طراحی مواد هوشمند برای رویارویی با آلودگی آب
به گزارش کوتاه کننده لینک، محققان دانشگاه تهران و دانشگاه دامغان با سودجستن از نانومواد دوبعدی MXene و ترکیب آن با پلیمرهای مختلف، موفق به ساخت کامپوزیت هایی شده اند که می توانند طیف وسیعی از آلاینده ها شامل فلزات سنگین، رنگ ها، مواد دارویی و روغن ها را از آب جدا کنند.
به گزارش کوتاه کننده لینک به نقل از ایسنا، محققان دانشگاه تهران و دانشگاه دامغان با استفاده از نانومواد دوبعدی MXene و ترکیب آن با پلیمرهای مختلف، موفق به ساخت کامپوزیت هایی شده اند که می توانند طیف وسیعی از آلاینده ها شامل فلزات سنگین، رنگ ها، مواد دارویی و روغن ها را از آب جدا کنند. نانوذرات MXene با دارا بودن گروههای سطحی مختلف و ساختار لایه ای، امکان اصلاح شیمیایی و فیزیکی سطح را فراهم می کنند و با ترکیب با پلیمرها، استواری مکانیکی، پایداری و قابلیت های کاربردی آنها بهبود می یابد. این موفقیت نشان داده است که ترکیب مهندسی نانو و طراحی مواد پلیمری می تواند راهکارهای مؤثر، قابل تنظیم و پایدار برای مشکلات پیچیده آلودگی آب عرضه نماید و مسیر توسعه غشاها و فناوری های تصفیه پیشرفته را هموار کند.
آب، حیاتی ترین منبع زندگی روی زمین، امروز با چالش های بی سابقه ای مواجه است؛ از افزایش جمعیت و مصرف بی رویه گرفته تا ورود آلاینده های صنعتی و دارویی به منابع آبی. از ین جهت، محققان در سراسر دنیا بدنبال راهکارهای نوین و پایدار برای تصفیه و بازچرخانی آب هستند. دراین میان، مواد دوبعدی مانند MXene که ساختار لایه ای و خصوصیت های شیمیایی منحصربه فرد دارند، به عنوان گزینه ای امیدوارکننده برای پیشرفت فناوری های تصفیه آب مطرح شده اند.
محققان دانشگاه تهران و دانشگاه دامغان در یک مطالعه جامع، به بررسی کامپوزیت های MXene-پلیمری پرداخته اند. MXeneها، که از ترانزیشن متال های کاربیدی و نیتریدی به دست می آیند، دارای گروههای سطحی مختلف و فضای لایه ای گسترده هستند که امکان اصلاح سطح و ترکیب با پلیمرها را فراهم می آورد. این نانوذرات درون ماتریکس های پلیمری به عنوان تقویت کننده عمل کرده و خصوصیت هایی مانند استواری مکانیکی، پایداری ساختاری و عملکرد بهتر در حذف آلاینده ها را ارتقا می دهند.
شیوه های ساخت این کامپوزیت ها شامل مخلوط کردن فیزیکی، پلیمریزاسیون درجا و اصلاح سطحی است. در همه این تکنیک ها، MXeneها با پلیمرها ترکیب می شوند تا شبکه ای پایدار و یکنواخت ایجاد شود که عملکرد آنرا در تصفیه آب بهینه می کند. علاوه بر این، اصلاح سطح MXeneها امکان ممانعت از تجمع ناخواسته و اکسید شدن سریع را فراهم می آورد، مشکلی که در استفاده از MXeneها بصورت مستقل مشاهده می شود.
کاربردهای این کامپوزیت ها در عرصه های مختلف آب شیرین کن، حذف فلزات سنگین، رنگ ها، مواد دارویی باقی مانده، مواد آلی طبیعی و جداسازی نفت و آب بررسی شده است. به عنوان نمونه، غشاهای مبتنی بر MXene-پلیمر با فضاهای بین لایه ای وسیع، جریان بالای آب و حذف مؤثر آلاینده ها را امکانپذیر می سازند. همچنین، توانایی ترکیب با پلیمرها سبب می شود که این مواد بتوانند در محیط های عملیاتی مختلف با شرایط شیمیایی و فیزیکی متفاوت عملکرد قابل اعتماد داشته باشند.
در عین حال، همچنان چالش هایی در راه توسعه این مواد وجود دارد. تولید MXeneها از فاز MAX به طور معمول با فرآیندهای اسیدی صورت می گیرد که محدودیت های ایمنی و محیط زیست دارند. همچنین، تجمع لایه ها، کاهش گروههای فعال سطحی در محلول های آبی و کاهش جذب امواج الکترومغناطیسی از مشکلات رایج است. محققان با محوریت ترکیب MXene با پلیمرها توانسته اند خیلی از این محدودیت ها را کاهش دهند و عملکرد نهائی کامپوزیت ها را بهبود بخشند.
پلیمرها، به عنوان ماتریکس نرم و قابل پردازش، خصوصیت هایی همچون استواری بالا، شفافیت، قابلیت اصلاح و مقرون بصرفه بودن را عرضه می دهند. در ترکیب با MXeneها، این پلیمرها به عنوان لنگر نانوذرات عمل می کنند و سبب افزایش راندمان آنها در کاربردهای خاص می شوند. مطالعات شبیه سازی و نظری هم نشان داده اند که گروههای سطحی MXeneها قابلیت تعامل بالایی با زنجیره های پلیمری دارند و این تعامل سبب تقویت اثرات هم افزایی در حذف آلاینده ها می شود.
در دهه گذشته، توجه به MXeneها و کامپوزیت های آنها رشد شایان توجهی داشته است. باآنکه این مواد قبل تر بیشتر در عرصه های الکترونیک، ذخیره سازی انرژی و کاربردهای زیست پزشکی مورد استفاده قرار گرفته بودند، اما بررسی کاربردهای محیط زیستی و تصفیه آب حالا به یک مسیر نوین و حیاتی تبدیل گشته است. محققان انتظار دارند با بهبود شیوه های تولید و اصلاح سطح، MXene-پلیمرها بتوانند نقش مؤثری در فناوری های پاکسازی آب و توسعه پایدار ایفا کنند و آینده ای روشن برای تأمین آب سالم فراهم نمایند.
این دستاوردها نشان داده است که ترکیب مهندسی نانو و طراحی پلیمری می تواند راهکاری مؤثر و منعطف برای چالش های پیچیده تصفیه آب باشد و امکانات جدیدی برای غشاها، جذب آلاینده ها و سایر فناوری های محیط زیستی عرضه نماید.
خلاصه اینکه توانایی ترکیب با پلیمرها سبب می شود که این مواد بتوانند در محیط های عملیاتی مختلف با شرایط شیمیایی و فیزیکی متفاوت عملکرد قابل اعتماد داشته باشند. همچنین، تجمع لایه ها، کاهش گروه های فعال سطحی در محلول های آبی و کاهش جذب امواج الکترومغناطیسی از مشکلات رایج است. در دهه گذشته، توجه به MXeneها و کامپوزیت های آنها رشد شایان توجهی داشته است.
منبع: gph.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان gph در مورد این مطلب