نانوکامپوزیت پلیمری گوگردی؛ راهکاری نوین برای حذف دارو از آب‌های آلوده
به گزارش صنایع نو، آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی به داروهای شیمیایی و ترکیبات نوظهور، به یکی از نگرانی‌های مهم زیست‌محیطی و بهداشت عمومی در سال‌های اخیر تبدیل شده است. باقی‌مانده داروهایی مانند ضدالتهاب‌ها، آنتی‌بیوتیک‌ها و محرک‌های سیستم عصبی که پس از مصرف به فاضلاب راه می‌یابند، اغلب در فرآیندهای تصفیه متداول به‌طور کامل حذف نمی‌شوند و اثرات زیان‌باری برای اکوسیستم و سلامت انسان به همراه دارند.
بر اساس مطالعه مشترک پژوهشگران دانشگاه‌های تربیت مدرس، بوعلی سینا و گرانادا، به‌کارگیری نانوکامپوزیت‌های پلیمری بر پایه گوگرد در ترکیب با نیترید کربن گرافیتی (CN)، راهکاری کارآمد و پایدار برای تجزیه فوتوکاتالیستی این آلاینده‌ها در آب ارائه می‌دهد.
روش‌های متعارف تصفیه آب مانند فیلتراسیون شیمیایی و بیولوژیکی، در حذف ترکیبات پایدار با غلظت کم ناتوان هستند. فناوری فوتوکاتالیست که با استفاده از نور خورشید یا منابع نوری مصنوعی موجب تسریع واکنش‌های اکسیداسیون می‌شود، گزینه امیدوارکننده‌ای برای تجزیه این گونه آلاینده‌هاست. با این حال، مواد فوتوکاتالیستی مرسوم مانند نیترید کربن گرافیتی، به دلیل بازده کم در جداسازی بارهای الکتریکی، در شرایط عملی با محدودیت روبه‌رو هستند. در این راستا، ایجاد ساختار ناهمگن (هتروساختار) با ترکیب این ماده و یک پلیمر آلی گوگردی، موجب بهبود عملکرد و پایداری فرآیند شده است.
دستاورد پژوهشی ایران و اسپانیا: حذف داروها از آب با فناوری نوری
در این تحقیق، پلیمر آلی حاوی گوگرد و تیازول از طریق واکنش پلیمریزاسیون ترکیبی تری(۴-فورمیل‌فنوکسی)سیانورات (TFPC) با گوگرد و نفتالین‌دی‌آمین سنتز شد و سپس با استفاده از تابش میکروویو با نیترید کربن گرافیتی ترکیب گردید. ارزیابی‌های ساختاری و شیمیایی شامل طیف‌سنجی مادون قرمز (FTIR)، پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی (STEM) و آنالیز عنصری، تشکیل یک سطح یکنواخت و فعال در این هتروساختار را تأیید کرد. همچنین بررسی‌های نوری و الکتروشیمیایی مانند طیف‌سنجی مرئی-فرابنفش (UV-Vis)، فوتولومینسانس، طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و سنجش جریان فوتوگذرا، نشان داد که این ترکیب جدید به بهبود جداسازی بارهای نوری و کاهش بازترکیب آن‌ها کمک شایانی می‌کند.
پژوهشگران با آزمون نسبت‌های مختلف پلیمر به CN دریافتند که نمونه حاوی ۲۰ درصد پلیمر، بهترین عملکرد را در تجزیه داروهایی نظیر استامینوفن، کافئین، آنتی‌پیرین، سیپروفلوکساسین، سولفامتوکسازول و دیکلوفناک دارد. این هتروساختار تحت شرایط خنثی و با وجود یون‌های مزاحم مانند بیکربنات، بازده قابل‌توجهی از خود نشان داد که گواهی بر کارایی آن در محیط‌های واقعی است.
مکانیسم تجزیه فوتوکاتالیستی در این مطالعه به وضوح شناسایی شد. بر این اساس، رادیکال‌های سوپراکسید و حفره‌های نوری، نقش اصلی را در اکسیداسیون آلاینده‌ها ایفا می‌کنند، در حالی که رادیکال‌های هیدروکسیل سهم کمتری داشتند. مطالعات ساختار نواری و برآورد گاف انرژی نیز نشان داد که هتروساختار از نوع I است و پلیمر گوگردی به عنوان «مخزن الکترون» عمل کرده و جداسازی بارها و کارایی واکنش را افزایش می‌دهد.
این نانوکامپوزیت نه تنها از کارایی بالایی برخوردار است، بلکه پایداری مطلوب و قابلیت استفاده مجدد را نیز دارا می‌باشد. آزمایش‌ها نشان داد که پس از بازیابی، ساختار بلوری و ویژگی‌های طیفی ماده حفظ می‌شود. این مزایا، هتروساختار COF-CN را به گزینه‌ای مناسب برای کاربرد در مقیاس بزرگ، به‌ویژه در سیستم‌های تصفیه آب صنعتی و شهری تبدیل می‌کند.
علاوه بر این، سنتز به روش میکروویو—بدون نیاز به فلز—محدودیت‌های روش‌های مرسوم مبتنی بر حلال را رفع کرده و امکان تولید در زمان کوتاه‌تر با بازدهی بالاتر را فراهم می‌آورد. با توجه به عملکرد مطلوب، پایداری بالا و سهولت تولید، این فوتوکاتالیست‌ها پتانسیل بالایی برای به‌کارگیری در طراحی رآکتورهای فتوشیمیایی و سامانه‌های نوین تصفیه آب دارند. به گفته پژوهشگران، تمرکز آینده باید بر طراحی رآکتورهای کارآمد و روش‌های جداسازی بهینه باشد تا قابلیت‌های کامل این هتروساختارها مورد بهره‌برداری قرار گیرد.
نظرات کاربران
هنوز نظری ثبت نشده است.