محققان شیمی کشورمان، با بررسی فرایند حذف آلاینده‌های آلی به کمک نانوفوتوکاتالیست‌ها، مدلی ریاضی ارائه داده‌اند. این مدل در طراحی فرایندهایی با کارایی بالا جهت پالایش و تصفیه‌ی پساب‌ها و آب‌های آلوده شده به آلاینده‌های آلی در مقیاس نیمه صنعتی و صنعتی بسیار مفید خواهد بود.
پیش‌بینی فرایند فوتوکاتالیستی در حذف آلاینده‌ها
از فرآیندهای پیشرفته‌ای که توانایی حذف مواد آلی مقاوم از محیط زیست را دارد، فرآیندهای اکسایش پیشرفته (AOPs) با استفاده از نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم و اکسید روی تحت تابش نور فرابنفش است. در هر فرآیند شیمیایی، شناخت دقیق از مکانیسم و واکنش‌های رخ داده و بررسی سینتیک فرآیند از اهمیت بسزایی برخوردار است. هدف دنبال شده در این کار، بسط مدل سینتیکی جهت پیش بینی کارایی حذف مواد آلاینده آلی مقاوم در محیط زیست توسط نانو فتوکاتالیست‌ها بوده است.
توانایی شناخت صحیح واکنش‌های رخ داده در فرآیند حذف مواد آلاینده‌ی آلی مقاوم در محیط زیست توسط نانو فتوکاتالیست‌ها و امکان بهینه‌سازی فرآیندهای عملیاتی مؤثر در فرآیند از دستاوردهای این پژوهش است.
به گفته‌ی دکتر علیرضا امانی قدیم، مدل سینتیکی بسط یافته به صورت تابعی از مقدار نانو فتوکاتالیست، غلظت اولیه آلاینده، شدت نور تابشی و زمان فرایند قادر به پیش‌بینی دقیق کارایی فرآیند است.
این محقق در خصوص نحوه‌ی دستیابی به اهداف مورد نظر افزود: «در کار پژوهشی حاضر، ابتدا نانوذرات اکسید روی توسط یک روش ساده سنتز و در حذف ماده رنگزای اسید آبی ۹، به عنوان نمونه‌ای از مواد آلاینده‌ی آلی، استفاده شد. در ادامه عوامل مؤثر بر فرآیند حذف آلاینده‌ی مدل و شاخص‌های سینتیکی فرآیند مطالعه شد. با استفاده از نتایج حاصل مدل سینتیکی جدیدی به‌منظور پیش بینی بازده حذف آلاینده توسط نانوذرات اکسید روی بسط داده شد. کارایی مدل بسط داده شده توسط شبکه‌های عصبی مصنوعی ارزیابی شد. نتایج حاصل مؤید دقت مدل سینتیکی بود.»
در ادامه‌ی این نتایج، طراحی فتوراکتوری درمقیاس پایلوت جهت استفاده از نانو فتوکاتالیست‌ها در تصفیه آب‌های آلوده در دستور کار این محققان قرار دارد.
جهت آشنایی با نحوه‌ی تخریب آلاینده‌ی آلی به کمک نانوفوتوکاتالیست‌ها باید دانست که فرآیند تخریب فوتوکاتالیستی شامل استفاده از یک نیمه رسانا مانند نانوذرات اکسید روی است. تحت تابش نورUV، با برخورد فوتون‌های پرانرژی نور به الکترون‌های لایه‌ی ظرفیت نیمه هادی، انرژی این الکترون‌ها افزایش می‌یابد. بنابراین، این الکترون‌ها به نوار رسانایی که از لحاظ انرژی بالاتر از نوار ظرفیت است، منتقل می‌شوند. به دلیل خالی بودن این نوار، الکترون به راحتی می‌تواند از مولکولی به مولکول دیگر منتقل شود. این امر موجب پیدایش حفره‌های مثبت و الکترون‌های دارای بار منفی می‌شود. هر یک از این مراکز می‌تواند آغازگر یک سری واکنش گردد. این واکنش‌ها در نهایت باعث تخریب مواد آلاینده می‌گردد.
