حذف آلودگی های دارویی از آب با نور خورشید
به گزارش بازار پرواز، محققان دانشگاه صنعتی سهند موفق به توسعه نانوفوتوکاتالیستی شده اند که می تواند با بهره گیری از نور خورشید، آنتی بیوتیک های خانواده کینولون را با راندمانی قابل توجه از آب حذف کند.
به گزارش بازار پرواز به نقل از ستاد نانو، این ماده نوین که بر پایه یک ساختار نانوهتروجانکشن سه تایی طراحی شده، حاصل ترکیب هوشمندانه فناوری نانو با شیوه های نوآورانه سنتز است. یافته های این تحقیق نشان داده است که می توان با تأکید بر نور خورشید و مواد نانوساختار، گامی مؤثر در جهت تصفیه پایدار آب و کاهش مخاطرات زیست محیطی ناشی از آلاینده های دارویی برداشت.
آلودگی منابع آب به باقیمانده های دارویی، خصوصاً آنتی بیوتیک ها، به یکی از دغدغه های جدی محیط زیستی و بهداشتی در دهه های اخیر تبدیل گشته است. ترکیباتی مانند آنتی بیوتیک های کینولونی که به شکل گسترده در درمان های انسانی و دامپزشکی مصرف می شوند، بعد از ورود به محیط های آبی بسختی تجزیه می شوند و شیوه های متداول تصفیه آب توان حذف کامل آنها را ندارند. حضور این آلاینده ها می تواند به گسترش مقاومت آنتی بیوتیکی، اختلال در زنجیره های زیستی و تهدید سلامت انسان منجر شود. همین مساله، لزوم توسعه راهکارهای نوین، کارآمد و پایدار برای حذف این ترکیبات را بیشتر از پیش برجسته می کند.
در این چارچوب، محققان دانشگاه صنعتی سهند با تأکید بر فناوری نانو و سودجستن از انرژی خورشیدی، موفق به طراحی و ساخت یک نانوفوتوکاتالیست نوظهور شده اند که توان بالایی در حذف آنتی بیوتیک های کینولونی از محیط های آبی دارد. این تحقیق با معرفی یک ساختار سه تایی موسوم به CeO₂/Bi₂₄O₃₁Cl₁₀/Bi₃O₄Cl، افق جدیدی در عرصه تصفیه پیشرفته آب و پساب های دارویی گشوده است.
فوتوکاتالیست ها موادی هستند که با جذب نور، واکنش های شیمیایی تخریبی را فعال می کنند و می توانند آلاینده های پیچیده را به ترکیبات ساده تر و کم خطرتر تبدیل کنند. با این وجود، خیلی از فوتوکاتالیست های متداول تنها در محدوده فرابنفش فعال اند و کارآمدی محدودی در نور خورشید دارند. چالش اصلی این تحقیق هم دقیقا در همین نقطه تعریف می شود: چطور میتوان ماده ای طراحی کرد که هم در نور مرئی خورشید فعال باشد و هم بازده بالایی در تخریب آلاینده های دارویی نشان دهد؟ پاسخ این پرسش، در مهندسی نانوساختار و ایجاد هتروجانکشن های چندگانه نهفته است.
بخش نانویی این مطالعه، بر طراحی یک نانوفوتوکاتالیست سه تایی با اتصال فازهای مختلف در مقیاس نانو متمرکز بوده است. این ساختار هتروجانکشن سه گانه، امکان جداسازی مؤثرتر الکترون و حفره و کاهش بازترکیب آنها را فراهم می کند؛ عاملی کلیدی که مستقیماً به افزایش راندمان فوتوکاتالیستی منجر می شود.
برای ساخت این نانوماده، محققان از روشی نوآورانه با عنوان «احتراق مایکروویوی همراه با فرآیند هیدروترمال القاشده با امواج فراصوت» بهره برده اند. به کارگیری هم زمان مایکروویو و فراصوت، نه فقط به کاهش اندازه ذرات و بهبود پراکندگی نانوساختارها کمک کرده، بلکه سبب یکنواختی بهتر فازها در مقیاس نانو شده است. مقایسه نمونه های سنتزشده با و بدون فراصوت نشان داده است که حضور انرژی فراصوت، نقشی تعیین کننده در بهبود خصوصیت های ساختاری و عملکردی فوتوکاتالیست دارد.
