تبدیل نیتروبنزن آلاینده به ماده کاربردی با فناوری نانو

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو به نقل از  ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، پژوهشی تازه در حوزه شیمی آلی و فناوری نانو در دانشگاه مازندران نشان می‌دهد استفاده از نانوفوتوکاتالیست‌های مبتنی بر کربن‌نیترید گرافیتی می‌تواند راهکاری کارآمد برای احیای ترکیبات نیترو و کاهش مخاطرات زیست‌محیطی آنها باشد.این طرح با تکیه بر مواد اولیه در دسترس و روش‌های سبز، امکان تبدیل آلاینده‌ای خطرناک مانند نیتروبنزن به ترکیبات ارزشمند صنعتی را فراهم کرده است.

طرح پژوهشی «توسعه نانوفوتوکاتالیزگر‌های سبز بر پایه کربن‌نیترید گرافیتی (g-C ۳ N ۴) و ارزیابی عملکرد آنها در سنتز ترکیبات آلی در حضور یا غیاب نور» توسط محمود تاجبخش جدیدی، استاد تمام دانشگاه مازندران، به پایان رسیده است.

این پژوهش در تقاطع شیمی آلی، مواد پیشرفته و فناوری‌های زیست‌محیطی تعریف می‌شود و بر بهره‌گیری از انرژی نور برای پیشبرد واکنش‌های شیمیایی تمرکز دارد.

روش‌های فوتوکاتالیستی در سال‌های اخیر به‌عنوان یکی از رویکرد‌های امیدبخش برای استفاده مستقیم از انرژی خورشیدی مورد توجه قرار گرفته‌اند.

در این فرایند، فوتوکاتالیست‌ها با جذب نور، واکنش‌های شیمیایی را بدون نیاز به انرژی‌های پرهزینه و آلاینده هدایت می‌کنند.

این فناوری می‌تواند در حوزه‌هایی مانند شکافت آب، کاهش دی‌اکسیدکربن، تصفیه آلاینده‌های آلی و تولید مواد شیمیایی ارزشمند نقش‌آفرینی کند.

در میان نیمه‌رسانا‌های مختلف، کربن‌نیترید گرافیتی به‌دلیل هزینه پایین، سنتز ساده از پیش‌ماده‌هایی مانند اوره و توانایی جذب نور مرئی، جایگاه ویژه‌ای یافته است. برخلاف بسیاری از فوتوکاتالیست‌های متداول که نیازمند تابش فرابنفش هستند، این ماده در محدوده نور مرئی فعال است و همین ویژگی، آن را برای کاربرد‌های عملی جذاب‌تر می‌کند.

در این پروژه، برای بهبود کارایی و بازیافت آسان‌تر کاتالیست، ساختار کربن‌نیترید گرافیتی ابتدا خاصیت مغناطیسی پیدا کرد تا جداسازی آن از محیط واکنش تسهیل شود. سپس با بهره‌گیری از اسیدآمینه آرژنین، نمک نقره و عصاره چای سبز، نانوفوتوکاتالیزگر نهایی به‌صورت سبز و کم‌خطر سنتز شد. استفاده از عصاره گیاهی در فرایند ساخت، هم‌راستا با اصول شیمی سبز و کاهش مصرف مواد شیمیایی خطرناک ارزیابی می‌شود.

یکی از محور‌های اصلی این طرح، تمرکز بر نیتروبنزن به‌عنوان یک آلاینده مهم صنعتی بوده است. این ترکیب در صنایع دفاعی، داروسازی، رنگ‌سازی، تولید لاستیک و مواد منفجره کاربرد گسترده دارد. به‌دلیل همین مصرف وسیع، حجم قابل‌توجهی از پسماند‌های حاوی نیتروبنزن وارد محیط زیست می‌شود و منابع آب زیرزمینی را در معرض آلودگی قرار می‌دهد.

نیتروبنزن علاوه بر اثرات زیست‌محیطی، برای سلامت انسان نیز مخاطره‌آمیز است. این ماده می‌تواند از طریق پوست جذب شود و در مواجهه‌های طولانی‌مدت به اندام‌هایی مانند کبد، کلیه، ریه و چشم آسیب برساند. حتی مقادیر کم آن نیز با علائمی مانند سردرد، سرگیجه، تهوع، ضعف و در موارد شدیدتر عوارض داخلی همراه است. به همین دلیل، حذف یا تبدیل این ترکیب به مواد کم‌خطرتر، یک ضرورت زیست‌محیطی و بهداشتی محسوب می‌شود.

بر اساس نتایج این پژوهش، نانوفوتوکاتالیزگر توسعه‌یافته توانسته است در شرایط کنترل‌شده، ترکیبات نیترو از جمله نیتروبنزن را با بازده مناسب احیا کرده و آنها را به آنیلین تبدیل کند. آنیلین ماده‌ای ارزشمند در صنایع شیمیایی است که در تولید رنگ‌ها، پلیمر‌ها و ترکیبات دارویی کاربرد دارد. این رویکرد، به‌جای دفع مستقیم آلاینده، آن را به یک ماده مفید صنعتی تبدیل می‌کند؛ مسیری که با اصول اقتصاد چرخشی نیز هم‌خوانی دارد.

یافته‌های این طرح نشان می‌دهد بهره‌گیری از فوتوکاتالیست‌های سبز و مبتنی بر نور مرئی می‌تواند همزمان دو هدف را محقق کند: کاهش بار آلودگی‌های شیمیایی و تولید مواد شیمیایی با ارزش افزوده بالا. چنین دستاوردی می‌تواند در آینده به توسعه سامانه‌های تصفیه پیشرفته آب و پساب‌های صنعتی و نیز طراحی فرایند‌های شیمیایی کم‌مصرف و پایدار منجر شود.

به این ترتیب، ترکیب فناوری نانو، شیمی سبز و فوتوکاتالیز، چشم‌اندازی نو برای مدیریت آلاینده‌های خطرناک و حرکت به‌سوی صنعت پاک‌تر ترسیم می‌کند؛ مسیری که در آن، نور به‌عنوان منبعی پاک و تجدیدپذیر، نقش موتور محرک واکنش‌های شیمیایی را بر عهده می‌گیرد.