محققان دانشگاه سمنان به منظور دستیابی به سیستمی بهینه در تصفیه‌ی آب و پساب، فوتوکاتالیستی را در مقیاس آزمایشگاهی طراحی نمودند که سرعت و راندمان بالایی در حذف آلاینده‌های آلی دارد. این فوتوکاتالیست از طول عمر بالایی برخوردار است و می‌تواند در چرخه‌های متوا
سمنان: ساخت فوتوکاتالیستی با بازده بالا در تصفیه‌ی پساب‌های صنعتی
در دهه‌های اخیر فعالیت‌های قابل توجهی در خصوص ارائه‌ی فرآیندهای متنوع جهت تصفیه‌ی آب و پساب صورت پذیرفته است؛ از مهم‌ترین این روش‌ها، فرآیندهای اکسایش پیشرفته است. در این روش برای تجزیه‌ی مواد آلی مقاوم، از اکسنده‌های قوی، کاتالیزورها و تابش نور فرابنفش (UV) یا ترکیبی از این موارد استفاده می‌شود.
محمدرضا اسکندریان، با اشاره به اهمیت این موضوع، در خصوص راهکار ارائه شده در این طرح جهت تصفیه‌ی پساب‌های صنعتی عنوان کرد: «در کار پژوهشی حاضر نانوفوتوکاتالیستی سنتز و معرفی شده است که می‌تواند آب‌های آلوده به آلاینده‌های آلی، نظیر رنگ‌های سنتزی نساجی و مواد دارویی را به خوبی تصفیه نماید. ویژگی مهم این طرح این است که جهت تأمین انرژی مصرفی مورد نیاز در فرآیند تصفیه، از منبع انرژی تجدیدپذیر سلول‌های فوتوولتاییک خورشیدی (پنل خورشیدی) استفاده شده است.»
با توجه به نتایج حاصل شده و در صورت گسترش آن به ابعاد صنعتی، این سیستم می‌تواند در صنایع تصفیه‌ی آب و پساب، حذف آلاینده‌های صنایع نفتی، ضدعفونی‌سازی، پالایش و خالص‌سازی دارویی و سایر حوزه‌های علمی و فنی نیز به کار گرفته شود.
نانوفوتوکاتالیست طراحی شده از جنس نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم (TiO2) در کنار ذرات زئولیت است که بر روی بستری از پلی‌اتیلن دانسیته پایین (LDPE) تثبیت شده است. در واقع این امر سبب شده که فوتوکاتالیستی با تخلخل، استحکام و میزان واکنش‌پذیری بالا ایجاد شود که سرعت و راندمان آن در حذف آلاینده‌ها به طور چشمگیری افزایش یافته است.
همچنین، نتایج پژوهش حاکی از آن است که این سیستم قابلیت بسیار مناسبی برای استفاده در چرخه‌های متوالی و متناوب برای استفاده‌ی مکرر و چندین باره را از خود نشان می‌دهد. این ویژگی منجر به کاهش هزینه‌های فرآیند تصفیه خواهد شد.
اسکندریان در توضیح دقیق‌تر منابع انرژی استفاده شده در فوتوراکتور طراحی شده افزود: «همانگونه که اشاره شد پایه‌ی بسیاری از روش‌های حذف و تصفیه‌ی آلاینده‌ها از آب‌های آلوده، فرآیندهای اکسایش پیشرفته است که مهم‌ترین آن‌ها، روش‌های فوتوکاتالیستی است. عموماً منبع تأمین انرژی در روش فوتوکاتالیست، نور فرابنفش است. اما در سال‌های اخیر، لامپ‌های UVLED به عنوان یک منبع تابشی و جایگزین مناسبی برای لامپ‌های UV جیوه‌ای مطرح شده است. این لامپ‌ها مزایای بسیاری بر لامپ‌های سنتی دارند؛ از جمله: مصرف انرژی بسیار کمتر، عمر بیشتر، کارایی و استحکام بیشتر، اندازه‌ی کوچک‌تر و بالاخره قیمت کمتر. اما با در نظر گرفتن لزوم استفاده از سیستم‌های کارامد بر پایه‌ی انرژی‌های تجدیدپذیر، ایده‌ی استفاده همزمان سلول‌های فوتوولتاییک خورشیدی در کنار LED ها نیز مطرح شده است. لذا بر همین اساس، فوتوراکتور موردنظر به گونه‌ای طراحی شده که منبع تأمین انرژی آن شامل لامپ‌های UVLED در کنار سلول‌های خورشیدی است.»