این کار تحقیقاتی حاصل همکاری دکتر علیرضا امانی قدیم-عضو هیأت علمی دانشگاه شهید مدنی آذربایجان– و دکتر میر سعید سید دراجی-عضو هیأت علمی دانشگاه زنجان- است. نتایج این پژوهش در مجله‌ی Applied Catalysis B: Environmental (جلد ۱۶۳، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۵۳۹ تا ۵۴۶) به چاپ رسیده است.
توانایی شناخت صحیح واکنش‌های رخ داده در فرآیند حذف مواد آلاینده‌ی آلی مقاوم در محیط زیست توسط نانو فتوکاتالیست‌ها و امکان بهینه‌سازی فرآیندهای عملیاتی مؤثر در فرآیند از دستاوردهای این پژوهش است.
به گفته‌ی دکتر علیرضا امانی قدیم، مدل سینتیکی بسط یافته به صورت تابعی از مقدار نانو فتوکاتالیست، غلظت اولیه آلاینده، شدت نور تابشی و زمان فرایند قادر به پیش‌بینی دقیق کارایی فرآیند است.
این محقق در خصوص نحوه‌ی دستیابی به اهداف مورد نظر افزود: «در کار پژوهشی حاضر، ابتدا نانوذرات اکسید روی توسط یک روش ساده سنتز و در حذف ماده رنگزای اسید آبی ۹، به عنوان نمونه‌ای از مواد آلاینده‌ی آلی، استفاده شد. در ادامه عوامل مؤثر بر فرآیند حذف آلاینده‌ی مدل و شاخص‌های سینتیکی فرآیند مطالعه شد. با استفاده از نتایج حاصل مدل سینتیکی جدیدی به‌منظور پیش بینی بازده حذف آلاینده توسط نانوذرات اکسید روی بسط داده شد. کارایی مدل بسط داده شده توسط شبکه‌های عصبی مصنوعی ارزیابی شد. نتایج حاصل مؤید دقت مدل سینتیکی بود.»
در ادامه‌ی این نتایج، طراحی فتوراکتوری درمقیاس پایلوت جهت استفاده از نانو فتوکاتالیست‌ها در تصفیه آب‌های آلوده در دستور کار این محققان قرار دارد.
جهت آشنایی با نحوه‌ی تخریب آلاینده‌ی آلی به کمک نانوفوتوکاتالیست‌ها باید دانست که فرآیند تخریب فوتوکاتالیستی شامل استفاده از یک نیمه رسانا مانند نانوذرات اکسید روی است. تحت تابش نورUV، با برخورد فوتون‌های پرانرژی نور به الکترون‌های لایه‌ی ظرفیت نیمه هادی، انرژی این الکترون‌ها افزایش می‌یابد. بنابراین، این الکترون‌ها به نوار رسانایی که از لحاظ انرژی بالاتر از نوار ظرفیت است، منتقل می‌شوند. به دلیل خالی بودن این نوار، الکترون به راحتی می‌تواند از مولکولی به مولکول دیگر منتقل شود. این امر موجب پیدایش حفره‌های مثبت و الکترون‌های دارای بار منفی می‌شود. هر یک از این مراکز می‌تواند آغازگر یک سری واکنش گردد. این واکنش‌ها در نهایت باعث تخریب مواد آلاینده می‌گردد.
این کار تحقیقاتی حاصل همکاری دکتر علیرضا امانی قدیم-عضو هیأت علمی دانشگاه شهید مدنی آذربایجان– و دکتر میر سعید سید دراجی-عضو هیأت علمی دانشگاه زنجان- است. نتایج این پژوهش در مجله‌ی Applied Catalysis B: Environmental (جلد ۱۶۳، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۵۳۹ تا ۵۴۶) به چاپ رسیده است.
