ربط عالية (60) ميكا فولت وهو ينتمي الى مجموعة من اكاسيد المعادن التي لديها القدرة على التحفيز الضوئي الشكل (4-1) يظهر تركيب اوكسيد الخارصين البلوري <br /> <br /> شكل (4-1) يمثل التركيب البلوري لأوكسيد الزنك النانوي <br /> 7 -1طرق تحضير أوكسيد الزنك النانوي Preparation methods of Zinc oxide nanoparticles <br />طريقة الترسيب بالبخار الكيميائي 1-7-1<br /> Chemical Vapor Deposition method <br /> <br /> وتشمل هذه الطريقة الترسيب على هيئة بخار مثل ترسيب الهيدوكاربونات عند حرارة عالية مع عوامل مساعده مثل الحديد والنيكل وايضا تحضر المواد النانوية ثنائية الابعاد واحدة او أكثر من المواد البادئة المتطايرة تتفاعل المواد البادئة المتطايرة على السطح المكشوف للمادة حيث تتكون بلورات ثنائية الابعاد عند درجات الحرارة العالية حيث ترتكز نوعية المواد المحظرة في عملية الترسيب هذه على تركيز البادئات ومعدل سرعة التفاعل حرارة التفاعل وتتم عملية الترسيب بوساطة مواد متفاعلة غازية تحدث على المادة الاساس باستعمال اغشية رقيقة ويتم الترسيب الكيميائي بالبخار من خلال مفاعل غازي حيث يحصل عند درجات حرارة الغرفة تفاعل جزيئات الغاز <br /> 1-7-2 الطريقة الحرارية المائية Hydrothermal methods <br /> تستخدم الطريقة الحرارية المائية لتركيب وتحظير بلورات المواد النانوية تعتمد على قابلية ذوبان المعادن في الماء الساخن تحت ضغط عالً . وتم استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع في تركيب الهياكل النانوية للأكاسيد مختلفة للحصول على مزايا فريدة حيث تستخدم هذه الطريقة جهازاً يتكون من وعاء ضغط فولاذي يسمى Autoclave وتحدث تحت ضغط عالً وحرارة مناسبة لإذابة واعادة بلورة المواد غير قابلة للذوبان نسبيا في الظروف الاعتيادية و الطريقة الحرارية المائية يتحكم فيها بالشكل والحجم بوساطة الحرارة والضغط والزمن وخواص المحلول للجسيمات الناتجة <br /> 1-7-3 طريقة سول- جل Sol-Gel Method <br /> طريقة sol-gesol-gel طريقة مشهورة وكثيرة الاستخدام لتحضير كثير من المواد وخصوصاً الاكاسيد المعدنية . طريقة التحضير هذه بصورة عامة تسمح بالتحكم في طبيعة السطح , وخشونته , و الشكل الخارجي للجسيمات تمتلك هذه الطريقة الكثير من المميزات عن الطرق الاخرى حيث انها تسمح بحدوث النقع impregnation او التشرب coprecipitation الذي يوفر امكانية تحضير و ادخال مواد اشابة او تشويب dopants . ان اهم الصفات المميزة لطريقةsol-gel انها تعطي مزيجاَ من الحجوم المختلفة للجسيمات , وتكون المواد الناتجة عالية النقاوة , وشكلها الخارجي متجانساً , كذلك تكون صفاتها الكيميائية و الفيزيائية مميزة أيضاً ونقية . و تبدأ عملية التحضير بطريقةsol-gel بتكوين الهلام من التحلل المائي hydrolysisوتفاعل البلمرة polymerization للمادة البادئة precursors والذي يكون عادة ملحاً غير عضوياُ او مركبأ عضويا معدنيأ مثل الكوكسيدات الفلزات . اي عامل يؤثر على احد التفاعلين اعلاه او كلاهما سوف يؤثر بالتالي على صفات الهلام , واهم العوامل المؤثرة على تفاعلات تكوين الهلام هي , نوع المادة البادئة و تركيزها , و نوع المذيب ، و المحتوى المائي , و pH هذه العوامل المؤثرة على