ساخت نانوسامانه فتوالکتروکاتالیستی برای حذف سموم گیاهی و مقاوم از پساب
به گزارش پول من، محققان ایرانی با همکاری پژوهشگران بین المللی با توسعه یک فتوالکتروکاتالیست جدید بر پایه ساختار دوگانه S-scheme، موفق به ساخت دستگاه غشایی پیشرفته ای شدند که می تواند سم خیلی خطرناک ریسین را بصورت پیوسته از آب آلوده حذف کند. این موفقیت، گامی مهم در توسعه تکنولوژی های جدید برای حذف سموم گیاهی و آلاینده های مقاوم به حساب می آید.
به گزارش پول من به نقل از ایسنا، آلودگی منابع آب با سموم گیاهی همچون ریسین که یکی از خطرناک ترین فیتوتوکسین های شناخته شده است، به دغدغه ای پررنگ در حوزه محیط زیست و سلامت عمومی تبدیل گشته است. افزایش ورود این ترکیبات سمی به پساب صنایع کشاورزی، واحدهای فرآوری گیاهی و حتی برخی پسماندهای صنعتی، ضرورت توسعه فناوری های پیشرفته و پایدار برای حذف آنها را بیشتر از پیش آشکار کرده است. روش های متداول تصفیه، در مقابل ترکیبات پیچیده ای مانند ریسین چندان کارآمد نیستند و معمولا توان حذف پیوسته و بلند مدت ندارند. در چنین شرایطی، پژوهشی مشترک میان دانشگاه یاسوج، دانشگاه علم و صنعت ایران و دانشگاه فناوری دونگ گوان چین، راهکاری نوآورانه ارایه کرده که می تواند مسیر جدیدی را برای تصفیه پیشرفته آب در مقیاس صنعتی ترسیم کند.
این محققان یک فتوالکتروکاتالیست جدید بر پایه ساختار ناهمگون با طرح دوگانه S-scheme طراحی کردند که از ترکیبات فلزی Zn، Cd، Fe و Se تشکیل شده و بر پایه «پرسیان بلو آنالوگ» تولید شده است. این ساختار پیچیده که ZnCdFeSe نام گرفته، بگونه ای مهندسی شده که بتواند از نور مرئی حداکثر استفاده را ببرد، بارهای الکتریکی فوتوژنره شده را پایدار نگه دارد و واکنش های اکسایش و کاهش سطحی را با بازده بالا انجام دهد. این خاصیت ها سبب شده که کاتالیست مذکور یکی از نمونه های پیشرفته در حوزه تصفیه نوری آب باشد.
محققان این فتوکاتالیست را در قلب یک دستگاه غشایی فتوالکتروکاتالیستی قرار دادند؛ دستگاهی که علاوه بر انجام واکنش های تجزیه فتوکاتالیستی، امکان فیلتراسیون همزمان را نیز فراهم می آورد. نتیجه این ترکیب، یک سامانه پیوسته برای حذف سم ریسین است که می تواند بدون توقف های مکرر، پروسه پاک سازی آب را ادامه دهد. این کار برای تصفیه پساب هایی که به صورت مستمر آلوده می شوند، اهمیت خیلی زیادی دارد.
نتایج این مطالعه نشان میدهد که راندمان حذف فیتوتوکسین ها در این دستگاه به ۹۸.۳۹ درصد می رسد. این رقم برای یک تکنولوژی نوظهور که همزمان دو پروسه تجزیه و جداسازی را انجام می دهد، خیلی چشم گیر است. نکته مهم تر اینست که غشاء در این دستگاه، علاوه بر بهبود نفوذپذیری، خاصیت آنتی فولینگ قابل توجهی نشان می دهد؛ یعنی در مقابل تجمع رسوبات و آلودگی ها مقاومت دارد و زمان عملکرد مؤثر آن بیشتر می شود.