سیستم حاضر به علت بهره‌گیری از نور خورشید جهت تولید انرژی مورد نیاز، باعث حذف وابستگی به انرژی الکتریکی و همچنین گسترش کاربرد آن در مناطق دور از دسترس به انرژی می‌گردد.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های محمدرضا اسکندریان- دانشجوی مقطع دکترای شیمی کاربردی دانشگاه سمنان- دکتر مصطفی فضلی- عضو هیأت علمی این دانشگاه- و دکتر محمدحسین رسولی‌فرد- عضو هیأت علمی دانشگاه زنجان- است که نتایج آن در مجله‌ی Applied Catalysis B: Environmental (جلد ۱۸۳، سال ۲۰۱۶، صفحات ۴۰۷ تا ۴۱۶) منتشر شده است.
محمدرضا اسکندریان، با اشاره به اهمیت این موضوع، در خصوص راهکار ارائه شده در این طرح جهت تصفیه‌ی پساب‌های صنعتی عنوان کرد: «در کار پژوهشی حاضر نانوفوتوکاتالیستی سنتز و معرفی شده است که می‌تواند آب‌های آلوده به آلاینده‌های آلی، نظیر رنگ‌های سنتزی نساجی و مواد دارویی را به خوبی تصفیه نماید. ویژگی مهم این طرح این است که جهت تأمین انرژی مصرفی مورد نیاز در فرآیند تصفیه، از منبع انرژی تجدیدپذیر سلول‌های فوتوولتاییک خورشیدی (پنل خورشیدی) استفاده شده است.»
با توجه به نتایج حاصل شده و در صورت گسترش آن به ابعاد صنعتی، این سیستم می‌تواند در صنایع تصفیه‌ی آب و پساب، حذف آلاینده‌های صنایع نفتی، ضدعفونی‌سازی، پالایش و خالص‌سازی دارویی و سایر حوزه‌های علمی و فنی نیز به کار گرفته شود.
نانوفوتوکاتالیست طراحی شده از جنس نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم (TiO2) در کنار ذرات زئولیت است که بر روی بستری از پلی‌اتیلن دانسیته پایین (LDPE) تثبیت شده است. در واقع این امر سبب شده که فوتوکاتالیستی با تخلخل، استحکام و میزان واکنش‌پذیری بالا ایجاد شود که سرعت و راندمان آن در حذف آلاینده‌ها به طور چشمگیری افزایش یافته است.
همچنین، نتایج پژوهش حاکی از آن است که این سیستم قابلیت بسیار مناسبی برای استفاده در چرخه‌های متوالی و متناوب برای استفاده‌ی مکرر و چندین باره را از خود نشان می‌دهد. این ویژگی منجر به کاهش هزینه‌های فرآیند تصفیه خواهد شد.
اسکندریان در توضیح دقیق‌تر منابع انرژی استفاده شده در فوتوراکتور طراحی شده افزود: «همانگونه که اشاره شد پایه‌ی بسیاری از روش‌های حذف و تصفیه‌ی آلاینده‌ها از آب‌های آلوده، فرآیندهای اکسایش پیشرفته است که مهم‌ترین آن‌ها، روش‌های فوتوکاتالیستی است. عموماً منبع تأمین انرژی در روش فوتوکاتالیست، نور فرابنفش است. اما در سال‌های اخیر، لامپ‌های UVLED به عنوان یک منبع تابشی و جایگزین مناسبی برای لامپ‌های UV جیوه‌ای مطرح شده است. این لامپ‌ها مزایای بسیاری بر لامپ‌های سنتی دارند؛ از جمله: مصرف انرژی بسیار کمتر، عمر بیشتر، کارایی و استحکام بیشتر، اندازه‌ی کوچک‌تر و بالاخره قیمت کمتر. اما با در نظر گرفتن لزوم استفاده از سیستم‌های کارامد بر پایه‌ی انرژی‌های تجدیدپذیر، ایده‌ی استفاده همزمان سلول‌های فوتوولتاییک خورشیدی در کنار LED ها نیز مطرح شده است. لذا بر همین اساس، فوتوراکتور موردنظر به گونه‌ای طراحی شده که منبع تأمین انرژی آن شامل لامپ‌های UVLED در کنار سلول‌های خورشیدی است.»
سیستم حاضر به علت بهره‌گیری از نور خورشید جهت تولید انرژی مورد نیاز، باعث حذف وابستگی به انرژی الکتریکی و همچنین گسترش کاربرد آن در مناطق دور از دسترس به انرژی می‌گردد.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های محمدرضا اسکندریان- دانشجوی مقطع دکترای شیمی کاربردی دانشگاه سمنان- دکتر مصطفی فضلی- عضو هیأت علمی این دانشگاه- و دکتر محمدحسین رسولی‌فرد- عضو هیأت علمی دانشگاه زنجان- است که نتایج آن در مجله‌ی Applied Catalysis B: Environmental (جلد ۱۸۳، سال ۲۰۱۶، صفحات ۴۰۷ تا ۴۱۶) منتشر شده است.