صفات المحلول العالق الذي هو الاساس في عملية التحضير سوف تؤثر على كل الخطوات اللاحقة في عملية التحضير في نواتج العملية النهائية . بعد مرحلة تكوين الهلام الرطب يمكن تركه في المحلول الام او اي مذيب اخر بعملية تدعى التعتيق aging وهي من العوامل المؤثرة المهمة , بعد عملية التعتيق يتم فصله عن المذيب و غسله , وبعد الغسل و التجفيف تتم عملية التكليس calcination <br />1-7-4التخليق الحيوي لأوكسيد الزنك باستخدام المستخلصات النباتية <br /> Bio-synthesis of zinc oxide using plant extract<br />التخليق النباتي للجسيمات النانوية (NPs) هو تقنية ثورية لها مجموعة واسعة من التطبيقات في الزراعة وصناعة الأغذية والطب.. نظرًا للخصائص الفيزيائية والكيميائية لـ NPs القائمة على النبات ، توفر هذه الطريقة أيضًا ميزة إضافية تتمثل في زيادة العمر الافتراضي لـ NPs التي تتغلب على قيود الطرق الكيميائية والفيزيائية التقليدية لتخليق NPs . تمتلك النباتات تنوعًا جينيًا غنيًا فيما يتعلق بعدد الجزيئات الحيوية . تحتوي المستقلبات النباتية على مجموعات و ظيفية هيدروكسيل وكربونيل و أمين تتفاعل مع أيونات المعادن وتقلل من حجمها إلى نطاق نانو. بشكل أكثر تحديدًا ، و يُعتقد أن مجموعة -OH من مركبات المستقلبات تعد مسؤولة بشكل أساسي عن تقليل أيونات المعادن إلى الى حجم بمقياس نانوي NPs . و تغطي المستقلبات النباتية الجسيمات النانوية وهو أمر مهم للاستقرار والتوافق الحيوي . يمكن لعوامل الاختزال مثل المركبات الفينولية والستيرولات والقلويدات أن تقلل أيونات المعادن إلى NPs في تفاعل واحد.. تم استخدام العديد من المعادن في التخليق الحيوي لـ NPs باستخدام مستخلصات نباتية مختلفة <br />1-7-5 التخليق الحيوي لأوكسيد الزنك باستخدام الفطريات Biosynthesis of zinc oxide using fungi <br /> تم استخدام العديد من الطرق التقليدية لمكافحة الفطريات التي تتسب خطرا على البيئة وخاصة النباتات , تعد عملية استخدام المبيدات الحشرية للمكافحة الفطريات من اكثر الطرق التي تشكل خطرا كبيراً اعلى البيئة والإنسان الصحة حيث تعد مصدرا من مصادر التلوث البيئي ، لذلك تم استخدام الجسيمات النانوية بديلاً وتحضيره بطريقة صديقة للبيئة وفعالة في مكافحة الميكروبات المسببة للأمراض , حيث تعتبر هذه الجسيمات النانوية لديها قدرة عالية في قتل ومكافحة الفطريات بمقارنة بمبيدات الفطريات الاصطناعية . أوكسيد الزنك (ZnO) وأوكسيد المغنيسيوم ((MgO من المضادات الفعالة للبكتيريا والفطريات ويعود هذا إلى إطلاق الإنزيمات خارج الخلية والمستقبلات التي تعمل بمثابة عامل لبقائهم على قيد الحياة عندما يتعرضون للإجهاد من المواد السامة بالإضافة الى تغيرات في درجة الحرارة , وايضا لصغر حجم جزئيات النانوية والشفافية والنعومة البصرية , استخدام مبيدات النانوية أكثر قبولا لأنها آمنة للنباتات ولا تسبب تلوث بيئياً مقارنة بالمبيدات الكيميائية التقليدية <br />1-7-6التخليق الحيوي لأوكسيد الزنك باستخدام الطحالب Biosynthesis of zinc oxide using algae <br />يعد التخليق الحيوي للجسيمات النانوية من اهم المجالات المهمة في تكنولوجيا النانو التي لها تأثير اقتصادي مهم وصديقة للبيئة بالمقارنة مع