نتایج آزمایش ها از آن حکایت می کند که نانوفوتوکاتالیست CeO₂/Bi₂₄O₃₁Cl₁₀/Bi₃O₄Cl با نسبت وزنی ۳ به ۱، بهترین عملکرد را در بین نمونه های بررسی شده از خود نشان داده است. این ماده توانسته است بعد از ۱۸۰ دقیقه تابش نور خورشید، حدود ۸۷.۶ درصد نورفلوکساسین، ۷۰.۲ درصد لووفلوکساسین، ۶۶.۲ درصد افلوکساسین و ۵۷.۹ درصد سیپروفلوکساسین را از محلول های آلوده حذف کند. این در شرایطی است که نمونه مشابه بدون استفاده از فراصوت، عملکرد ضعیف تری را به معرض نمایش گذاشته است.
بررسی های طیف سنجی نشان داده است که این نانوکامپوزیت دارای دو لبه جذب نوری در ناحیه مرئی است که مبین تشکیل موفق ساختار سه تایی و قابلیت جذب مؤثر نور خورشید است. تصاویر میکروسکوپی هم توزیع یکنواخت نانوذرات اکسید سریم بر روی صفحات ترکیبات بیسموتی را تأیید می کند؛ ساختاری که برای انتقال مؤثر بار و افزایش واکنش های سطحی بسیار مهم است.
از منظر خصوصیت های سطحی، وجود هم زمان حفره های مزو و ماکرو در این نانوفوتوکاتالیست، مسیر نفوذ آلاینده ها به سطح فعال را تسهیل کرده و انتقال جرم را بهبود بخشیده است. این عامل، در کنار اثرات پلاسمونی و ساختار هتروجانکشن، نقش برجسته ی در افزایش بازده تخریب فوتوکاتالیستی ایفا می کند.
نکته مهم دیگر، پایداری و قابلیت استفاده مجدد این نانوفوتوکاتالیست است. نتایج آزمون های بازیافت نشان داده است که ماده توسعه یافته بعد از چندین چرخه استفاده، افت عملکرد قابل توجهی ندارد؛ خصوصیت ای که آنرا برای کاربردهای عملی و صنعتی امیدوارکننده می سازد.
در مجموع، این تحقیق نشان داده است که چطور میتوان با بهره بردن هوشمندانه از فناوری نانو، طراحی ساختارهای هتروجانکشن و استفاده از انرژی پاک خورشیدی، راهکاری مؤثر برای رویارویی با آلودگی های دارویی عرضه داد. موفقیت محققان دانشگاه صنعتی سهند، نمونه ای روشن از نقش فناوری های نوظهور در حل مسایل پیچیده زیست محیطی است و می تواند زمینه ساز توسعه سیستم های تصفیه پایدار و کم هزینه برای محافظت از منابع آب باشد.
نتایج این پروژه در قالب مقاله ای با عنوان Emerging CeO۲/Bi۲۴O۳۱Cl۱۰/Bi۳O۴Cl ternary-hetero-assembly nanophotocatalyst for superior sunlight-irradiated photo-elimination of quinolone antibiotics: Microwave combustion-assisted sono-induced-hydrothermal synthesis در نشریه Journal of Cleaner Production به چاپ رسیده است. به طور خلاصه به کارگیری هم زمان مایکروویو و فراصوت، نه فقط به کاهش اندازه ذرات و بهبود پراکندگی نانوساختارها کمک کرده، بلکه سبب یکنواختی بهتر فازها در مقیاس نانو شده است. این ماده توانسته است پس از ۱۸۰ دقیقه تابش نور خورشید، حدود ۸۷.۶ درصد نورفلوکساسین، ۷۰.۲ درصد لووفلوکساسین، ۶۶.۲ درصد افلوکساسین و ۵۷.۹ درصد سیپروفلوکساسین را از محلول های آلوده حذف کند. این در حالی است که نمونه مشابه بدون استفاده از فراصوت، عملکرد ضعیف تری را به نمایش گذاشته است.
منبع: flybazar.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب