مجله سنجش و ایمنی پرتو

مجله سنجش و ایمنی پرتو

سنتز نانوذرات کلسیم اکسید از ضایعات استخوان ماهی‌مرکب سواحل خلیج‌فارس و بررسی خصوصیات ترمولومینسانس آن در پرتوهای گاما

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محسن محرابی 1
سونیا کرمی 1
کوثر کهزادی 1
حسین پرواز 2
فرزاد بیات مستعلی نژاد 3
فریبا هوائی 4
1 گروه فیزیک، دانشکده علوم و فناوری نانو و زیستی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر، ایران
2 نیروگاه اتمی بوشهر، معاونت ایمنی، بوشهر، ایران
3 گروه مهندسی شیمی، دانشکده نفت، گاز و پتروشیمی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر، ایران
4 دانشکده مهندسی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر، ایران.
10.22052/rsm.2024.254727.1057
چکیده
در این پژوهش ضایعات استخوان ماهی‌مرکب از سواحل خلیج‌فارس جمع‌آوری شده است و پس از شستشو و خالص‌سازی، نانو-ذرات کربنات‌کلسیم خالص توسط فرآیند آسیاب مکانیکی و سپس نانوذرات کلسیم اکسید از کلسینه کردن نانوذرات کربنات کلسیم در کوره سنتز شده است. ساختار و شکل و اندازه نانوذرات بدست آمده به‌وسیله الگوی پراش پرتوایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفته‌اند و با استفاده از روش ویلیامسون-هال اندازه تقریبی 68 نانومتر برای نانوبلورک‌ها به‌دست آمده که با تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی هم‌خوانی دارد. نانوذرات به‌وسیله تابش‌های متفاوت از پرتو گاما به‌وسیله چشمه 60Co مورد تابش قرار گرفته‌اند و رفتار ترمولومینسانس آن‌ها در برابر پرتوهای گاما مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد که نانوذرات در دزهای بالا نسبت به پرتوهای گاما از خود حساسیت نشان می‌دهند و در یک بازه KGy 1 تا 5 KGy رفتار خطی دارند. نمودار محو شدگی نمونه‌ها در یک بازه 30 روزه کاهش 12 درصدی را از خود نشان داده‌اند.
کلیدواژه‌ها
کربنات‌کلسیم
استخوان ماهی‌مرکب
کلسیم اکسید
نانوذرات
ترمولومینسانس
پرتو گاما

عنوان مقاله English

Synthesis of calcium oxide nanoparticles from squid bone wastes of Persian Gulf coasts and investigating Its thermoluminescence properties in gamma rays

نویسندگان English

Mohsen Mehrabi 1
Sonia Karami 1
Kosar Kohzadi 1
Hossein Parvaz 2
Farzad Bayat Mastalinezhad 3
Fariba Havaei 4
1 Physics Department, Persian Gulf University, Bushehr 7516913718, Iran
2 Bushehr Nuclear Power Plant, Safety Deputy, Bushehr, Iran
3 Faculty of Petroleum, Gas and Petrochemical Engineering, Persian Gulf University, Bushehr, Iran
4 Faculty of Engineering, Persian Gulf University, Bushehr, Iran
چکیده English

In this research, Squid bone wastes were collected from the coast of the Persian Gulf. After washing and purification, pure calcium carbonate nanoparticles and calcium oxide nanoparticles were synthesized by mechanical grinding and calcination. The structure, shape, and size of the nanoparticles have been investigated by X-ray diffraction pattern and scanning electron microscope, and using the Williamson-Hall method, an approximate size of 68 nm has been obtained for them, which is consistent with the scanning electron microscope images. Gamma rays irradiated to nanoparticles from a 60Co source and their thermoluminescence properties were investigated. The obtained results illustrate that nanoparticles show sensitivity to gamma rays in high doses and have a linear behavior in a range of 1 kg Gy to 5 kg Gy. The fading curve of the samples showed a 12% decrease in 30 days.