الطرق الكيميائية والفيزيائية للتوليف . حيث يتم تحضير جزيئات أكسيد الزنك النانوية (ZnO NPs) بوساطة المستخلص المائي للطحالب البحرية الكبيرة , تجفيف الطحالب , ثم غسلها وتسخينها وبعدها يتم ترشيحها وتخلط مع نترات المعادن . حيث تم الحصول على ZnO NPs النقي بعد تنقيته وحرقه عند 450 م حيث ينتج على شكل ZnO . أكسيد الزنك (ZnO) ، جسيم نانوي مهم لأشباه الموصلات اثار اهتمامً الكثير من الباحثين مثيرًا لمجموعة كثيرة من التطبيقات مثل الإلكترونيات والبصريات والإلكترونيات الضوئية والطبية الحيوية ، أظهرت بعض الدراسات أنه يمكن استخدام الطحالب البحرية كمصنع حيوي لتخليق جسيمات الفضة والذهب النانوية <br /> 1-7-7التخليق الحيوي لأوكسيد الزنك باستخدام البكتريا Biosynthesis of zinc oxide by using bacteria <br />يعد التوليف الحيوي لجسيمات أكسيد المعادن النانوية وخاصة إلى تخليق الجسيمات النانوية ZnO بوساطة البيولوجية (البكتريا). ن ZnO NPs مسؤولة عن أنشطة مضادات الجراثيم العالية ، لذلك تكشف الدراسة عن وسيلة فعالة وصديقة للبيئة طريقة للتوليف الأخضر من ZnO NPs متعددة الوظائف باستخدام تمت دراسة جسيمات أكسيد المعادن النانوية بشكل أساسي في العلوم التطبيقية , البيولوجية , الطبية والبصرية لتخليق الجسيمات النانوية باستخدام الكائنات الحية الدقيقة والإنزيمات التي تم طرحها كبدائل صديقة للبيئة <br />8-1 تطبيقات اوكسيد الزنك النانوي <br />Application of Zinc oxide nanoparticles <br /> يدخل في التطبيقات الصناعية والطبية والتكنولوجيا لان اوكسيد الزنك النانوي يعد من افضل اشباه الموصلات واكثرها استخداما في العديد من المجالات حيث يكون ذو جودة عالية في تكوين مختلف السطوح التي تستعمل في العديد من المجالات حيث يستخدم في دراسة حساسية الاصباغ و في الخلايا الشمسية والاغشية الرقيقة و الاقطاب النانوية واجهزة استشعار المواد الغازات الكيميائية والاختزالات الضوئية وفي التحفيز الضوئي غير المتجانس وفي المجال البيولوجي كمضاد للفطريات والبكتيريا وفي مجالات الاتصال وله اهمية كبيرة في المجالات البصرية والكهربائية <br /> 1-8-1تحطيم الملوثات العضوية Degradation of Organic pollution اشباه الموصلات مثل اوكسيد التيتانيوم و أوكسيد الزنك تقوم من خلال عملية التحطيم الضوئي بإزالة الملوثات العضوية لما تملكه مثل هذه الاكاسيد من مساحة سطحية كبيرة وحجم صغير، حيث تؤثر هذه الاكاسيد في عملية التحلل وتعمل على زيادتها . حيث ان الية عمل التحفيز الضوئي تتمثل في توليد ثقوب موجبة و إلكترونات بالتحفيز الضوئي وتكون مثارة ضوئيا. في جزيئات اشباه الموصلات يظهر تأثير الاشعة فوق البنفسجية مع الاثارة الضوئية للمادة الصلبة في تغير طاقة وحالة الالكترونات عند حزمة التكافؤ تنتقل وتتغير الى حزمة التوصيل وعند التحفيز الضوئي يحصل تغير في سطح المحفز الضوئي متمثل بانتشار مزدوجات ثقب الكترون حيث تدخل في تفاعل كيميائي مع متفاعل يستقبل الكترونات او يمنحها و مع اكسدة قوية تنتج جذور OH من خلال تحويل الاوكسجين والماء بوساطة تلك الثقوب الحرة والالكترونات <br /><br /> 1-8-2الفعالية البيولوجية Biologic Activity <br /> في مختلف الامراض المعدية يوجد عائق