معرفی نسل جدیدی از سونوکاتالیست های برای حذف آلاینده های مقاوم در پیشرفته
کوتاه کننده لینک: تیمی از دانشگاه ارومیه با همکاری محقق هایی از دانشگاه های ترکیه نسل جدیدی از سونوکاتالیست ها را برای تصفیه پیشرفته پساب را معرفی کردند که با استفاده از فناوری بالا، راهکاری قدرتمندی برای تخریب کامل مولکول های پیچیده دارویی دارد و بعد از هر بار استفاده قابلیت استفاده مجدد را خواهد داشت.
به گزارش کوتاه کننده لینک به نقل از ایسنا، تیمی از محققان دانشگاه ارومیه با همکاری دانشگاه تبریز، دانشگاه ایستینیه و دانشگاه صنعتی استانبول موفق شده اند نوع تازه ای از سونوکاتالیست های معدنی را برای تصفیه پیشرفته پساب بسازند. این سونوکاتالیست که بر پایه لایه برداری کنترل شده آلومینوسیلیکات های طبیعی و رشد جانبی اکسید کبالت شکل گرفته، توانایی قابل ملاحظه ای در تجزیه آنتی بیوتیک های مقاوم مانند اگزیتتراسیکلین دارد.
اهمیت این موفقیت در اینست که خیلی از منابع آب دنیا در معرض آلاینده هایی قرار دارند که با روش های مرسوم تصفیه حذف نمی شوند و خطرات جدی زیست محیطی و بهداشتی ایجاد می کنند. این تحقیق جدید نشان داده است که این نانوساختار نه تنها قدرت بالایی در تخریب کامل مولکول های پیچیده دارویی دارد، بلکه بعد از هر بار استفاده هم قابل بازیافت و استفاده مجدد است. این خصوصیت ها می تواند مسیر توسعه فناوری های کارآمد و مقرون بصرفه در مدیریت آب را هموار کند.
آلودگی منابع آبی با ترکیبات دارویی، خصوصاً آنتی بیوتیک هایی که بعد از مصرف انسان و دام وارد پساب شهری و صنعتی می شوند، یکی از بحران های روبه رشد محیط زیست در دهه اخیر است. خیلی از این ترکیبات، ساختارهای پیچیده و پایداری دارند و در مقابل فرآیندهای متداول تصفیه مقاومت نشان می دهند. تجمیع تدریجی این مواد در محیط می تواند به گسترش سویه های مقاوم میکروبی، برهم زدن تعادل اکوسیستم ها و تهدید سلامت عمومی منجر شود. به این دلیل، نیاز به تکنولوژی های جدید و پیشرفته برای حذف کامل این آلاینده ها بیشتر از پیش احساس می شود. همین لزوم سبب شد گروهی از محققان دانشگاه ارومیه، دانشگاه تبریز، دانشگاه ایستینیه و دانشگاه صنعتی استانبول پروژه ای مشترک را برای توسعه یک سونوکاتالیست کارآمد آغاز کنند؛ پروژه ای که حال یکی از نمونه های موفق ترکیب علم مواد، نانوفناوری و مهندسی محیط زیست به حساب می آید.
این تحقیق بر پایه سودجستن از یک ماده معدنی پرارزش به نام مونتموریلونیت (MMT) انجام شده است؛ ماده ای لایه ای با ساختار آلومینوسیلیکاتی که به سبب گستره سطحی بالا و قابلیت تبادل یونی، بستری مناسب برای ساخت نانومواد فعال بحساب می آید. محققان با به کارگیری فرآیندی معروف به «لایه برداری انفجاری» یا bursting exfoliation توانستند لایه های این ماده را از یکدیگر جدا کرده و در همین مرحله، رشد جانبی نانوفلیک های اکسید کبالت (Co₃O₄) را روی سطح لایه ها ایجاد کنند. این تشکیل هم زمان دو فرایند — یعنی لایه برداری و رشد نانوذرات ساختاری یکنواخت، پایدار و خیلی فعال پدید آورده است که زیربنای عملکرد سونوکاتالیستی بالا در این تحقیق است.
