سنتز آزمایشگاهی نانوذرات فوتوکاتالیستی برای تصفیه پساب‌ها در دانشگاه علم و صنعت ایران

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از روابط عمومی ستاد نانو، 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 وسیله روش‌های زیستی همچون کربن فعال جاذب یا مواد جاذب دیگر و یا به وسیله عملیات مرسوم فیزیکی و شیمیایی (معلق سازی، کلر زنی) تصفیه شود.

با این وجود، در برخی موارد این روش‌ها برای رسیدن به درجه خلوص ملزم شده توسط قانون و یا برای استفاده نهایی کافی نیست. در چنین مواردی یکی از روش‌های کارآمد، استفاده از فتوکاتالیست‌های نیمه‌هادی و مغناطیسی است.

به گفته دکتر سید محمد میرکاظمی، از میان فتوکاتالیست‌ها، اکسید تیتانیوم (TiO2) به دلایلی از جمله فعالیت کاتالیستی عالی، غیر سمی بودن و قیمت پایین، مناسب‌ترین ماده فتوکاتالیست به حساب می‌آید. با این وجود جداسازی پودرهای فتوکاتالیستی و استفاده مجدد از آنها بعد از عملیات تصفیه 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 ماده 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 هسته مغناطیسی ندارد. همچنین این ماده در محدوده نور مریی رفتار فوتوکاتالیسیتی خوبی بروز می‌دهد؛ برخلاف اکسید تیتانیوم که عمده رفتار فوتوکاتالیستی آن در محدوه ماورای بنفش است».

در این طرح یک روش ارزان با مواد اولیه نسبتاً کم هزینه و در دمای پایین برای سنتز نانوذرات فریت بیسموت ارائه شده است. همچنین طبق نتایج، این

نانوذرات در تصفیه نمونه 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 ماده 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 مقایسه روش جداسازی مغناطیسی با سایر روش‌های تصفیه پرداخت و عنوان کرد: «استفاده از روش جداسازی مغناطیسی در تصفیه 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 وسیله 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 گفته این پژوهشگر، در این تحقیقات، نانوذرات فریت بیسموت به روش تجزیه 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 تصفیه نمونه‌های آزمایشگاهی حاوی آلاینده متیلن بلو پرداخته شده است.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر سید محمد میرکاظمی، دکتر سید مرتضی مسعودپناه، اعضای هیئت علمی دانشگاه علم و صنعت ایران، مهندس شقایق شعبانی و مهندس پرنیا طاهری دولت آبادی است.