5 دقیقه
پژوهشگران مؤسسهٔ فناوری ناگویا پسماندهای پلاستیکی روزمره را به مادهای چندمنظوره و فعال تحت نور خورشید تبدیل کردهاند که هم میتواند آب را تصفیه کند و هم آن را آبشیرینسازی کند. این کامپوزیت جدید — تولیدشده با روش بهینهٔ میلیسازی مکانوشیمیایی — جذب نور، تولید گرما و جذب آلایندهها را در یک ذرهٔ کمهزینه ترکیب میکند و میتواند در مقیاسپذیر کردن راهکارهای ارزان برای تصفیهٔ آب نقش داشته باشد.
چگونه پلاستیک و آسیاب توپی به کاتالیزور پاکسازی آب تبدیل شدند
تیم به سرپرستی دانشیار تاکاشی شیرای از یک آسیاب سیارهای (planetary ball mill) استفاده کردند تا مخلوط سادهای از تریاکسید مولیبدن (MoO3) و پلیپروپیلن — پلاستیک رایج در بستهبندی — را بهصورت مکانیکی به یک کامپوزیت لایهای تبدیل کنند. پارامترهای دقیق میلیسازی تغییرات شیمیایی و فیزیکیای را موجب شدند که بروندادهایی از جمله برنز هیدروژنهٔ مولیبدن (HxMoO3–y)، دیاکسید مولیبدن (MoO2) و کربن فعال مشتقشده از خوراک پلیپروپیلن را تولید کرد.
سنتز مکانوشیمیایی — فرایندی که در آن نیروی مکانیکی واکنشهای شیمیایی را برمیانگیزد — اینجا مزایایی ارائه میدهد: از گامهای دمایی بالا و پرمصرف انرژی جلوگیری میکند و میتواند پسماندهای پلاستیکی را به مؤلفههای کربنی کاربردی تبدیل کند. به گفتهٔ محققان، این روش در مقایسه با بسیاری از مسیرهای سنتی تهیهٔ فتوکاتالیزورهای پیشرفته از نظر انرژی و هزینه کارآمدتر است و گزینهای مناسب برای بازیافت پلاستیک و تولید مواد فعال خورشیدی فراهم میآورد.
این ذرات جدید کامپوزیتی از برنز هیدروژنهٔ مولیبدن، دیاکسید مولیبدن و کربن نشاندهندهٔ نرخ تبخیر بینسطحی فوتوترمال بسیار عالی، فعالیت فوتوکاتالیتیک در طیف گسترده برای حذف آلایندههای آبی و ظرفیتهای جذب کافی برای یونهای فلزات سنگین حتی در تاریکی هستند. چنین ویژگیهایی میتواند پایهٔ فناوریهای مقرونبهصرفه و مقیاسپذیر در تصفیهٔ آب و آبشیرینسازی خورشیدی شود.
یک ماده، چند حالت تصفیه
ویژگی برجستهٔ این کامپوزیتها چندمنظورهبودنشان است. در آزمایشهای آزمایشگاهی، ذرات جذب نوری پهنباندی در طولموجهای فرابنفش، مرئی و نزدیک به مادونقرمز نشان دادند. این قابلیت اجازه داد دو فرایندِ مبتنی بر نورِ خورشید همزمان عمل کنند:
- تجزیه فتوکاتالیزوری: تحت تابش نور، فازهای اکسید مولیبدن بهعنوان فتوکاتالیزور عمل کرده و آلایندههای آلی را به ترکیبات کمخطرتر تجزیه میکنند؛ این مکانیسم برای تصفیهٔ آبی و کاهش مواد آلی محلول مفید است.
- تبخیر فوتوترمال: رفتار شبهپلاسمونی و تبدیل قوی نور به گرما، رابط آب-ذره را سریعاً گرم میکند، تبخیر را تسریع میبخشد و آبشیرینسازی خورشیدی را ممکن میسازد.
علاوه بر مسیرهای وابسته به نور، کربن فعال دارای گروههای حاوی اکسیژن که در این ساختار حفظ شدهاند، سایتهای جذبی برای یونهای فلزات سنگین فراهم میآورد؛ یعنی این ماده حتی در تاریکی نیز میتواند آلایندهها را حذف کند. کامپوزیتها همچنین فعالیت کاتالیزوری اسید برونستد را نشان دادند که دامنهٔ شیمیایی آنها را برای تجزیهٔ برخی آلایندهها گسترش میدهد. این تلفیق فتوکاتالیز، تبخیر فوتوترمال و جذب کربنی، مزیتی رقابتی برای طراحی سیستمهای ترکیبی تصفیه آب فراهم میآورد.