امام العلاج الكيميائي وهو المقاومة البكتيرية تمتلك اكاسيد الفلزات القدرة والفعالية للعمل كمضادات للبكتيريا . ومن ضمن الاكاسيد الفلزية اوكسيد الزنك حيث اظهر مقاومة كمضاد للبكتيريا والجراثيم التي تسبب العديد من الامراض حيث تؤثر هذه الاكاسيد منها واكسيد الزنك النانوي في غشاء الخلية البكيرية و يصبح غير منتظم بسبب تأثير ملامسة اوكسيد الزنك. و تم تطوير مواد تعمل كمضادات للبكتيريا في مجالات الاغذية والطبية والصناعية وهذه العوامل والمواد تكون عضوية وغير عضوية والمضادات البكتيرية العضوية تكون قليلة الثبات عند الضغط والحرارة العالية. والمضادات البكتيرية اللاعضوية اكثر استقراريه وثباتا وحجم المساحة السطحية كبير اي نسبة المساحة بين الحجم و السطح . و في الجسيمات النانوية هذه عند حصول زيادة في المساحة السطحية يزداد التفاعل مع الجزيئات المحيطة حيث تعمل هذه الجسميات النانوية لأوكسيد الزنك في الخلايا البدائية على تثبيط النمو وفي الخلايا حقيقية النواة تعمل على تحفيز موت الخلايا وتمزق طبقات الشحوم الفطرية و البكتيريا بسبب التأثير السام اتجاهها من قبل الجسيمات النانوية لأوكسيد الزنك . <br /> 1-8-3أجهزة استشعار الغاز Gas Sensors <br /> مواد الاستشعار خضعت للتطوير باعتماد عدد من اشباه الموصلات لأكاسيد المواد الفلزية منها اوكسيد الزنك واكاسيد القصدير واوكسيد التيتانيوم ويعد الغلاف الجوي الغازي لهذه الاكاسيد من الخصائص الكهربائية المعتمدة. وتتميز اكاسيد اشباه الموصلات بأسطح ذات استقرارية عالية وقد تم تحظيرها باستعمال مواد كيميائية صلبة لانخفاض طاقة التشغيل والاستهلاك والتكلفة وابعادها الصغيرة واستخدامها في معالجة الالكترونيات وبسبب التوصيل المحدود للغاز استخدمت المواد النانوية وفي الآونة الاخيرة استحوذت تقنية استشعار الغاز على اهمية كبيرة نظرا للتطبيقات الواسعة في صناعة السيارات والتطبيقات الطبية وفي المعالجات الالكترونية والتحكم في التوصيل الكهربائي وانخفاض التكلفة وحجومها الصغيرة وفي الانتاج الصناعي وفي الانظمة الذكية <br />4- 1-8الامتزاز Adsorption <br /> تقنية الامتزاز تعد من اكثر الطرق استخداما للتخلص من الاصباغ و ايونات المعادن في المياه اضافة الى انها تعرقل او تقلل من فعالية التمثيل الضوئي في النباتات و تسبب الاصباغ مشاكل في تغلل الضوء في المياه السطحية مما يسبب ضررا للبيئة المائية لما تمثله الاصباغ من ملوثات و مخلفات سائلة و تشكل ملوثات المعادن خطرا على حياة الكائنات لأنها تتراكم و تترسب و تصبح غير قابلة للتحلل و تزيد السمية ونظرا لما تحتويه الممتزات من مميزات حيث تعد طريقة فعالة و بديلة و يعد الامتزاز ذا كفاءة و فعالية كبيرة يشمل العديد من الملوثات و بذلك تعد طريقة الممتزات وسيلة فعالة لتنقية المياه حيث يستعمل اوكسيد الزنك لما يحتويه من قدرة امتزاز جيدة و منخفض التكلفة و سهولة الحصول عليه و توفيره و ذي مسامية و مساحة سطحية عالية <br />1-9 طرق جعل اوكسيد الزنك نشط ضوئيا <br />Methods making zinc oxide visible light active <br />يقتصر الإشعاع الذي يمكن أن يستخدمه ZnO على جزء من الأشعة فوق البنفسجية ، و يسمح التحسس الضوئي لأشباه الموصلات من خلال نشاط الأنواع