محققان دانشگاه رازی کرمانشاه موفق به سنتز نوعی غشای نانوکامپوزیتی با قابلیت خودتمیزکنندگی شدند. در ساختار این غشاها از نانوذرات فتوکاتالیست استفاده شده به‌نحوی که با دریافت نور خورشید، گرفتگی غشا تا حدود زیادی مرتفع می‌شود.
تولید آزمایشگاهی فیلتر تصفیه آب با قابلیت خودتمیزکنندگی
امروزه فناوری‌های غشایی به‌واسطه اثرات مخرب کم بر محیط‌زیست و مصرف انرژی پایین در مقیاس‌های وسیع تصفیه آب و پساب به کار برده می‌شوند. یکی از غشاءهای رایج مورد استفاده غشاهای پلیمری هستند که به دلیل مزایایی از قبیل ارزانی، قابلیت شکل‌دهی آسان و تخلخل بالا کاربرد فراوانی دارند.
حدیث زنگنه، دانش‌آموخته مقطع دکتری دانشگاه رازی کرمانشاه با اشاره به مشکل گرفتگی غشاها به‌عنوان یکی از اصلی‌ترین عیوب غشاهای تصفیه آب در خصوص اقدامات انجام شده در این طرح در جهت رفع این مشکل گفت: «گرفتگی غشا موجب کاهش طول عمر غشا و کاهش جریان آب خروجی از آن می‌شود. یکی از راهکارها برای کاهش پدیده گرفتگی غشا، افزایش آب‌دوستی آن است. ما در طرح حاضر ضمن استفاده از نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم به‌عنوان عامل آب‌دوست کننده غشا، از خاصیت فتوکاتالیستی آن نیز جهت اعطای خاصیت خودتمیزکنندگی بهره برده‌ایم.»
وی ادامه داد: «حضور نانوذرات در ساختار این غشاها طول عمر آن‌ها را افزایش و هزینه‌های مربوط به تعویض زودهنگام غشا را به‌مراتب کاهش خواهد داد.»
این محقق در رابطه با سازوکار عمل کرد تمیزکنندگی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم افزود: «همان‌طور که عنوان شد در این تحقیق از نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم اصلاح شده به‌عنوان عامل آب‌دوست کننده غشا و همچنین به‌عنوان عامل تمیزکننده غشا استفاده شده است. این نانوذرات با دریافت نور خورشید رادیکال‌های آزاد تولید می‌کنند که این رادیکال‌ها با عوامل گرفتگی غشا وارد واکنش شده و آن‌ها تخریب می‌نمایند»
زنگنه در خصوص اصلاحات انجام‌شده بر روی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم گفت: «نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم به‌خودی‌خود بازده کوانتومی پایینی دارد بدین معنی که خاصیت فتوکاتالیستی آن با تابش اشعه فرابنفش فعال می‌شود. از سوی دیگر قرارگیری غشای پلیمری در معرض اشعه فرابنفش موجب تخریب غشا می‌شود. ما در این طرح با اعمال اصلاح ساختاری در نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم و دوپ کردن آن با بور، سیلیکا و کبالت فریت به‌طور هم‌زمان موجب کاهش میزان انرژی فعال‌سازی از ناحیه فرابنفش به ناحیه مریی و همچنین موجب افزایش بازدهی کوانتومی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم شدیم.»
براساس نتایج آزمون‌ها عملیاتی انجام شده بر روی غشاهای تصفیه آب حاوی درصدهای مختلفی از نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم اصلاح‌شده، غشای پلیمری حاوی ۰٫۵ درصد وزنی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم اصلاح شده دارای کمترین زاویه تماس، ۴۹٫۳ درجه در مقایسه با غشای خالص با زاویه تماس ۶۲٫۵ است. همچنین نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم موجب افزایش ۲٫۳ برابری تراوایی غشا و کاهش چشمگیر میزان گرفتگی برگشت‌ناپذیر غشا از ۴۷٫۳ درصد به ۳ درصد شده‌اند.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر حدیث زنگنه- دانش‌آموخته مقطع دکتری، دکتر علی‌اکبر زینتی زاده، دکتر سیروس زین‌الدینی و دکتر مصطفی فیضی- اعضای هیئت علمی دانشگاه رازی کرمانشاه است. نتایج این کار در قالب یک مقاله در مجله Separation and Purification Technology با ضریب تأثیر ۵٫۱۰۷ (جلد ۲۰۹، سال ۲۰۱۹، صفحات ۷۶۴ تا ۷۷۵) منتشر شده است.
