به گزارش مگتو، شیمیدان ها از انرژی نور خورشید برای تصفیه آب شیرین از آلاینده ها استفاده می کنند.
به گزارش ایسنا، محققان دانشگاه میلان در مطالعه جدیدی از فرآیندی به نام “فتوکاتالیز” استفاده کردند و نشان دادند که انرژی نور خورشید می تواند منجر به تجزیه مولکول های آلی شود.
استفاده از فوتوکاتالیز برای تصفیه فاضلاب ایده جدیدی نیست. بسیاری از آلاینده های آلی رایج قبلاً با استفاده از این روش با موفقیت تجزیه شده اند. با این حال، کاربرد گسترده این فرآیند همچنان با موانع قابل توجهی مواجه است.
راه حلی پایدار برای تصفیه آب
این تحقیق بخشی از تلاش برای ایجاد یک روش در دسترس برای تصفیه آب در کشورهای در حال توسعه و مناطق دور افتاده است. محققان امیدوارند با این کار بتوانند مشکل محدودیت آب آشامیدنی و نیاز به ضد عفونی و استفاده مجدد از فاضلاب را برطرف کنند.
کلودیا بیانکی، استاد شیمی صنعتی در دانشگاه میلان یکی یکی از محققین ارشد این پروژه گفت: “یافتن یک روش جهانی ساده، مقرون به صرفه و قابل دسترس برای استفاده از فوتوکاتالیز در تصفیه آب، به ویژه در جوامعی که دسترسی محدود به آب تمیز دارند، همچنان یک چالش مداوم است.”
بیانچی به دشواری توسعه روشی موثر برای حذف آلاینده ها اشاره کرد و در عین حال اطمینان حاصل کرد که فوتوکاتالیز روشی قابل استفاده مجدد و زیست تخریب پذیر است که باعث واکنش های جانبی ناخواسته و مضر نمی شود.
کاتالیزور شناور
تلاش‌های قبلی برای استفاده از فوتوکاتالیز در تصفیه فاضلاب از کاتالیزورهای پودری استفاده می‌کردند، اما این امر جمع‌آوری آنها را در مراحل بعدی دشوار می‌کرد. محققان در مقاله خود می نویسند که استفاده از مواد به شکل پودر از منظر عملی محدود است زیرا جدا کردن آنها از مخلوط برای استفاده مجدد دشوار است.
بیانچی و تیمش راه حل جدید خود را در قالب یک کاتالیزور شناور ارائه کردند که توسط دانه های خاک رس متخلخل پشتیبانی می شود. این دانه ها به اندازه ای سبک هستند که روی سطح آب شناور شوند. بنابراین پس از استفاده به راحتی می توان آنها را جدا کرد. خاک رس از نظر شیمیایی بی اثر است. این بدان معنی است که با مواد دیگر واکنش نشان نمی دهد و هیچ تهدیدی برای اکوسیستم های آبی ایجاد نمی کند.
این گروه تحقیقاتی برای فرآیند فوتوکاتالیز خود، لایه‌هایی از بیسموت اکسی‌بروماید را روی سطح دانه‌ها رشد دادند. این ماده دارای فعالیت فوتوکاتالیستی بالایی است، از نظر شیمیایی پایدار است و خطر خود تجزیه شدن و ایجاد منبع دیگری از آلودگی را به حداقل می رساند.
بیانچی توضیح داد: نور خورشید به سطح اکسی برومید بیسموت برخورد می کند و الکترون ها را برای حرکت از نوار ظرفیت به نوار رسانایی تحریک می کند. این باعث ایجاد جفت الکترون-حفره می شود.
به عبارت ساده، این بدان معنی است که در فرآیند فوتوکاتالیز، نور الکترون ها را تحریک می کند تا به لایه بیرونی ماده حرکت کنند، جایی که با مولکول های حاوی کربن واکنش داده و آنها را تجزیه می کنند. بیانچی افزود: این جفت‌های الکترون-حفره آلاینده‌های آلی را به دی اکسید کربن و آب تجزیه می‌کنند.
تست تجزیه آلاینده های رایج
این گروه تحقیقاتی روش خود را بر روی آب لوله کشی حاوی دو داروی رایج دیکلوفناک و ایبوپروفن آزمایش کردند و آن را همراه با یک کاتالیزور شناور در معرض نور خورشید قرار دادند. دیکلوفناک حتی پس از چندین بار شستشو و استفاده مجدد دستگاه ها به طور کامل از نمونه های آب حذف شد.
از سوی دیگر، تجزیه ایبوپروفن کارآمدتر بود، به خصوص زمانی که کاتالیزور مجددا استفاده می شد. این می تواند به دلیل محصولات واسطه ای باشد که هنگام تجزیه دیکلوفناک تشکیل می شوند. واسطه ها می توانند به ذرات معلق بچسبند و توانایی کاتالیزور در تجزیه ایبوپروفن را کاهش دهند. شیمیدانان می گویند که این فرضیه در حال حاضر در حال بررسی است.
بیانچی اضافه کرد: در حال حاضر در حال گسترش تحقیقات خود برای ارزیابی توانایی دستگاه در مقابله با سایر آلاینده های آلی از جمله رنگ ها و پلی فنل ها هستیم که معمولا به صورت جداگانه یا مخلوط در آب های طبیعی یافت می شوند.
همچنین محدودیت های احتمالی برای این روش وجود دارد. یکی محدودیت‌ها شامل وابستگی کاتالیزور به نور خورشید است، که اگرچه به عنوان یک منبع مطلوب و رایگان توصیف می‌شود، اما کاربرد آن را در مکان‌های جغرافیایی با نور خورشید ناکافی در طول سال محدود می‌کند.
ترکیب پیچیده فاضلاب چالش دیگری است که نیاز به مطالعه بیشتر دارد، زیرا گروه تحقیقاتی روش خود را بر روی نمونه‌هایی که تنها حاوی دو آلاینده آلی بودند آزمایش کردند.
بیانچی با تاکید بر اینکه هدف از تحقیقاتش فراتر از نتایج علمی است، گفت: “این نمونه قانع کننده ای از قدرت شیمی برای مقابله با چالش های پایدار از طریق راه حل های نوآورانه است که هم برای بشریت و هم برای محیط زیست مفید است.”
۵۸۵۸