بازی اندروید: محققان دانشگاه صنعتی سهند موفق به توسعه نانوفوتوکاتالیستی شده اند که می تواند با استفاده از نور خورشید، آنتی بیوتیک های خانواده کینولون را با راندمانی قابل توجه از آب حذف کند.
به گزارش بازی اندروید به نقل از ستاد نانو، این ماده نوین که بر پایه یک ساختار نانوهتروجانکشن سه تایی طراحی شده، حاصل ترکیب هوشمندانه فناوری نانو با شیوه های نوآورانه سنتز است. یافته های این مطالعه نشان میدهد که می توان با تاکید بر نور خورشید و مواد نانوساختار، گامی مؤثر در جهت تصفیه پایدار آب و کاهش مخاطرات زیست محیطی ناشی از آلاینده های دارویی برداشت.
آلودگی منابع آب به باقیمانده های دارویی، خصوصاً آنتی بیوتیک ها، به یکی از دغدغه های جدی محیط زیستی و بهداشتی در دهه های اخیر تبدیل گشته است. ترکیباتی مانند آنتی بیوتیک های کینولونی که به صورت گسترده در درمان های انسانی و دامپزشکی مصرف می شوند، بعد از ورود به محیط های آبی بسختی تجزیه می شوند و شیوه های متداول تصفیه آب توان حذف کامل آنها را ندارند. حضور این آلاینده ها می تواند به گسترش مقاومت آنتی بیوتیکی، اختلال در زنجیره های زیستی و تهدید سلامت انسان منجر شود. همین مساله، لزوم توسعه راهکارهای نوین، کارآمد و پایدار برای حذف این ترکیبات را بالاتر از پیش برجسته می کند.
در این چارچوب، محققان دانشگاه صنعتی سهند با محوریت فناوری نانو و استفاده از انرژی خورشیدی، موفق به طراحی و ساخت یک نانوفوتوکاتالیست نوظهور شده اند که توان بالایی در حذف آنتی بیوتیک های کینولونی از محیط های آبی دارد. این مطالعه با معرفی یک ساختار سه تایی معروف به CeO₂/Bi₂₄O₃₁Cl₁₀/Bi₃O₄Cl، افق تازه ای در عرصه تصفیه پیشرفته آب و پساب های دارویی گشوده است.
فوتوکاتالیست ها موادی هستند که با جذب نور، واکنش های شیمیایی تخریبی را فعال می کنند و می توانند آلاینده های پیچیده را به ترکیبات ساده تر و کم خطرتر تبدیل کنند. در عین حال، خیلی از فوتوکاتالیست های متداول تنها در محدوده فرابنفش فعال اند و کارآمدی محدودی در نور خورشید دارند. چالش اصلی این مطالعه هم دقیقا در همین نقطه تعریف می شود: چطور می توان ماده ای طراحی کرد که هم در نور مرئی خورشید فعال باشد و هم بازده بالایی در تخریب آلاینده های دارویی نشان دهد؟ پاسخ این پرسش، در مهندسی نانوساختار و ایجاد هتروجانکشن های چندگانه نهفته است.
بخش نانویی این تحقیق، بر طراحی یک نانوفوتوکاتالیست سه تایی با اتصال فازهای مختلف در مقیاس نانو متمرکز بوده است. این ساختار هتروجانکشن سه گانه، امکان جداسازی مؤثرتر الکترون و حفره و کاهش بازترکیب آنها را فراهم می کند؛ عاملی کلیدی که مستقیماً به افزایش راندمان فوتوکاتالیستی منجر می شود.
برای ساخت این نانوماده، محققان از روشی نوآورانه با عنوان «احتراق مایکروویوی همراه با فرآیند هیدروترمال القاشده با امواج فراصوت» بهره برده اند. به کارگیری هم زمان مایکروویو و فراصوت، نه تنها به کاهش اندازه ذرات و بهبود پراکندگی نانوساختارها کمک کرده، بلکه سبب یکنواختی بهتر فازها در مقیاس نانو شده است. مقایسه نمونه های سنتزشده با و بدون فراصوت نشان میدهد که حضور انرژی فراصوت، نقشی تعیین کننده در بهبود خصوصیت های ساختاری و عملکردی فوتوکاتالیست دارد.
نتایج آزمایش ها حاکی از آنست که نانوفوتوکاتالیست CeO₂/Bi₂₄O₃₁Cl₁₀/Bi₃O₄Cl با نسبت وزنی ۳ به ۱، بهترین عملکرد را در بین نمونه های بررسی شده از خود نشان داده است. این ماده توانسته است بعد از ۱۸۰ دقیقه تابش نور خورشید، حدود ۸۷.۶ درصد نورفلوکساسین، ۷۰.۲ درصد لووفلوکساسین، ۶۶.۲ درصد افلوکساسین و ۵۷.۹ درصد سیپروفلوکساسین را از محلول های آلوده حذف کند. این در شرایطی است که نمونه مشابه بدون استفاده از فراصوت، عملکرد ضعیف تری را به معرض نمایش گذاشته است.
بررسی های طیف سنجی نشان میدهد که این نانوکامپوزیت دارای دو لبه جذب نوری در ناحیه مرئی است که بیان کننده تشکیل موفق ساختار سه تایی و قابلیت جذب مؤثر نور خورشید است. تصاویر میکروسکوپی هم توزیع یکنواخت نانوذرات اکسید سریم بر روی صفحات ترکیبات بیسموتی را تأیید می کند؛ ساختاری که برای انتقال مؤثر بار و افزایش واکنش های سطحی بسیار حیاتی می باشد.
از منظر خصوصیت های سطحی، وجود هم زمان حفره های مزو و ماکرو در این نانوفوتوکاتالیست، مسیر نفوذ آلاینده ها به سطح فعال را تسهیل کرده و انتقال جرم را بهبود بخشیده است. این عامل، در کنار اثرات پلاسمونی و ساختار هتروجانکشن، نقش برجسته ی در افزایش بازده تخریب فوتوکاتالیستی ایفا می کند.
نکته مهم دیگر، پایداری و قابلیت استفاده مجدد این نانوفوتوکاتالیست است. نتایج آزمون های بازیافت نشان میدهد که ماده توسعه یافته بعد از چندین چرخه استفاده، افت عملکرد قابل توجهی ندارد؛ خصوصیت ای که آنرا برای کاربردهای عملی و صنعتی امیدوارکننده می سازد.
در مجموع، این مطالعه نشان میدهد که چطور می توان با استفاده هوشمندانه از فناوری نانو، طراحی چارچوب های هتروجانکشن و استفاده از انرژی پاک خورشیدی، راهکاری مؤثر برای رویارویی با آلودگی های دارویی عرضه داد. موفقیت محققان دانشگاه صنعتی سهند، نمونه ای روشن از نقش فناوری های نوظهور در حل مسایل پیچیده زیست محیطی است و می تواند زمینه ساز توسعه سامانه های تصفیه پایدار و کم هزینه برای محافظت از منابع آب باشد.
نتایج این پروژه در قالب مقاله ای با عنوان Emerging CeO۲/Bi۲۴O۳۱Cl۱۰/Bi۳O۴Cl ternary-hetero-assembly nanophotocatalyst for superior sunlight-irradiated photo-elimination of quinolone antibiotics: Microwave combustion-assisted sono-induced-hydrothermal synthesis در نشریه Journal of Cleaner Production به چاپ رسیده است.به کارگیری هم زمان مایکروویو و فراصوت، نه تنها به کاهش اندازه ذرات و بهبود پراکندگی نانوساختارها کمک کرده، بلکه سبب یکنواختی بهتر فازها در مقیاس نانو شده است. این ماده توانسته است پس از ۱۸۰ دقیقه تابش نور خورشید، حدود ۸۷.۶ درصد نورفلوکساسین، ۷۰.۲ درصد لووفلوکساسین، ۶۶.۲ درصد افلوکساسین و ۵۷.۹ درصد سیپروفلوکساسین را از محلول های آلوده حذف کند. این عامل، در کنار اثرات پلاسمونی و ساختار هتروجانکشن، نقش برجسته ی در افزایش بازده تخریب فوتوکاتالیستی ایفا می کند.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظر بینندگان بازی اندروید در مورد این مطلب