سنتز آزمایشگاهی نانوذرات فوتوکاتالیستی

محققان دانشگاه علم و صنعت ایران، در تحقیقات خود موفق به ساخت آزمایشگاهی نانوذراتی شدند که قادر است پساب‌های آلوده را با بازده بالایی تصفیه نماید. این نانوذرات خاصیت فوتوکاتالیستی خود را در محدوده‌ی نور مرئی بروز می‌دهند و به دلیل ویژگی مغناطیسی، قابلیت بازیابی و استفاده‌ی مجدد را فراهم می‌سازند.
بخش‌هایی همانند صنایع پتروشیمی، دارویی، نساجی و کشاورزی پساب‌های زائد تولید می‌کنند. بسیاری از این مواد به شدت سمی بوده و باید قبل از دور ریختن تصفیه شوند. در اغلب موارد، آب‌های آلوده‌شده می‌تواند به طور کارآمدی به وسیله‌ی روش‌های زیستی همچون کربن فعال جاذب یا مواد جاذب دیگر و یا به وسیله‌ی عملیات مرسوم فیزیکی و شیمیایی (معلق سازی، کلر زنی و ...) تصفیه شود. با این وجود، در برخی موارد این روش‌ها برای رسیدن به درجه‌ی خلوص ملزم شده توسط قانون و یا برای استفاده‌ی نهایی کافی نیست. در چنین مواردی یکی از روش‌های کارآمد، استفاده از فتوکاتالیست‌های نیمه‌هادی و مغناطیسی است.
به گفته‌ی دکتر سید محمد میرکاظمی، از میان فتوکاتالیست‌ها، اکسید تیتانیوم (TiO2) به دلایلی از جمله فعالیت کاتالیستی عالی، غیر سمی بودن و قیمت پایین، مناسب‌ترین ماده‌ی فتوکاتالیست به حساب می‌آید. با این وجود جداسازی پودرهای فتوکاتالیستی و استفاده‌ی مجدد از آن‌ها بعد از عملیات تصفیه‌ی آب یک مشکل اساسی است. اخیراً برای حل این مشکل، استفاده از پودرهای مغناطیسی پوشش داده شده با اکسید تیتانیوم با نام فتوکاتالیست مغناطیسی پیشنهاد شده است که با اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی می‌توان آن‌ها را از آب جدا کرد.
میرکاظمی در ادامه عنوان کرد: «در تحقیق حاضر به جای اکسید تیتانیوم از ماده‌ی فریت بیسموت استفاده شده است که دو برتری قابل توجه نسبت به اکسید تیتانیوم دارد. نخست آنکه فریت بیسموت در مقیاس نانومتری، دارای خاصیت مغناطیسی (فری مغناطیس) است، پس نیازی به هسته‌ی مغناطیسی ندارد. همچنین این ماده در محدوده‌ی نور مریی رفتار فوتوکاتالیسیتی خوبی بروز می‌دهد؛ برخلاف اکسید تیتانیوم که عمده‌ی رفتار فوتوکاتالیستی آن در محدوه ماورای بنفش است.»
در این طرح یک روش ارزان با مواد اولیه‌ی نسبتاً کم هزینه و در دمای پایین برای سنتز نانوذرات فریت بیسموت ارائه شده است. همچنین طبق نتایج، این نانوذرات در تصفیه‌ی نمونه‌ی پساب‌های مورد آزمایش عملکرد مناسب و قابل قبولی داشته‌اند.
با توجه به مزایای این ماده در مقایسه با اکسید تیتانیوم و همچنین با اشاره به اینکه فریت بیسموت ماده‌ی سمی و مضر برای محیط زیست نیست،؛ لذا در صورت تولید انبوه می‌تواند بدون اینکه اثرات جانبی سوئی به جای بگذارد، نقش مؤثر و کلیدی در کاهش آلودگی‌های آب و هوا و کاهش هزینه‌ها داشته باشد.
کاظمی در ادامه به مقایسه‌ی روش جداسازی مغناطیسی با سایر روش‌های تصفیه پرداخت و عنوان کرد: «استفاده از روش جداسازی مغناطیسی در تصفیه‌ی آب نسبت به رسوب سازی و معلق سازی دارای مزایایی به ویژه کاهش در هزینه‌های سرمایه‌ای و عملیاتی است. استفاده از فتوکاتالیست مغناطیسی، امکان بازیابی آسان فتوکاتالیست‌ها را از آب تصفیه‌ شده به وسیله‌ی میدان مغناطیسی فراهم می‌کند. این فتوکاتالیست‌ها به دلیل خصوصیت تجدید پذیری‌ می‌توانند دوباره مورد استفاده قرار گیرند و همچنین می‌توان در یک سیستم معلق با اعمال یک میدان مغناطیسی متناوب آن‌ها را هم زد.»
به گفته‌ی این پژوهشگر، در این تحقیقات، نانوذرات فریت بیسموت به روش تجزیه‌ی حرارتی تهیه شده و از آزمون‌هایی چون طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز،آزمون حرارتی افتراقی و توزین حرارتی، پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ‌های الکترونی، برای بررسی و شناسایی ساختار، خواص مغناطیسی و خواص نوری نانوذرات سنتز شده استفاده شده است. در ادامه به بررسی عملکرد این نانوذرات در تصفیه‌ی نمونه‌های آزمایشگاهی حاوی آلاینده‌ی متیلن بلو پرداخته شده است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر سید محمد میرکاظمی، دکتر سید مرتضی مسعودپناه، اعضای هیأت علمی دانشگاه علم و صنعت ایران، مهندس شقایق شعبانی و مهندس پرنیا طاهری دولت آبادی بوده که نتایج آن در مجله‌ی Ceramics International ( جلد 41، شماره 8، سال 2015، صفحات 9642 تا 9646) به چاپ رسیده است.
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.