  1. K. Kohzadi, M. Mehrabi, H. Shirkani, S. Karimi. Laser radiation, CDs and Pd-NPs: three influential factors to enhance the hydrogen storage capacity of porous silicon. J. Hydrogen Energy 50 (2024) 464-474.
  2. H. Shang-Pan, W. Zhi-Qiang, W. Xiao-Juan, S. Ji-Wen. Optical properties of Cr doped ZnAl2O4 nanoparticles with Spinel structure synthesized by hydrothermal method. Mater. Res. Express. 7 (1) (2020) 015025.
  3. D. Bhattacharya, S. Mukherjee, R. Kumar Mitra, S. K. Ray. Size dependent optical properties of MoS2 nanoparticles and their photo-catalytic applications. Nanotechnology 31 (14) (2020) 145701.
  4. B. L. Zhu, C. S. Xie, D. W. Zeng, W. L. Song, A. H. Wang. Investigation of gas sensitivity of Sb-doped ZnO nanoparticles. Mater. Chem. Phys. 89 (2005) 148-153.
  5. N. H. Sulimai, R. Abdul Rani, Z. Khusaimi, S. Abdullah, M. J. Salifairus, S. Alrokayan, H. Khan, P. A. Sermon, M. Rusop. Facile synthesis of CaCO3 and investigation on structural and optical properties of high purity crystalline calcite. Mater. Sci. Eng. B. 243 (2019) 78-85.
  6. Q. Wang, Q. Song, J. Qiao, X. Zhang, L. Zhang, Z. Song. Good dispersion of hydrophilic nanoscale calcium carbonate particles in nitrile butadiene rubber matrix. Polymer 52 (2011) 3496-3502.
  7. K. Vijai Anand, M. Reshma, M. Kannan, S. Muthamil Selvan, S. Chaturvedi, A. E. Shalan, K. Govindaraju. Preparation and characterization of calcium oxide nanoparticles from marine molluscan shell waste as nutrient source for plant growth. J. Nanostruct. Chem. 11 (2021) 409-422.
  8. N. Mahinpey, D. Karami. The preparation of zirconia-stabilized calcium oxide nanoparticles using supercritical drying technique for calcium looping process. Catalysis Today 404 (2022) 237-243
  9. S. Bano, S. Pillai. Green synthesis of calcium oxide nanoparticles at different calcination temperatures. World J. Sci. Tech. Sus. Dev. 17 (3) (2020) 283-295(13).
  10. M. Ghiasi, A. Malekzadeh. Synthesis of CaCO3 nanoparticles via citrate method and sequential preparation of CaO and Ca(OH)2 nanoparticles. Cryst. Res. Technol. 47 (2012) 471-478.
  11. L. da Silva Castro, A. G. Barañano, C. J. G. Pinheiro, L. Menini, P. F. Pinheiro. Biodiesel production from cotton oil using heterogeneous CaO catalysts from eggshells prepared at different calcination temperatures. Green Process Synth. 8 (2019) 235-244.
  12. C. Guo, F. Shao, Y. Zhang, X. Sheng, Y. Dong. Preparation of silver/hydroxyapatite nanoparticles using hydroxyapatite nanoparticles with different calcination temperatures. Micro & Nano Letters 7 (9) (2012) 904-906.
  13. R. Ahmadi, S. Osfouri, R. Azin. Synthesis and characterization of nanoparticles from cuttlebone (sepia pharaonis) of Persian Gulf. Iran South Med. J. 21 (2018) 287-296.
  14. Y. Abo-zeid, G. R. Williams. The potential anti-infective applications of metal oxide nanoparticles: A systematic review. Wiley Interdiscip Rev. Nanomed. Nanobiotechnol.12 (2) (2020) e1592.
  15. E. Ferraz, J. A. F. Gamelas, J. Coroado, C. Monteiro, F. Rocha. Eggshell waste to produce building lime: Calcium oxide reactivity, industrial, environmental and economic implications. Mater Struct. 51 (2018) 115.
  16. F. E. Farghaly, M. M. Ahmed, M. A. Abdel Khalek. Industrial Wastewater Treatment Using Squid Bones as a Carbonate Mineral. Australian J. Basic Appl. Sci. 9 (27) )2015( 525-534.
  17. R. Canaparo, F. Foglietta, T. Limongi, L. Serpe. Biomedical applications of reactive oxygen species generation by metal nanoparticles. Materials (Basel). 14 (1) (2021) 53.