چرا این موضوع اهمیت دارد: مقیاسپذیری، هزینه و اقتصاد دایرهای
بسیاری از فتوکاتالیزورهای امیدوارکننده پرهزینه یا دشوار برای تولید در مقیاس وسیع هستند. در مقابل، رویکرد تیم ناگویا از مواد اولیهٔ ارزانقیمت مانند MoO3 و پُلیپروپیلنِ رایجِ پسماندی آغاز میشود و از فرایند میلیسازی مقیاسپذیر استفاده میکند. حاصل، ذرهای چندمنظوره و کمهزینه است که میتواند برای تصفیهٔ غیرمتمرکز آب، آبشیرینسازی اضطراری یا بهعنوان بخشی از سیستمهای ترکیبی خورشیدی بهکار رود.
تصور کنید یک پانل یا تشک شناور کمهزینه پوشیدهشده با این کامپوزیتها؛ تحت نور خورشید همزمان تبخیر و تقطیر آبِ تازه را انجام میدهد، در حالی که ترکیبات آلی را تجزیه و یونهای فلزی را جذب میکند. این ترکیب عملکردها نیاز به مراحل جداگانهٔ متعدد را کاهش داده و میتواند هزینههای زیرساخت و نگهداری را پایین بیاورد، بهویژه در مناطق دارای محدودیت منابع و تنش آبی.
گامهای بعدی و کاربردهای گستردهتر
محققان قصد دارند فرمولاسیونهای میلیسازی را بهینهتر کنند تا استراتژی مکانوشیمیایی را به اکسیدها و انواع پلاستیکهای دیگر تعمیم دهند و مجموعهای وسیعتر از کامپوزیتهای بازیافتی و فعال تحت خورشید ایجاد کنند. انتظار میرود کاتالیزورهای همهکارهٔ مشابه بتوانند مواد موجود را بهبود دهند، مفاهیم جدید پاکسازی را ممکن سازند و به راهحلهای مواد چرخهای کمک کنند که پلاستیکهای ضایعاتی را در فناوریهای مفید قفل میکنند.
این مطالعه که در ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شده است، مسیر ملموسی را برای پیوندِ بازیافت پلاستیک با تصفیهٔ آبِ خورشیدی نشان میدهد — تلاقی میان بازسازی زیستمحیطی و نوآوری در مواد که میتواند در مناطقی که با فشار آب و منابع محدود روبهرو هستند، اهمیت زیادی داشته باشد.
فناوریهایی که باید دنبال شوند
اصطلاحات فنی کلیدی که در پژوهشهای مرتبط ارزش دنبالکردن دارند: سنتز مکانوشیمیایی، برنز هیدروژنهٔ مولیبدن، تبخیر فوتوترمال، فتوکاتالیزور، آبشیرینسازی خورشیدی، جذب کربن فعال و بازیافت دایرهای پلاستیکها. در کنار هم، این پیشرفتها به طراحیهای عملی و کمهزینهٔ تصفیهٔ آب اشاره دارند که از نور خورشید و مواد بازیافتی بهره میگیرند، بهجای تکیهٔ کامل بر مؤلفههای نادر یا گرانقیمت.
منبع: scitechdaily
نظرات
پمپزون
ایدهٔ جالب، اما تستهای طولانیمدت لازمه. بدون سناریوی بازیافت نهایی پلاستیک، ممکنه فقط یه راهکار موقتی باشه.
آرمین
واقعاً در میدان عمل هم جواب میده؟ جذب یونها تو آب خیلی کثیف و پر ذرات چطوره... مشکوکم ولی امیدوار.
لابکور
منطقیش اینه، ساده و اقتصادی به نظر میاد. ولی تا زمانیکه هزینه تولید و بازیافت نهایی روشن نشه نمیشه مطمئن بود.
دیتاپالس
وااای، از پلاستیک بستهبندی فکر نمیکردم بشه همچین چیزی ساخت! اگر واقعی باشه، تو مناطق محروم معجزه میکنه…
ارسال نظر