راهبردی برای تصفیه بهتر آرسنیک از آب

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، آرسنیک یک عنصر سمی است و قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در برابر مقادیر حتی کم آن نیز می‌تواند منجر به بیماری‌های ناتوان کننده و بالقوه کشنده از جمله سرطان پوست، سرطان ریه، کراتوز و اختلالات عصبی شود. اعتقاد بر این است که ۱۰۰-۲۰۰ میلیون نفر در سطح جهان از طریق آشامیدنی‌های آلوده به آب زیرزمینی در معرض آرسنیک قرار می‌گیرند. با استفاده از تصفیه‌های چند مرحله‌ای آب می‌توان برای از بین بردن آرسنیک اقدام کرد، اما این فرایند نیاز به پیش تصفیه (اکسیداسیون) دارد.

تیمی از محققان کالج امپریال لندن به رهبری پروفسور ویس امکان تصفیه یک مرحله‌ای آب آلوده را فراهم کرد. یافته‌های آن‌ها در مجله Surfaces and Interfaces به چاپ رسیده است. پرتو‌های B ۱۸ به آن‌ها اجازه داد تا طیف‌سنجی جذب اشعه ایکس (XAS) را بر روی نمونه‌های خود انجام دهند و نتایج را با مدل‌های پیش بینی کننده مقایسه کنند.

آرسنیک را می‌توان به اشکال مختلفی در آب از جمله آرسنیت و آرسنات یافت. یون‌های آرسنیت (به عنوان (III)) با استفاده از تصفیه معمولی مانند جذب یا انعقاد به دلیل بار خنثی آن، از آب آلوده خارج می‌شوند. در مقابل، یون‌های آرسنات ۵ ظرفیتی (HASO ۴۲ و H ۲ ASO ۴) هر دو، به راحتی جذب می‌شوند و سمیت کمتری نسبت به H ۳ ASO ۳ دارند. در نتیجه در تصفیه آب، آلودگی AS (III) از اکسیداسیون AS (III) به AS (V) بهره می‌برد. اکسیداسیون AS (III) با استفاده از فوتوکاتالیست‌های ناهمگن، مانند TiO ۲ و اشعه ماوراء بنفش (UV) قابل دستیابی است. با این حال، سایر مواد مانند اکسید‌های آهن (Fe ۲ O ۳) برای جذب کارآمدتر هستند.

نویسندگان داده‌های طیف سنجی به دست آمده در منبع نور الماس (EXAFS) را با اندازه گیری‌های FTIR و ZETA در کالج امپریال لندن ترکیب کردند تا هنگامی که آرسنیک توسط نانومواد کامپوزیت TiO ۲/Fe ۲ O ۳ جذب می‌شود. تصویری از کمپلکس‌های غالب به دست آورند.

این کار برای ارزیابی و تأیید مشخصات آرسنیک جذب شده پیش بینی شده توسط مدل مجتمع سطح قبلی نویسندگان (SCM)، استفاده شد.

مطالعات قبلی توسط همین گروه نشان داد که مواد کامپوزیتی که ترکیب قابلیت‌های عالی فوتوکاتالیستی TiO ۲ با ظرفیت‌های جذب بالا اکسید‌های آهن (Fe ۲ O ۳) را دارند، نامزد‌های خوبی برای رفع آلودگی بودند. نویسندگان متعاقباً یک مدل پیچیده سطح (SCM) را برای پیش بینی تغییرات در میزان جذب آرسنیک و خاصیت آن به عنوان تابعی از متغیر‌های تجربی مانند pH تهیه کردند. نویسندگان می‌خواستند تأیید کنند که ساختار‌های آرسنیک جذب شده برای این مدل واقع بینانه بوده است، بنابراین از روش‌های طیف سنجی استفاده کردند. طیف سنجی جذب اشعه ایکس (XAS) به لطف انتخاب عنصر، توانایی آن در تمایز به عنوان حالت اکسیداسیون (XANES) و شناسایی ساختار مجتمع‌های AS که در سطح TiO ۲/Fe ۲ O ۳ (EXAFS) جذب می‌شوند، نقش اساسی داشتند.

دکتر بولن از محققان این پروژه، توضیح می‌دهد: «ما می‌خواستیم ماهیت جذب آرسنیک را بر روی نانوکامپوزیت TiO ۲/Fe ۲ O ۳ بهتر بشناسیم. برای درک اینکه آیا آرسنیک به همان روشی که بر روی مواد معدنی خالص TiO ۲ و خالص Fe ۲ O ۳ متصل می‌شود، طیف سنجی جذب اشعه ایکس روش مناسبی برای انجام این کار است.»

این تیم برای آزمایشات خود از B ۱۸ استفاده کرد. با این پرتو، آن‌ها قادر به ثبت طیف‌های Exafs از نمونه‌های جامد بودند تا مشخص کنند که چه تعداد آرسنیک پیوند‌های کووالانسی با سطح مواد ایجاد می‌کنند.

دکتر بولن ادامه می‌دهد: «این آزمایشات به ما اجازه می‌دهد تا به طور مستقیم ساختار مجتمع‌های سطح تشکیل شده هنگام اتصال آرسنیک به نانومواد TiO ۲/Fe ۲ O ۳ را بررسی کنیم.»