محققان دانشگاه تربیت مدرس، جهت افزایش ایمنی زیست‌محیطی فرایند تصفیه‌ی فوتوکاتالیستی آب، اقدام به تولید نانوکاتالیستی جدید نموده‌اند. این نانوکاتالیست به گونه‌ای طراحی شده که قادر است در حضور لامپ‌های کم‌مصرف و با کارایی بسیار بالا، آلاینده‌های پرخطر موجود در آب را تخریب کند.
دانشگاه تربیت مدرس: استفاده از لامپ‌های LED در حذف آلاینده‌ها از آب به کمک نانوکاتالیست
در فرایندهای فوتوکاتالیستی مطالعه شده در ایران، غالباً از لامپ‌های کم‌فشار جیوه‌ای استفاده شده‌است. با توجه به محتوای جیوه، این لامپ‌ها نوعی خطر زیست‌محیطی محسوب می‌گردند. هم‌اکنون در جوامع پیشرفته، رویکرد تحقیقات به سمت جایگزین نمودن این منابع نوری با منابع نوری کم خطر، با مصرف انرژی کمتر و طول عمر بیشتر است. در این راستا، لامپ «ال ایی دی(LED)»، با توجه به بهره‌گیری از فناوری نیمه‌هادی در تولید نور، فاقد آلودگی جیوه‌ای است. با این حال، استفاده از این لامپ‌ها مستلزم ساخت کاتالیست‌های جدید و متناسب نمودن آن جهت فعالیت در شدت‌های نوری پایین است. که محققان ایرانی موفق به انجام این مهم شده‌اند.
هیوا حسینی، دانشجوی دکتری تخصصی مهندسی بهداشت محیط از دانشگاه تربیت مدرس، در خصوص پژوهش صورت گرفته عنوان کرد: «هدف اصلی این کار، تصفیه‌ی آب و حذف آلاینده‌های سمی از آن به کمک فناوری نانوکاتالیست بوده است. برای این منظور تلاش شده است بصورت هم‌زمان تولید نانوکاتالیستی متناسب با منابع نوری با شدت کم، کاربردی نمودن استفاده از لامپ «ال ایی دی» در تقابل با کاتالیست تهیه شده و تصفیه آلاینده‌های سمی در آب به کمک این سیستم صورت پذیرد».
با توجه به گزارش موجود، استفاده از نانوکاتالیست تهیه شده سبب افزایش بازده ۵۳/۲ درصدی حذف سم دیازینون نسبت به کاتالیست تجاری اکسید تیتانیوم شده است. این نانوکاتالیست قادر است تا میزان ۹۶/۳ درصد از کل سم دیازینون موجود در آب را حذف کند. پرواضح است که استفاده از لامپ «ال ایی دی» با مصرف انرژی بسیار پایین در این سیستم تصفیه، سبب صرفه‌جویی در مصرف انرژی و جلوگیری از آلودگی‌های زیست محیطی می‌شود.
نانوکاتالیست ساخته شده از جنس کامپوزیتی با پایه‌ی اکسید تیتانیوم است که متوسط قطر منافذ آن در حدود ۱۷ نانومتر و ابعاد کریستال‌های آن ۶ نانومتر گزارش شده است.همچنین افزایش غلظت نانوکاتالیست، افزایش میزان تخریب آلاینده را در پی دارد. به گونه‌ای که با افزایش غلظت از ۲۵ به ۳۰۰ میلی‌گرم بر لیتر، میزان تصفیه از ۴۸ به ۹۶ درصد افزایش یافته است.
هیوا حسینی، دانشجوی دکتری تخصصی مهندسی بهداشت محیط از دانشگاه تربیت مدرس، در خصوص پژوهش صورت گرفته عنوان کرد: «هدف اصلی این کار، تصفیه‌ی آب و حذف آلاینده‌های سمی از آن به کمک فناوری نانوکاتالیست بوده است. برای این منظور تلاش شده است بصورت هم‌زمان تولید نانوکاتالیستی متناسب با منابع نوری با شدت کم، کاربردی نمودن استفاده از لامپ «ال ایی دی» در تقابل با کاتالیست تهیه شده و تصفیه آلاینده‌های سمی در آب به کمک این سیستم صورت پذیرد».
با توجه به گزارش موجود، استفاده از نانوکاتالیست تهیه شده سبب افزایش بازده ۵۳/۲ درصدی حذف سم دیازینون نسبت به کاتالیست تجاری اکسید تیتانیوم شده است. این نانوکاتالیست قادر است تا میزان ۹۶/۳ درصد از کل سم دیازینون موجود در آب را حذف کند. پرواضح است که استفاده از لامپ «ال ایی دی» با مصرف انرژی بسیار پایین در این سیستم تصفیه، سبب صرفه‌جویی در مصرف انرژی و جلوگیری از آلودگی‌های زیست محیطی می‌شود.
نانوکاتالیست ساخته شده از جنس کامپوزیتی با پایه‌ی اکسید تیتانیوم است که متوسط قطر منافذ آن در حدود ۱۷ نانومتر و ابعاد کریستال‌های آن ۶ نانومتر گزارش شده است.همچنین افزایش غلظت نانوکاتالیست، افزایش میزان تخریب آلاینده را در پی دارد. به گونه‌ای که با افزایش غلظت از ۲۵ به ۳۰۰ میلی‌گرم بر لیتر، میزان تصفیه از ۴۸ به ۹۶ درصد افزایش یافته است.
تصویر SEM نانوکاتالیست تهیه شده
به گفته‌ی حسینی، آلاینده‌های نوظهور و سمی در آب، به روش‌های متداول تصفیه حذف نمی‌گردند و نیازمند بهره‌گیری از فرایند نوین و کارامد اکسیداسیون پیشرفته هستند. در این راستا، فرایند فوتوکاتالیست به عنوان ترکیبی از نانوذرات و طیف فرابنفش، یکی از پربازده‌ترین فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته به شمار می‌رود. در این فرایند، منبع فرابنفش سبب تحریک کاتالیست و تولید الکترون-حفره می‌شود. با توجه به حضور آب و یون‌های هیدروکسیل در محیط‌های مرطوب و آبی، این عملکرد سبب تولید رادیکال‌های واکنشگر هیدروکسیل خواهد شد. در نهایت به‌علت قدرت اکسیداسیون بسیار قوی، تجزیه‌ی آلاینده‌های مقاوم امکان‌پذیر خواهد شد.
این محققان، هم اکنون در حال تولید کاتالیستی بر پایه‌ی اکسید روی و بررسی عملکرد فوتوکاتالیستی آن در حضور لامپ «ال ایی دی» هستند.
نتایج این تحقیقات حاصل همکاری هیوا حسینی، دکتر سید غلام‌رضا موسوی-عضو هیئت علمی دانشگاه تربیت مدرس – و دکتر مهرداد فرخی-عضو هیئت علمی دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی گیلان است و در مجله‌ی Water Research (جلد ۵۹، شماره ۱، ماه ژانویه، سال ۲۰۱۴، صفحات ۱۳۰ تا ۱۴۴) انتشار یافته است.
