همکاری محققان ایرانی و ترکیه ای در تصفیه پیشرفته پساب نتیجه داد
بست روید: 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.
به گزارش بست روید به نقل از ستاد نانو، این سونوکاتالیست که بر پایه لایه برداری کنترل شده آلومینوسیلیکات های طبیعی و رشد جانبی اکسید کبالت شکل گرفته، توانایی شایان توجهی 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 مطالعه جدید نشان میدهد که این نانوساختار نه تنها قدرت بالایی در تخریب کامل مولکول های پیچیده دارویی دارد، بلکه بعد از هر بار استفاده نیز قابل بازیافت و استفاده مجدد است. این خاصیت 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، چارچوب های 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.
از این رو، احتیاج به تکنولوژی های جدید و پیشرفته برای حذف کامل این آلاینده ها بالاتر از پیش احساس می شود. همین ضرورت سبب شد گروهی از محققان دانشگاه ارومیه، دانشگاه تبریز، دانشگاه ایستینیه و دانشگاه صنعتی استانبول پروژه ای مشترک را برای توسعه یک سونوکاتالیست کارآمد شروع کنند؛ پروژه ای که حال یکی از نمونه های موفق ترکیب علم مواد، نانوفناوری و مهندسی محیط زیست به حساب می آید.
این پژوهش بر پایه سودجستن از یک ماده معدنی پرارزش به نام مونتموریلونیت (MMT) انجام شده است؛ ماده ای لایه ای با ساختار آلومینوسیلیکاتی که به علت 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 پروسه — یعنی لایه برداری و رشد نانوذرات ساختاری یکنواخت، پایدار و خیلی فعال پدید آورده است که زیربنای عملکرد سونوکاتالیستی بالا در این مطالعه 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 همچون آنتی بیوتیک هایی مانند اگزیتتراسیکلین را به اجزای ساده تر، بی ضرر و معدنی شده تبدیل کنند. در این مطالعه 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.
به منظور 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 پروسه اکسایش دارند و ساختار هم لایه ای Co₃O₄–MMTexf می تواند این رادیکال ها را بطور مؤثر تولید و پایدار کند. این مسئله خصوصاً در روش های سونوکاتالیستی اهمیت زیادی دارد، برای اینکه بازده تولید رادیکال یکی از عوامل تعیین کننده در کارآیی حذف آلاینده هاست.
فرایندهای شناسایی ساختاری مانند XRD نیز تأیید کردند که بازتاب (۰۰۱) در ارتباط با ساختار لایه ای مونتموریلونیت حذف شده و این ماده بعد از لایه برداری، میزبان ساختاری پایدار از نانوذرات Co₃O₄ است. وجود این خاصیت ها نشان میدهد که پروسه 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 زیاد می کند، قابلیت بازیافت و استفاده مجدد آن است. بررسی ها نشان داد که سونوکاتالیست بعد از چندین چرخه استفاده، بازهم کارآیی قابل توجه خودرا 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؛ چونکه خیلی از کاتالیست های مرسوم بعد از چند بار استفاده، عملکرد خودرا از دست می دهند و هزینه های عملیاتی را می افزایند.
برای 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؛ برای اینکه 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.
این مطالعه جدید نشان میدهد که این نانوساختار نه فقط قدرت بالایی در تخریب کامل مولکول های پیچیده دارویی دارد، بلکه پس از هر بار استفاده هم قابل بازیافت و استفاده مجدد است. همین لزوم سبب شد تعدادی از پژوهشگران دانشگاه ارومیه، دانشگاه تبریز، دانشگاه ایستینیه و دانشگاه صنعتی استانبول پروژه ای مشترک را برای توسعه یک سونوکاتالیست کارآمد شروع کنند؛ پروژه ای که حال یکی از نمونه های موفق ترکیب علم مواد، نانوفناوری و مهندسی محیط زیست بشمار می رود. این مطالعه 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.
منبع: بست روید
این مطلب بست روید چطور بود؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات کاربران در مورد این مطلب بست روید
لطفا شما هم در مورد این مطلب نظر دهید