  18. S. Ranghar, P. Sirohi, P. Verma, V. Agarwal. Nanoparticle-based drug delivery systems: Promising approaches against infections. Braz. Arch. Biol. Technol. 57 (2013) 209-222.
  19. N. Salah, S. S. Habib, Z. H. Khan, F. Djouider. Thermoluminescence and photoluminescence of ZrO2 nanoparticles. Radiat. Phys. Chem. 80 (2011) 923-928.
  20. M. Mehrabi, M. Zahedifar, S. Hasanloo, K. Kohzadi, H. Nikmanesh, Y. Li. Improving thermoluminescence properties of Li2B4O7: Cu nanoparticles by co-doping Mn impurities for gamma dosimetry application. Eur. Phys. J. Plus138 (2023) 584.
  21. M. Mehrabi, M. Zahedifar, E. Sadeghi. Luminescence properties of pure CaSO4 nanoparticles produced by co-precipitation method. J. Nanostructures 4 (4) (2014) 425-431.
  22. M. Isik, N. M. Gasanly. Thermoluminescence properties of Al doped ZnO nanoparticles. Ceram. Int. 44 (12) (2018) 13929-13933.
  23. L. Grigorjeva, A. Zolotarjovs, S. Y. Sokovnin, D. Millers, K. Smits, V. G. Il’ves. Radioluminescence, thermoluminescence and dosimetric properties of ZnO ceramics. Ceram. Int. 43 (8) (2017) 6187-6191.
  24. P. P. Pal, J. Manam, Photoluminescence and thermoluminescence studies of Tb3+ doped ZnO nanorods. Mater. Sci. Eng.: B 178 (7) (2013) 400-408.
  25. C. Manjunatha, D.V. Sunitha, H. Nagabhushana, M. Nagabhushana, S. C. Sharma, R. P. S. Chakradhar. Combustion synthesis, structural characterization, thermo and photoluminescence studies of CdSiO3:Dy3+ nanophosphor. Spectrochim Acta A. 93 (2012) 140-148.
  26. K. R. Nagabhushana, H. S. Lokesha, S. Satyanarayana Reddy, D. Prakash, M. Veerabhadraswamy, H. Bhagyalakshmi, J. R. Jayaramaiah. Thermoluminescence properties of CaO powder obtained from chicken eggshells. Radiat. Phys. Chem. 138 (2017) 54-59.
  27. Y. Jin, Y. Hu, L. Chen, X. Wang, G. Ju, Z. Mou, F. Liang Luminescence properties of a novel orange emission long persistent phosphor CaO:Sm3+. Opt. Commun. 311 (2013) 266-269.
  28. J. F. Boas, J. R. Pilbrow. Correlation of EPR and thermoluminescence in crystals of highly colored Cao:Mg: Involvement of a center containing hydrogen ions. Phys. Rev. B. 32 (1985) 12.
  29. S. Balu, M. V. Sundaradoss, S. Andra, J. Jeevanandam. Facile biogenic fabrication of hydroxyapatite nanorods using cuttlefish bone and their bactericidal and biocompatibility study. Beilstein J. Nanotechnol. 11 (2020) 285-295.
  30. A. Shavandi, A. E. Bekhit, Z. Sun, M. A. Ali. Bio-scaffolds produced from irradiated squid pen and crab chitosan with hydroxyapatite/β-tricalcium phosphate for bone-tissue engineering. Int. J. Biol. Macromol. 93 (Pt B) (2016) 1446-1456.
  31. N. Khedri, Z. Ramezani, N. Rahbar. Fast, green and effective chromium bio-speciation using Sepia pharaonis endoskeleton nano-powder. Int. J. Environ. Sci. Technol. 13 (2016) 2475-2484.
  32. E. E. Khine, D. Koncz‑Horvath, F. Kristal, T. Ferenczi, G. Karacs, P. Baumli, G. Kaptay. Synthesis and characterization of calcium oxide nanoparticles for CO2 capture. J. Nanopart. Res.24 (2022) 139.
  33. G. K. Williamson, W. H. Hall. X-ray line broadening from filed aluminium and wolfram. Acta Metall. 1 (1953) 22-31.
  34. J. M. Gomez-Ros, G. Kitis. Computerized glow curve deconvolution using general and mixed order kinetics. Radiat. Prot. Dosim. 101 (2002) 272-282.
  35. H. G. Balian, N. W. Eddy. Figure-of-merit (FOM), an improved criterion over the normalized chi-squared test for assessing goodness of-fit of gamma-ray spectra peaks. Nucl. Instr. Meth. 145 (1977) 389-393.