تصفیه آب به کمک نانو فوتوکاتالیست‌ها

با توجه به محدودیت منابع آبی و نیاز روز افزون به استفاده بهینه و تصفیه آب های آلوده، اهمیت معرفی و تهیه موادی که ما را به این هدف نزدیک کند بر کسی پوشیده نیست.

در این راستا مواد مزومتخلخل فتوکاتالیستی می‌توانند، آلودگی آب‌ها را به روش فیزیکی و شیمیایی از بین ببرند. به طور کلی در این مواد، با افزایش سطح ویژه، کنترل فازو حفره‌های باز و قابل دسترس، خواص آلودگی‌زدایی بیشتر شده و منجربه افزایش بازدهی آن می شود.

مشکل اصلی، کنترل همزمان تمام پارامترهای مؤثر بر بازدهی است که کار دشواری است.

بابک مزینانی دانش آموخته مهندسی مواد، در اشاره به پارامترهای بررسی شده عنوان کرد: در این پروژه تلاش شد تا با کنترل و تغییر هم زمان مواد اولیه، دما و زمان سنتز، روش کلسیناسیون و چندین عامل دیگر، بالاترین میزان بازدهی فوتوکاتالیست نهایی جهت حذف آلودگی های آبی به صورت فیزیکی و شیمیایی را بررسی کنیم.

مواد مزومتخلخل تهیه شده دارای حفره‌هایی با ابعاد بین 2 تا 50 نانومتر هستند، با توجه به اینکه طول و اندازه حفره‌ها، سطح ویژه و فازهای تشکیل شده به طور همزمان کنترل شده‌اند، محصول نهایی دارای قابلیت حذف آلودگی بسیار بالا در مقایسه با دیگر نمونه‌ها است، نحوه شکل‌گیری این ساختار بر اساس اصل خودچینشی تهیه شده است.

با توجه به خاصیت فتوکاتالیست تولید شده، نتایج این طرح می تواند در ساخت دستگاه‌های تصفیه آب صنعتی و خانگی، جهت حذف آلودگی‌های فیزیکی و میکروبی استفاده شود.

به گفته این محقق، فوتوکاتالیست پیشنهادی به دو صورت سیلیکای مزومتخلخل کامپوزیتی و لایه نشانی شده با نانوپودر تیتانیا تولید شده است.

تفاوت دو روش به کار رفته در این است که در روش لایه نشانی، ابتدا ساختار متخلخل سیلیکاتی تهیه و سپس ذرات تیتانیا به صورت یک لایه روی آن قرار گرفت، در حالی که در ساختار کامپوزیتی، حین سنتز ساختار متخلخل سیلیکا، منبع تیتانیا نیز به سیستم معرفی شده است. با این حال در هر دو روش ساختارهای متخلخل منظم لانه زنبوری و فومی تشکیل شده است.

در این بررسی همچنین مکانیزمی جهت تعیین نحوه فرایند هیدروترمال حین سنتز بر ساختار حفره‌ها و فازهای ایجاد شده مشخص شده است. همچنین تأثیر متقابل پارامترهای سنتز، نظیر افزودنی هگزان، دمای هیدروترمال، دمای سنتز و روش کلسیناسیون بر ساختار و عملکرد محصول نهایی بررسی و تعیین شده است.

نتایج این آزمون ها حاکی از این است که دمای عملیات هیدروترمال و کلسیناسیون هر دو مساحت سطح و نوع فاز تشکیل شده را تغییر می دهد که این موارد خود از عوامل تأثیرگذار بر عملکرد فوتوکاتالیست هستند.

نتایج این تحقیقات که از همکاری بابک مزینانی، علی بیت الهی و جعفر جواد پور، اعضای هیأت علمی دانشگاه علم و صنعت ایران و همکارانشان به دست آمده، در مجله Ceramics International (جلد 40، شماره 8، بخش A، سال 2014، صفحات 11525 تا 11532) منتشر شده است.