پاکسازی آب آشامیدنی با کمک انرژی خورشیدی

به گزارش میجیک، شیمیدان ها از انرژی موجود در نور خورشید برای پاکسازی آب شیرین از آلاینده ها استفاده می کنند.

به گزارش اخبار علم پیشرفته، محققان دانشگاه میلان (دانشگاه میلان) در تحقیقات اخیر، از فرآیندی به نام «فتوکاتالیز» استفاده می کنند و نشان می دهند که انرژی موجود در نور خورشید می تواند منجر به تجزیه مولکول های آلی شود.

استفاده از فوتوکاتالیز برای تصفیه فاضلاب ایده جدیدی نیست. بسیاری از آلاینده های آلی رایج با استفاده از این روش با موفقیت تخریب شده اند. با این حال، کاربرد گسترده این فرآیند همچنان با موانع قابل توجهی مواجه است.

راه حل های پایدار برای تصفیه آب

این تحقیق بخشی از تلاش برای ایجاد روش های در دسترس برای تصفیه آب در کشورهای در حال توسعه و مناطق دور افتاده است. محققان امیدوارند با این کار مشکل محدودیت آب آشامیدنی و همچنین نیاز به ضدعفونی فاضلاب و استفاده مجدد از آن را حل کنند.

«کلودیا بیانکی» استاد شیمی صنعتی دانشگاه میلان و یکی از محققین ارشد این پروژه گفت: به دنبال راهی ساده، مقرون به صرفه و در دسترس جهانی برای استفاده از فوتوکاتالیز در تصفیه آب، به ویژه در جوامع با دسترسی محدود هستیم. به آب.” نظافت همچنان یک چالش است.

بیانچی به دشواری طراحی یک روش موثر برای حذف آلاینده ها اشاره می کند و در عین حال اطمینان می دهد که فوتوکاتالیز یک روش قابل استفاده مجدد و زیست تخریب پذیر است که باعث واکنش های جانبی ناخواسته و خطرناک 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 این مقاله نوشتند که استفاده از مواد به شکل پودر از نقطه نظر عملی محدود است زیرا جدا کردن آن از مخلوط برای استفاده مجدد دشوار است.

بیانچی و تیمش راه حل جدیدی را به شکل یک کاتالیزور شناور ارائه می کنند 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 آن را جدا کرد. خاک رس از نظر شیمیایی بی اثر است. این بدان معنی است که با مواد دیگر واکنش نشان نمی دهد و برای اکوسیستم آبی مضر نیست.

برای فرآیند فوتوکاتالیز، این گروه تحقیقاتی لایه ای از بیسموت اکسی بروماید را روی سطح بذرها رشد می دهند. این ماده دارای فعالیت فتوکاتالیستی بالایی است، از نظر شیمیایی پایدار است و خطر خود تخریبی و ایجاد سایر منابع آلودگی را کاهش می دهد.

بیانچی توضیح می دهد: 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 از بین ببرند. بیانچی افزود: این جفت الکترون-حفره تجزیه آلاینده های آلی را به دی اکسید کربن و آب تسهیل می کند.

آزمایش های متداول تجزیه آلاینده ها

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

از سوی دیگر، تخریب ایبوپروفن به ویژه زمانی که کاتالیزور مجددا استفاده می شود کارآمدتر است. این ممکن است به دلیل واسطه های تشکیل شده در طی تجزیه دیکلوفناک باشد. واسطه می تواند به ذرات معلق بچسبد و در نتیجه توانایی کاتالیزور در تجزیه ایبوپروفن را کاهش دهد. شیمیدانان می گویند که این فرضیه در حال حاضر در دست بررسی است.

بیانچی اضافه کرد: در حال حاضر در حال توسعه تحقیقاتی برای ارزیابی توانایی دستگاه در مقابله با سایر آلاینده های آلی از جمله رنگ ها و پلی فنل ها هستیم که معمولا به صورت جداگانه یا مخلوط در آب طبیعی یافت می شوند.

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

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

بیانچی با تاکید بر اینکه هدف تحقیق فراتر از نتایج علمی است، گفت: این یک تصویر قدرتمند از قدرت شیمی برای غلبه بر چالش های جاری از طریق راه حل های نوآورانه است که به نفع مردم و محیط زیست است.

این مطالعه در مجله “Advanced Sustainable Systems” منتشر شده است.

انتهای پیام