الاصطناعية بالاستفادة من الطاقة الشمسية المرئية المجانية . يعد تعديل سطح ZnO أحد الدورات التدريبية الواعدة لتمكين ZnO من الحساسية للضوء المرئي . يمكن أن يؤدي تعاطي المنشطات مع أيونات المعادن و المشاركة مع المواد غير المعدنية إلى تعزيز محاصرة إلكترونات نطاق التوصيل المثار ضوئيًا على السطح في تفاعلات التحليل الضوئي . ان TiO2 وأوكسيد الزنك ، هي عوامل مساعدة لها نشاط منخفض للغاية في الضوء المرئي مقارنة مع الأشعة فوق البنفسجية وذلك بسبب ان فجوة الحزمة التي تملكها أكثر من3.37 الكترون فولت . و من أجل استخدام أشعة الشمس في تفاعلات التحليل الضوئي للملوثات تحتاج أشباه الموصلات الى تعديلها من خلال مزجها مع معادن اخرى ذات فجوة حزمة منخفضة كما في الشكل <br /> <br />شكل (6-1) مستوى الطاقة والانتقالات الالكترونية لأوكسيد الزنك مع الضوء المرئي عندما يكون اوكسيد الزنك مشوب ( (aوغير مشوب b)) <br />1-9-1 -التشويب المعدني Metallic doping استخدام ZnO المشوب بمعدن انتقالي كمحفزات ضوئية من أجل تحسين خصائصها الفيزيائية ، وتحديداً للحث على فجوة ضيقة في نطاق الطاقة في هيكلها الإلكتروني . ومع ذلك فإن امتصاص ZnO للضوء المرئي و الحاوية على الأوكسجين السطحي قد تتوسع تأثيرها على الضوء المرئي العالي . وتعتمد الفعالية الضوئية للمحفز الضوئي ZnO المشوب بالمعدن بشكل أساسي على طبيعة الأيونات المشبعة و التركيز و طريقة التحضير و ظروف العمل ، ان أوكسيد الزنك المشوب مع مختلف المعادن الانتقالية , حيث تكون هذه الأيونات المعدنية الانتقالية ممزوجة مع أيونات Zn+2 بالتناسق رباعي السطوح في أوكسيد الزنك ، حيث تقل فجوة الحزمة بين اوربيتالات sp - d و تحدث التداخلات بين الكترونات التوصيل و الكترونات التكافؤ في هذه المشوبات . و قد لوحظ نشاط جيداُ في أوكسيد الزنك المشوب بالنحاس في المنطقة المرئية . مع زيادة في كمية ثاني أوكسيد الكاربون فان أوكسيد الزنك يزداد امتصاص الضوء المرئي وكمية الأوكسجين في السطح . أظهرت أكاسيد الزنك المشوبة نشاط ضوء أفضل من المنغنيز و النيكل المشوبة في التحليل الضوئي ( photocatalysts)0 و أوكسيد الزنك فضل نظرا لتبلوره وضيق فجوة الحزمة <br /> ..<br /> الشكل ( 7-1 ) التشويب بالعناصر الانتقالية المعدنية <br /> 1-9-2-التشويب بالعناصر غير المعدنية Nonmetallic doping <br /> أظهرت الدراسات الحديثة على حد سواء نظريًا وتجريبيًا أن أنواع النيتروجين الناتجة عن حالات N 2p المترجمة فوق VB والتحولات الإلكترونية من حالة N 2p إلى CB تتم في TiO2 تحت إشعاع الضوء المرئي . يتم تمثيل مثال مثير للاهتمام بوساطة حزم N-ZnO النانوية مع نشاط تحفيزي ضوئي للضوء المرئي ، تم تحضيره بالطريقة الحرارية المستخدمة في الحزم النانوية ZnO HF في وجود NH3 ، وانخفضت فجوة الطاقة لـ ZnO من 2.20إلى 1,95 فولت نتيجة لاستبدال المنشطات بالنيتروجين مساهمة النيتروجين في الجزء العلوي من VB من ZnO . تم تحقيق أكسدة الماء على هذا المحفز الضوئي تحت إضاءة الضوء المرئي (λ> 420 نانومتر) (10) يستخدم أوكسيد الزنك وTiO2 في التحليل الضوئي بسبب الحساسية العالية للضوء ، و غير سامة ، و منخفضة التكلفة ، و تكون فعالة في منطقة الأشعة فوق