یکی دیگر از موفقیتهای مهم این پژوهش، بررسی عملکرد سیستم در وضعیت طولانی مدت بود. بر طبق نتایج به دست آمده، حتی بعد از ۶ چرخه استفاده مداوم، میزان حذف ریسین بازهم ۷۸.۹۶ درصد باقی می ماند. این مساله نشان میدهد که ساختار دوگانه S-scheme در هسته فتوکاتالیست، ثبات قابل قبولی دارد و غشای مورد استفاده نیز توان تحمل شرایط عملیاتی سخت را داراست.
برای درک بهتر عملکرد این سامانه، محققان از محاسبات نظریه تابع چگالی (DFT) استفاده کردند تا رفتار الکترونی مواد و انتقال بار میان بخش های مختلف ناهمساخت بررسی شود. این داده ها نشان دادند که ارتباطات بین CdSe، ZnSe و FeSe₂ موجب افزایش جذب نور مرئی و تسریع انتقال بار می شود؛ عواملی که برای اکسیداسیون ریسین و معدنی سازی آن حیاتی هستند. در همین جهت، میزان معدنی سازی (Mineralization) در وضعیت ایده آل به ۸۵.۶۷ درصد رسید.
در بخش پایانی پژوهش، یک دستگاه فتورآکتور غشایی کامل طراحی و ساخته شد تا بتواند به صورت پیوسته پساب آلوده به ریسین را تصفیه کند. این دستگاه که از یک غشای تقویت شده با پلی آنیلین و نانوترکیبات فلزی تشکیل شده، عملکرد ۸۳.۶۷ درصدی در تجزیه ریسین را در وضعیت عملی نشان داد. ترکیب فیلتراسیون غشایی با فتوالکتروکاتالیستی، توانست خیلی از محدودیت های معمول را که در سیستم های نوری وجود دارد، کاهش دهد؛ همچون مشکل شفافیت کم، افت شار نوری و رسوب مواد روی غشاء.
این فناوری نه تنها یک گام مهم در توسعه سیستم های پایدار برای تصفیه آب آلوده به سموم گیاهی است، بلکه الگویی برای ساخت چارچوب های پیچیده دوگانه S-scheme ارائه می کند. این ساختارها می توانند در آینده برای حذف سایر آلاینده های مقاوم نیز به کار گرفته شوند. اهمیت این شیوه در آنست که هم عملکرد نوری و هم قابلیت فیلتراسیون را با یکدیگر ترکیب می کند و یک رویکرد دوسویه برای تصفیه آب ارایه می دهد؛ نگاهی که برای صنایع کشاورزی، دارویی و حتی امنیت غذایی می تواند کاربردی باشد.
مطالعه مشترک دانشگاه یاسوج، دانشگاه علم و صنعت ایران و دانشگاه فناوری دونگ گوان یک مسیر جدید را در حوزه فناوری های پاک باز کرده است. با عنایت به روند افزایش آلودگی های زیستی و سموم گیاهی در منابع آب، توسعه اینگونه سیستم های هیبریدی می تواند اهمیت بالای ی در پیشرفت ایمنی آب، کاهش خطرات زیست محیطی و ارایه فناوری هایی با عملکرد پیوسته ایفا کند.
به نقل از ستاد نانو و میکرو، نتایج این پروژه در چارچوب مقاله ای در Chemical Engineering Journal به چاپ رسیده است.
حرف آخر اینکه به گزارش پول من به نقل از ایسنا، آلودگی منابع آب با سموم گیاهی همچون ریسین که یکی از خطرناک ترین فیتوتوکسین های شناخته شده است، به دغدغه ای پررنگ در حوزه محیط زیست و سلامت عمومی تبدیل گشته است. این محققان یک فتوالکتروکاتالیست جدید بر پایه ساختار ناهمگون با طرح دوگانه S-scheme طراحی کردند که از ترکیبات فلزی Zn، Cd، Fe و Se تشکیل شده و بر پایه پرسیان بلو آنالوگ تولید شده است. مطالعه مشترک دانشگاه یاسوج، دانشگاه علم و صنعت ایران و دانشگاه فناوری دونگ گوان یک مسیر جدید را در حوزه فناوری های پاک باز کرده است.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
کامنت کاربران پول من در مورد این مطلب