در این سامانه، نقش سونوکاتالیست خیلی کلیدی است. سونوکاتالیست ها موادی هستند که تحت تأثیر امواج فراصوت، رادیکال های خیلی فعال تولید می کنند. این رادیکال ها، خصوصاً رادیکال هیدروکسیل (•OH)، قدرت اکسیدکنندگی بالایی دارند و قادرند مولکول های پیچیده آلی ـ همچون آنتی بیوتیک هایی مانند اگزیتتراسیکلین ـ را به اجزای ساده تر، بی ضرر و معدنی شده تبدیل کنند. در این تحقیق مشخص شد که مونتموریلونیتِ لایه برداری شده و بارگذاری شده با ۴٫۵ درصد وزنی Co₃O₄ بهترین عملکرد را داشته و در زمان نسبتاً کوتاهی توانسته است بخش عمده آلاینده را از بین ببرد.
بمنظور فهم دقیق سازوکار تخریب، محققان از آزمون های کنترل رادیکال و عامل گیرانداز OPDA استفاده کردند. نتایج نشان داد که رادیکال های هیدروکسیل نقش اصلی را در فرایند اکسایش دارند و ساختار هم لایه ای Co₃O₄–MMTexf می تواند این رادیکال ها را بطور مؤثر تولید و پایدار کند. این مساله خصوصاً در روش های سونوکاتالیستی اهمیت زیادی دارد، چونکه بازده تولید رادیکال یکی از عوامل تعیین کننده در کارآمدی حذف آلاینده هاست.
فرایندهای شناسایی ساختاری مانند XRD هم تأیید کردند که بازتاب (۰۰۱) مربوط به ساختار لایه ای مونتموریلونیت حذف شده و این ماده بعد از لایه برداری، میزبان ساختاری پایدار از نانوذرات Co₃O₄ است. وجود این خصوصیت ها نشان داده است که فرایند مهندسی شده نه تنها به لایه برداری کامل انجامیده، بلکه زمینه ای مناسب برای رشد هدفمند نانوفلیک ها به وجود آورده است.
نکته مهمی که ارزش این فناوری را بیشتر می کند، قابلیت بازیافت و استفاده مجدد آن است. بررسی ها نشان داد که سونوکاتالیست بعد از چندین چرخه استفاده، بازهم کارآمدی قابل توجه خویش را حفظ می نماید و ساختار آن در برخورد با امواج فراصوت و واکنش های اکسایشی گرفتار تخریب جدی نمی گردد. این ویژگی، خصوصاً برای کاربردهای صنعتی و تصفیه خانه ها، اهمیت زیادی دارد؛ چون که خیلی از کاتالیست های مرسوم بعد از چند بار استفاده، عملکرد خویش را از دست می دهند و هزینه های عملیاتی را می افزایند.
به نقل از ستاد نانو، جهت بررسی دقیق تر میزان تجزیه کامل آلاینده، محققان از روش پیشرفته کروماتوگرافی مایع-طیف سنجی جرمی (LC-MS) بهره گرفتند. نتایج این تحلیل نشان داد که بخش اعظم ساختار اگزیتتراسیکلین تخریب و معدنی شده است و تنها مقدار ناچیزی از مولکول های نیمه تجزیه شده در محلول باقیمانده اند. این مساله یکی از نقاط قوت این موفقیت علمی به شمار می رود؛ چونکه در خیلی از روش های تصفیه، تنها بخشی از مولکول شکسته می شود و محصولات میانی پایداری ایجاد می شوند که بعضاً خطرناک تر از آلاینده اولیه اند.
نتایج این پروژه در چارچوب مقاله ای با عنوان Laterally oriented spinel Co۳O۴ on layered aluminosilicate for sonocatalytic wastewater treatment در نشریه Chemical Engineering Journal به چاپ رسیده است.
حرف آخر اینکه به گزارش کوتاه کننده لینک به نقل از ایسنا، تیمی از پژوهشگران دانشگاه ارومیه با همکاری دانشگاه تبریز، دانشگاه ایستینیه و دانشگاه صنعتی استانبول موفق شده اند نوع تازه ای از سونوکاتالیست های معدنی را برای تصفیه پیشرفته پساب بسازند. همین ضرورت سبب شد تعدادی از محققان دانشگاه ارومیه، دانشگاه تبریز، دانشگاه ایستینیه و دانشگاه صنعتی استانبول پروژه ای مشترک را برای توسعه یک سونوکاتالیست کارآمد آغاز کنند؛ پروژه ای که حال یکی از نمونه های موفق ترکیب علم مواد، نانوفناوری و مهندسی محیط زیست بشمار می رود. وجود این خصوصیت ها نشان داده است که پروسه مهندسی شده نه تنها به لایه برداری کامل انجامیده، بلکه زمینه ای مناسب برای رشد هدفمند نانوفلیک ها ایجاد کرده است.
منبع: gph.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان gph در مورد این مطلب