البنفسجية و جزء قليل من الضوء المرئي بسبب فجوة الحزمة الكبيرة في TiO2 و أوكسيد الزنك يمكن تقليل فجوة الحزمة في أوكسيد الزنك عن طريق المشوبات غير المعدنية مثل (S، N , C) , و ان أوكسيد الزنك المشوب بالمواد غير المعدنية يمكن أن تمتد لامتصاص الضوء المرئي 0 و قد تم اضافه الكاربون إلى أوكسيد الزنك لتعديل المسامية من خلال الانحلال الحراري بمساعدة البوليمر في درجة حراره 500 م مئوية , و كان أوكسيد الزنك المشوب بالكاربون يتميز بخصائص جيدة . <br /><br />الشكل (8-1 ) الية تضييق حزمة الطاقة نتيجة اضافة المشوبات لـZnO <br /> 1-9- 3ازدواج اشباه الموصلات Semiconductor coupling <br /> يسمح اقتران أشباه الموصلات من خلال اقتران اثنين أو أكثر من أشباه الموصلات النانوية بتصميم هياكل غير متجانسة من أشباه الموصلات التي يحتمل أن تكون مناسبة في التحفيز الضوئي و الإلكترونيات الدقيقة و تقسيم الماء وغيرها . فائدة استخدام اقتران أشباه الموصلات ذات شقين : (1) لتطوير تفاعل عن طريق اقتران أشباه الموصلات ذات فجوة الطاقة الكبيرة بأشباه الموصلات ذات فجوة الطاقة القصيرة . (2) من خلال حقن الإلكترونات في نطاق التوصيل السفلي لأشباه الموصلات ذات فجوة الطاقة الكبيرة ، يؤدي ذلك إلى إعاقة إعادة تركيب ناقلات الشحنة المولدة ضوئيًا . أحد الأنواع الرئيسية لمواد المركبات النانوية هو أكاسيد فلزية شبه موصلة مقترنة على سبيل المثال TiO2 / SnO2 متناهية الصغر التي تشكل أكاسيد متنوعة محاليل صلبة ، والأخرى تشكل مركبات كيميائية مختلفة ، مثل ZnCo2O4 و ZnSn2O4 و الأنظمة الأخرى التي لا تشكل مركبات و لا محاليل صلبة مثل مركب TiO2 / WO3 النانوي ، هذه الأكاسيد المقترنة بالنانو لها إمكانات كبيرة للتطبيقات في مستشعرات الغاز ، و الحفز الضوئي و الخلايا الكهروكيميائية الضوئية ان جمع اثنين أو أكثر من أشباه الموصلات ذات التركيب النانوي ينتج أشباه أدى ازدواج أوكسيد الزنك مع SnO2 الى تحسين عملية التحليل الضوئي باستخدام العوامل المساعدة تحت إضاءة الإشعاع . و ان عملية ازدواج أشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة الكبيرة مع أشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة الصغيرة ، مكنت من الحصول على فصل ثقب الإلكترون hole-electron) ) باستخدام طول موجي طويل اي طاقة اقل للضوء , و كشفت التجارب الكهروكيميائية أن المركبات الثلاثية تزيد الفعالية الضوئية مقارنة مع المركب أوكسيد الزنك . <br /><br /> الشكل( 9-1 ) الية تحسس ZnO للضوء المرئي بطريقة الاقتران مع شبه موصل اخر<br /> 1-9-4 – التحسس بالاصباغ Dye sensitization<br />تستخدم تقنيات التحسس على نطاق و اسع لاستخدام الضوء المرئي لتحويل الطاقة . في حالة التحسس باستخدام الأصباغ العضوية التي تحتوي على محسسات قابلة للحياة بشكل استثنائي و التي تعد في الغالب . يمكن تحقيق التحسس الضوئي عن طريق امتصاص الطاقة الضوئية ، و تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية ، و تبديلها في ظل ظروف مثالية ، و يمكن امتزاز المحسس الضوئي على سطح أشباه الموصلات عن طريق تفاعل إلكتروستاتيكي أو كاره للماء أو كيميائي و الذي عند الإثارة ، يمكن أن تكون إلكترونات جزيء الصبغة مثارة حقنها في CB من أشباه الموصلات لبدء التفاعلات التحفيزية . بالإضافة إلى الأصباغ العضوية و المحسّسات غير العضوية ، فإن الأصباغ و المجمّعات المعدنية التنسيقية هي محسّسات ضوئية فعّالة تقبل توسيع نطاق الاهتمام البحثي ، و التحسس الضوئي السطحي بوساطة الأصباغ العضوية و المجمّعات المعدنية التنسيقية عن طريق المحسّسات الضوئية إلى تبادل الشحن TiO2 الذي يشير إلى مكونات جذابة .تم ربط تقنية التحسس الضوئي بالعديد من المجالات مؤخرًا ، بما في ذلك الضوء المرئي الذي يعزز التحلل الضوئي للملوثات ، و الخلية الشمسية الصبغية ، و الخلايا الشمسية الحساسة لأشباه الموصلات ، و تقدم الهيدروجين المرئي المستحث من الماء. <br /> الشكل (10-1) الية تحسيس السطح بالصبغة لأشباه الموصلات و جعلها فعالة في الضوء المرئي<br /> 1-9-5 –التحسس باشباه الموصلات Sensitivity to semiconductor التحسس السطحي لمحفز ضوئي لأشباه الموصلات يحتوي على طاقة فجوة نطاق كافية للتحفيز الحقيقي لتفاعلات كيميائية مختلفة مثل TiO2 و WO3 و ZnO من خلال مجمعات صبغات معادن ممتصة كيميائيًا أو ممزوجة بالتحلل قادرة على زيادة كفاءة عملية الإثارة.ان أوكسيد الزنك الفعال يستجيب بصورة جيدة للغازات ، المبدأ الذي يعتمد عليه هو التغيير في التوصيلية عند التعرض للغازات المستهدفة ، و يمكن زيادة قدرة استشعار الغازات خلال اضافة المشوبات أو باستخدام كمية صغيرة من المعادن المحفزة ، مثل البلاديوم و البلاتين ، التي تزيد حساسية للغازات ، و يحسن من زمن الاستجابة و تم استخدام طريقة التبخر لوضع طبقة على أكاسيد المعادن في الأغشية الرقيقة . يتم توزيع المشوب بصورة متساوية على سطح أشباه الموصلات، و ان التأثير على الحساسية يكون جيدا للغاية حيث تم الحصول على فلم أوكسيد الزنك عن طريق التحلل الحراري لنترات الزنك و أظهرت نتائج جيدة في تحميل المشوب على أوكسيد الزنك و تأثيره في استشعار ZnOلغاز البترول المسال و زياده خاصية الاستشعار للغاز <br />1-9-6- التهجين مع المواد النانوية Hybridization with nanomaterials إن تهجين أكاسيد أشباه الموصلات بهياكل نانوية معدنية أو كربونية مناسبة هو استراتيجية قوية للغاية لتعزيز الخصائص الكهربائية والكيميائية والفيزيائية للأكاسيد والتحكم في الأبعاد النانوية وبالتالي التطبيقات المختلفة نظرًا لخصائص الاستشعار الممتازة للمواد النانوية القائمة على تهجين ZnO/CNTs في الكشف عن NO2 و NH3 في درجة حرارة الغرفة اما تهجين أكسيد الجرافين المختزل (rGO) مع ZnO فأظهر استجابة أفضل بكثير وسرعة استشعار لغاز NH3 من مركبات SnO2 / أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران (MWCNT) مقارنة بهياكل SnO2 أو CNT. ، هذه المواد النانوية المهجنة القائمة على الأنابيب النانوية الكربونية أدت دورًا رائدًا نحو أجهزة استشعار موثوقة ، ومن المزايا المهمة الأخرى لتهجين أكاسيد أشباه الموصلات والبنى غير المتجانسة CNT كفاءتها العالية في فصل أزواج ثقوب الإلكترون المولدة ضوئيًا . <br /><br /> <br />م م/ كرار حازم سالم/ تدريسي قسم الصيدلة كلية المستقبل الجامعة <br />م د/ زيد حمزه / تدريسي جامعة القادسية كلية الصيدلة <br /><br /><br />