تصفیه آب‌های آلوده به کمک فوتوکاتالیست‌های حساس به نور مرئی

با توجه به محدودیت منابع آبی و نیاز روز افزون به استفاده‌ی بهینه و تصفیه‌ی آب‌های آلوده، اهمیت معرفی و تهیه موادی که ما را به این هدف نزدیک کند، بر کسی پوشیده نیست. در این راستا فوتوکاتالیست‌ها می‌توانند با حذف آلاینده‌های سمی در پساب‌ها و خالص‌سازی آب شرب، گام مؤثری در دستیابی به این هدف باشند.
به گفته‌ی دکتر محمد محسن مؤمنی، فوتوکاتالیست‌‌ها، برای تسریع واکنشی که منجر به حذف آلاینده‌ها ‌شود، از نور استفاده می‌کنند و عموماً برای کارکردن نیاز به نور ماورای بنفش دارند. این نیاز، کاربرد عملی اغلب فوتوکاتالیست‌ها را محدود کرده‌ است؛ زیرا 46 درصد از کل انرژی نور خورشید در زمین، در محدوده‌ی نور مرئی است و فقط 4 درصد از آن در محدوده‌ی ماورای بنفش قرار دارد.
مؤمنی در ادامه عنوان کرد: «هدف از تحقیق حاضر تهیه‌ی فتوکاتالیست‌هایی بود که به نور مرئی حساس بوده و برای حذف برخی آلاینده‌های رنگی از پساب‌ها قابل استفاده باشند. همچنین عملکرد آن‌ها به عنوان فتوآند‌های مؤثر برای شکستن مولکول‌های آب به کمک نورخورشید و به منظور رسیدن به یک سیستم فتوسنتز مصنوعی با کارایی بالا مورد بررسی قرار گرفته است.»
نتایج این پژوهش علاوه بر صنعت تصفیه آب و حذف آلاینده‌های آلی مضر، در حذف آلاینده‌های گازی از هوا و ساخت حسگرهای گازی کاربردی در صنعت نفت و گاز نیز قابل استفاده خواهد بود. همچنین از فوتوکاتالیست سنتز شده می‌توان برای تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن و تولید سوخت پاک نیز استفاده کرد.
به گفته‌ی این محقق، محدودیت منابع فسیلی، تأثیرات منفی زیست محیطی این سوخت‌های فسیلی و افزایش قیمت آن‌ها بیانگر افزایش روزافزون اهمیت استفاده از انرژی‌های پاک و تجدیدپذیر در تأمین انرژی مورد نیاز بشر است. بر این اساس، هیدروژن یکی از بهترین گزینه‌ها جهت ایفای نقش حامل انرژی است. یکی از روش‌های مناسب، تولید هیدروژن به روش شکافت فوتوکاتالیستی آّب در زیر نور خورشید است. این روش، سودمند، ارزان و سازگار با محیط زیست برای تولید سوخت پاک است.
جهت ساخت این فوتوکاتالیست، نانولوله‌های دی اکسید تیتانیوم آغشته شده به اکسیدمس، در حلال‌های مختلف حاوی نمک مس، تهیه شدند. برای این منظور عوامل مختلفی همچون دما، زمان، غلظت گونه‌ها، سرعت همزدن و ولتاژ اعمالی بهینه شده است. پس از تهیه‌ی نانولوله‌ها، با استفاده از روش‌هایی همچون SEM, XRD, EDX, UV، مورفولوژی، ترکیب، ساختار و شکاف باند ساختارها مورد بررسی واقع شده است. در نهایت فعالیت فوتوکاتالیستی و فتوالکتروکاتالیستی آن‌ها به عنوان فوتوکاتالیست و فوتوآند در تخریب رنگ متیلن بلو و شکافت فوتوکاتالیستی آّب در زیر نور مرئی، برای تولید گاز هیدروژن مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است.
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله‌ی Ceramics International (جلد 41، شماره 7، سال 2015، صفحات 8735 تا 8741) منتشر شده است. دکتر محمد محسن مؤمنی، دکتر یوسف غایب- اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان- و زهره غنچگی- دانشجوی کارشناسی ارشد این دانشگاه- در انجام این طرح همکاری داشته‌اند.

علاقه‌مندان برای استفاده از حمایت تشویقی ستاد توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری می‌توانند به صفحه حمایت تشویقی مقالات ISI مراجعه کنند.