کاربرد نانوکاتالیزورها در حذف آلودگی‌های زیست‌محیطی

کاربرد نانوکاتالیزورها در حذف آلودگی‌های زیست‌محیطی

---

محققان دانشگاه رایس با هدف توسعه، ارزیابی و استفاده از کاتالیزورهای نانومقیاس جدید برای حذف آلاینده‌های زیست‌محیطی تحقیق جامعی را ترتیب داده‌اند. سیستم‌های غشایی، بخش مهم سیستم‌های تصفیه آبی را تشکیل می‌دهند و در حالت غیر فعال می‌توانند آلاینده‌ها را از آب جدا کرده و از بین ببرند.

ذرات کاتالیزوری چه به صورت همگن در محلول پراکنده شده یا روی ساختارهای غشایی رسوب داده شده باشند؛ می‌توانند ما را از تجزیه شیمیایی آلاینده‌ها و اینکه به نقطه دیگری نمی‌روند؛ مطمئن سازند. توجه عمده این تحقیق به تصفیه کاتالیزوری آب‌های آلوده‌ای که کارایی فناوری‌های موجود برای آنها ضعیف بوده و یا هزینه‌های بالایی دارد، اختصاص دارد. پس از چندین سال تلاش، سرانجام این تحقیق به مجموعه‌ای از سیستم‌های نانوکاتالیزوری منجر می‌شود که باید از بین آنها کاتالیزور مناسب برای سیستم‌های تصفیه آب، مطابق‌ با نیازهای خاص هر منطقه انتخاب شود. در این تحقیق توجه خاص محققان به حذف تری‌کلرواتیلن و آلاینده‌های آروماتیک آلی، عمدتاً حشره‌کش‌ها، از آب‌های زیرزمینی است. هر سیستمی به کاتالیزور متفاوت و راهبرد خاص خود نیاز دارد؛ اما به هر حال مهندسی نانومقیاس مواد، امکان طراحی سیستم‌های کارآمدتر را فراهم می‌کند.
اثر افزودن فلزات مختلف در بهبود فعالیت کاتالیزوری شناخته شده است و این دانشمندان از آن در حذف تری‌کلرواتیلن (TCE) از آب‌های زیرزمینی استفاده کرده‌اند. ذرات کاتالیزوری زیست فلزی قرار داده شده روی یک سطح آلومینا، چهار تا پنج برابر بازدهی بیشتری نسبت به فلزات خالص که به تنهایی در این فرایند به‌کار می‌رفتند؛ از خود نشان دادند.
همچنین برای حذف آروماتیک‌های آلی از آب‌های زیرزمینی، نوع دیگری از کاتالیزورها لازم است. به این منظور از مواد کاتالیزوری نوری مانند تیتانیا که با نور فعال می‌شوند، برای اکسیداسیون این آلاینده‌ها استفاده شود.
این مواد تحت تابش اشعه فرابنفش، قابلیت اکسیداسیون نوری بسیاری از مولکول‌ها را پیدا می‌کند. این گروه روش جدیدی توسعه داده‌اند که طی آن نانوبلورهای تیتانیوم با سطح ویژه بالا
(بیش از (250 m2/gm برای حذف آروماتیک‌های آلی تولید می‌شوند. آنها مشخصات دقیق این سیستم‌ها را اندازه‌گیری کردند. و دریافتند که وجه (101) بلور تیتانیا در سیستم‌های شبه ‌میله‌ای، چهار تا پنج برابر بهتر از دیگر وجه‌های بلوری دیگر آن عمل می‌کند. تولید رادیکال آزاد توسطC60 متراکم در آب، امکان تجزیه آلاینده‌ها را فراهم می‌کند. همچنین C60 کاتالیزور نوری بسیار خوب است که کارایی آن صدها و بلکه هزارها برابر بیش از تیتانیای موجود در بازار است.

تصاویر TEM کاتالیزورهای نوری نانوبلورهای تیتانیای تهیه شده تحت شرایط هیدروترمال به ترتیب بدون سورفکتانت، با غلظت پایین سورفکتانت، و با غلظت بالای سورفکتانت