تصفیه آب با نور خورشید - وبلاگ سفر و گردشگری

به گزارش وبلاگ سفر و گردشگری، فوتوکاتالیست های شناور فعال شده با نور خورشید، امکان تصفیه آب را برای منطقه ها دورافتاده و جوامع در حال توسعه ارائه می نمایند.

به گزارش وبلاگ سفر و گردشگری ، شیمیدانان در حال بهره برداری از انرژی موجود در نور خورشید برای پاکسازی آب شیرین از آلاینده ها هستند.

به نقل از ایسنا، پژوهشگران دانشگاه میلان(University of Milan) در یک پژوهش تازه، از فرآیندی به نام فوتوکاتالیز استفاده کردند و در آن نشان دادند که انرژی موجود در نور خورشید می تواند به تجزیه شدن مولکول های آلی منجر گردد.

استفاده کردن از فوتوکاتالیز برای پاکسازی فاضلاب، ایده تازهی نیست. بسیاری از آلاینده های آلی رایج پیشتر با استفاده از این روش با موفقیت تجزیه شده اند. با وجود این، کاربرد این فرآیند در مقیاس بزرگ هنوز با موانع قابل توجهی روبه رو است.

راهکار پایدار برای تصفیه آب

این پژوهش، بخشی از کوشش برای ایجاد یک روش قابل دسترس به منظور پاکسازی آب در کشورهای در حال توسعه و منطقه ها دورافتاده است. پژوهشگران امیدوارند که با این کار بتوانند با معضل محدودیت آب آشامیدنی و بعلاوه احتیاج به ضدعفونی کردن فاضلاب و استفاده مجدد از آن مقابله نمایند.

کلودیا بیانکی(Claudia Bianchi)، استاد شیمی صنعتی در دانشگاه میلان و یکی از پژوهشگران ارشد این پروژه گفت: یافتن یک روش جهانی ساده، ارزان و در دسترس برای استفاده از فوتوکاتالیز در تصفیه آب، به ویژه در جوامعی که دسترسی محدودی به آب تمیز دارند، یک چالش مداوم به جای مانده است.

بیانکی به سختی طراحی کردن یک روش مؤثر برای حذف آلاینده ها اشاره نمود و در عین حال اطمینان داد که فوتوکاتالیز یک روش قابل استفاده مجدد و زیست تخریب پذیر است و واکنش های جانبی ناخواسته و مضر را ایجاد نمی نماید.

کاتالیزور شناور

کوشش های پیشین برای اعمال فوتوکاتالیز در تصفیه فاضلاب، کاتالیزورهایی را به صورت پودر اضافه می کردند، اما این امر جمع آوری آنها را در مراحل بعد سخت می نماید. پژوهشگران در مقاله خود نوشتند: استفاده کردن از مواد به شکل پودر از نقطه نظر عملی، به علت سختی جداسازی آنها از مخلوط برای استفاده مجدد محدود است.

بیانکی و گروهش، راهکار تازه خود را به شکل یک کاتالیزور شناور ارائه کردند که به وسیله دانه های متخلخل خاک رس پشتیبانی می گردد. این دانه ها به میزان کافی سبک هستند که بتوانند روی سطح آب باقی بمانند. بنابراین، پس از استفاده به راحتی می توان آنها را جدا کرد. خاک رس از نظر شیمیایی بی اثر است؛ به این معنی که با مواد دیگر واکنش نشان نمی دهد و هیچ خطری برای زیست بوم های آبی ندارد.

این گروه پژوهشی برای فرآیند فوتوکاتالیز خود، لایه هایی از بیسموت اکسی بروماید(bismuth oxybromide) را روی سطح دانه ها پرورش دادند. این ماده، فعالیت فوتوکاتالیز بالایی دارد، از نظر شیمیایی پایدار است و خطر تجزیه خود و ایجاد یک منبع دیگر از آلودگی را به حداقل می رساند.

بیانکی شرح داد: نور خورشید به سطح بیسموت اکسی بروماید برخورد می نماید و به الکترون ها انرژی می دهد تا از نوار ظرفیت به نوار راهنمایی حرکت نمایند. در نتیجه، جفت الکترون-حفره ایجاد می گردد.

به عبارت ساده، این بدان معناست که نور در فرآیند فوتوکاتالیز، الکترون ها را تحریک می نماید تا به سمت لایه بیرونی ماده حرکت نمایند و در آنجا با مولکول های حاوی کربن واکنش دهند تا آنها را تجزیه نمایند. بیانکی اضافه کرد: این جفت های الکترون-حفره، تجزیه آلاینده های آلی را به دی اکسید کربن و آب تسهیل می نمایند.

آزمایش تجزیه آلاینده های رایج

این گروه پژوهشی، روش خود را روی آب لوله کشی حاوی دو داروی رایج دیکلوفناک و ایبوپروفن آزمایش کردند و آنها را همراه با کاتالیزور شناور در معرض خورشید قرار دادند. دیکلوفناک حتی پس از چندین بار شست وشو و استفاده مجدد از دستگاه ها، به طور کامل از نمونه های آب حذف شد.

از طرف دیگر، تجزیه ایبوپروفن به ویژه زمانی که کاتالیزور مجددا استفاده شد، کارآمدتر بود. این می تواند به علت واسطه هایی باشد که طی تجزیه دیکلوفناک تشکیل شده اند. واسطه ها ممکن است به ذرات شناور بچسبند و در نتیجه، توانایی کاتالیزور را در تجزیه ایبوپروفن کاهش دهند. شیمیدانان می گویند که این فرضیه اکنون در حال آنالیز است.

بیانکی اضافه کرد: در حال حاضر پژوهش های خود را برای ارزیابی توانایی دستگاه در مقابله با سایر آلاینده های آلی از جمله رنگ ها و پلی فنل ها که معمولا به صورت جداگانه یا مخلوط در آب های طبیعی یافت می شوند، توسعه می دهیم.

محدودیت های بالقوه ای نیز برای این روش وجود دارد. یکی از محدودیت ها، وابستگی کاتالیزور به نور خورشید است که اگرچه به عنوان یک منبع رایگان و پاک مطلوب توصیف می گردد، اما کاربردهای آن را در مکان های جغرافیایی با نور خورشید ناکافی در طول سال محدود می نماید.

ترکیب پیچیده فاضلاب، یک چالش دیگر است که به آنالیز بیشتر احتیاج دارد، زیرا این گروه پژوهشی، روش خود را در نمونه هایی با تنها دو آلاینده آلی آزمایش کردند.

بیانکی با تاکید بر این که نکته اصلی پژوهش آنها فراتر از نتایج علمی است، گفت: این یک تصویر قانع نماینده از قدرت شیمی برای رسیدگی به چالش های پایدار به وسیله راهکار های نوآورانه ای است که هم برای بشریت و هم برای محیط زیست سودمند هستند.

5858