تولید پراکسید هیدروژن با نور خورشید ممکن شد!

دانشمندان دانشگاه کرنل موفق به ارائه روشی نوین و بالقوه تحول‌آفرین برای تولید پراکسید هیدروژن، یکی از پرکاربردترین مواد شیمیایی جهان، شده‌اند که تنها با استفاده از نور خورشید، آب و هوا امکان‌پذیر است. 

به گزارش برنا، نتایج این پژوهش در نشریه Nature Communications منتشر شده است.

علی‌رضا عباس‌پورراد، استادیار شیمی غذایی و فناوری مواد اولیه در دانشکده علوم غذایی دانشگاه کرنل و نویسنده مسئول این تحقیق می‌گوید: در حال حاضر پراکسید هیدروژن از طریق فرآیند آنتراکینون تولید می‌شود که وابستگی کامل به سوخت‌های فسیلی دارد، پسماند شیمیایی تولید می‌کند و حمل و نقل پراکسید متمرکز با خطرات ایمنی و محیط‌زیستی همراه است.

پراکسید هیدروژن در صنایع و مصارف خانگی بسیار گسترده است؛ از سفید کردن کاغذ و تصفیه فاضلاب گرفته تا ضدعفونی زخم‌ها و سطوح خانگی و کاربرد در تولید محصولات الکترونیکی. تولید جهانی این ماده به میلیون‌ها تن در سال می‌رسد، اما فرآیند کنونی مبتنی بر واسطه‌های شیمیایی خطرناک و کارخانه‌های متمرکز بزرگ است.

نحوه عملکرد فرآیند جدید

امین زادهنظری، نویسنده اول مقاله و پژوهشگر پسادکترای آزمایشگاه عباس‌پورراد، توضیح می‌دهد که این پژوهش دو ماده مهندسی‌شده حساس به نور، به نام‌های ATP-COF-۱ و ATP-COF-۲ معرفی کرده است. این مواد قادرند نور مرئی را جذب کرده، بار‌های تولیدشده توسط فوتون را جداسازی کنند و واکنش تبدیل آب و اکسیژن به پراکسید هیدروژن را هدایت کنند.

زادهنظری می‌گوید: این مواد تحت نور مرئی کارآمد، پایدار و قابل استفاده مجدد هستند و نشان می‌دهند که در آینده می‌توان پراکسید هیدروژن را به جای تولید در کارخانه‌های بزرگ، به صورت محلی و با انرژی خورشیدی تولید کرد.

به بیان عملی این روش می‌تواند باعث شود که صنایع یا حتی تاسیسات محلی تصفیه آب بتوانند این ماده شیمیایی را در محل و بدون نیاز به حمل و نقل متمرکز تولید کنند. این تحول می‌تواند انتشار گاز‌های گلخانه‌ای را کاهش دهد، مصرف انرژی را کم کند و ایمنی را به ویژه در مناطق دورافتاده یا با منابع محدود افزایش دهد.

زادهنظری افزود: چالش اصلی این است که فرآیند آنتراکینون ارزان است و باوجودی که آلوده‌کننده و ناسالم است، جایگزین پایدار فعلی هنوز نیازمند کاهش هزینه برای تولید انبوه است.

این تحقیق بر پایه طراحی چارچوب‌های آلی کووالانسی (COF) انجام شده است؛ ساختار‌های کریستالی و متخلخل مولکول‌های آلی که می‌توانند نور را جذب و الکترون‌ها را منتقل کنند. در حالی که کاتالیزور‌های نوری قبلی با مشکلاتی در بهره‌وری و پایداری مواجه بودند، COF‌های جدید عملکرد رقابتی در تولید پراکسید هیدروژن با نور خورشید نشان داده‌اند.

عباس‌پورراد می‌گوید: تولید پراکسید هیدروژن در محل با استفاده از نور خورشید می‌تواند وابستگی به حمل و نقل و ذخیره‌سازی متمرکز این ماده واکنش‌پذیر را کاهش دهد که یکی از دغدغه‌های اصلی ایمنی است. تولیدکنندگان محلی کوچک می‌توانند این ماده را برای تصفیه آب، بیمارستان‌ها یا مصارف خانگی بدون نیاز به زیرساخت‌های پیچیده تولید کنند.

اگرچه این پژوهش هنوز در مقیاس آزمایشگاهی است، محققان در حال کار بر افزایش مقیاس مواد، بهینه‌سازی عملکرد و ادغام سیستم در دستگاه‌های کاربردی هستند. زادهنظری می‌گوید: این آغاز هیجان‌انگیزی است و می‌تواند نحوه تولید مواد ضدعفونی‌کننده و تصفیه آب را پاک‌تر، ایمن‌تر و در دسترس‌تر کند.

عباس‌پورراد در پایان اشاره کرد: این روش می‌تواند راهکاری کلیدی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی صنعت شیمیایی و ایجاد تولید غیرمتمرکز و دوستدار محیط‌زیست باشد.

انتهای پیام/