تصفیه آب با نور خورشید

به گزارش خبرآنلاین، شیمیدان ها از انرژی نور خورشید برای پاکسازی آب شیرین از آلودگی ها استفاده می کنند.

به گزارش ایسنا، محققان «دانشگاه میلان» در پژوهشی جدید از فرآیندی به نام «فتوکاتالیز» استفاده کردند و نشان دادند که انرژی نور خورشید می تواند باعث تجزیه مولکول های آلی شود.

استفاده از فوتوکاتالیز برای تصفیه فاضلاب ایده جدیدی نیست. بسیاری از آلاینده های آلی رایج قبلاً با موفقیت توسط این روش تخریب 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 کمبود آب آشامیدنی و همچنین نیاز به ضد عفونی فاضلاب و استفاده مجدد از آن را برطرف کنند.

“کلودیا بیانکی” استاد شیمی صنعتی دانشگاه میلان و یکی از محققین اصلی این پروژه گفت: یافتن یک روش جهانی ساده، مقرون به صرفه و در دسترس برای استفاده از فوتوکاتالیز در تصفیه آب، به ویژه در جوامعی که دسترسی محدود به اب.” نظافت همچنان یک چالش همیشگی است.

بیانچی به دشواری طراحی یک روش موثر برای حذف آلاینده ها اشاره کرد و در عین حال اطمینان حاصل کرد که فوتوکاتالیز یک روش قابل استفاده مجدد و زیست تخریب پذیر است که باعث واکنش های جانبی ناخواسته و مضر نمی شود.

کاتالیزور شناور

تلاش‌های قبلی برای اعمال فوتوکاتالیز در تصفیه فاضلاب، کاتالیزورهایی را به شکل پودر اضافه کرده‌اند، اما این امر جمع‌آوری آنها را در مراحل بعدی دشوار می‌کند. محققان در مقاله خود نوشتند که استفاده از مواد به شکل پودر از نقطه نظر عملی به دلیل دشواری جداسازی آنها از مخلوط برای استفاده مجدد محدود 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 خطری برای اکوسیستم های آبی ایجاد نمی کند.

این گروه تحقیقاتی برای فرآیند فوتوکاتالیز خود، لایه‌هایی از بیسموت اکسی‌برومید را روی سطح دانه‌ها رشد دادند. این ماده دارای فعالیت فتوکاتالیستی بالایی است، از نظر شیمیایی پایدار است و خطر خود تخریبی 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 به الکترون ها انرژی می دهد تا از نوار ظرفیت به نوار رسانایی حرکت کنند. در نتیجه جفت الکترون-حفره ایجاد می شود.

به عبارت ساده، این بدان معناست که نور در فرآیند فوتوکاتالیز الکترون ها را تحریک می کند تا به لایه بیرونی ماده حرکت کنند، جایی که با مولکول های حاوی کربن واکنش می دهند تا آنها را تجزیه کنند. بیانچی افزود: این جفت الکترون-حفره تجزیه آلاینده های آلی را به دی اکسید کربن و آب تسهیل می کند.

تست تجزیه برای آلاینده های رایج

این گروه تحقیقاتی روش خود را بر روی آب لوله کشی حاوی دو داروی رایج دیکلوفناک و ایبوپروفن آزمایش کردند و آنها را همراه با یک کاتالیزور شناور در معرض نور خورشید قرار دادند. دیکلوفناک حتی پس از چندین بار شستشو و استفاده مجدد از دستگاه ها به طور کامل از نمونه های آب حذف شد.

از سوی دیگر، تخریب ایبوپروفن به ویژه زمانی که کاتالیزور مجددا استفاده می شد کارآمدتر بود. این می تواند به دلیل واسطه های تشکیل شده در طی تجزیه دیکلوفناک باشد. واسطه ها می توانند به ذرات معلق بچسبند و در نتیجه توانایی کاتالیزور در تجزیه ایبوپروفن را کاهش دهند. شیمیدانان می گویند که این فرضیه اکنون در دست بررسی است.

بیانچی افزود: 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 فنول ها هستیم که معمولاً به صورت جدا شده یا مخلوط در آب های طبیعی یافت می شوند.

همچنین محدودیت های احتمالی برای این روش وجود دارد. یکی از محدودیت ها، وابستگی کاتالیزور به نور خورشید است که اگرچه به عنوان منبعی مطلوب، رایگان و پاک توصیف می شود، اما کاربرد آن در مناطق جغرافیایی با نور ناکافی خورشید در طول سال را محدود می کند.

ترکیب پیچیده فاضلاب چالش دیگری است که نیاز به بررسی بیشتر دارد، زیرا گروه تحقیقاتی روش خود را بر روی نمونه هایی با تنها دو آلاینده آلی آزمایش کردند.

بیانچی با تاکید بر اینکه هدف تحقیقاتش فراتر از نتایج علمی است، گفت: این تصویری قانع‌کننده از قدرت شیمی برای مقابله با چالش‌های پایدار از طریق راه‌حل‌های نوآورانه است که هم برای بشریت و هم برای محیط زیست مفید است.

۵۸۵۸