افزایش ۵.۷ برابری سرعت حذف آلایندههای سمی با کاتالیست نانویی ایرانی
آلودگی منابع آب به ترکیبات شیمیایی مقاوم به تجزیه یکی از چالشهای جدی زیستمحیطی در جهان به شمار میرود. در میان این آلایندهها آفتکشها سهم قابل توجهی دارند؛ موادی که برای افزایش بهرهوری کشاورزی به کار میروند اما بخشی از آنها وارد رودخانهها، سفرههای زیرزمینی و حتی آب آشامیدنی میشود. آترازین از شناختهشدهترین این ترکیبات است که به دلیل پایداری بالا در محیط و احتمال اثرات زیستی نامطلوب سالهاست مورد توجه پژوهشگران حوزه محیط زیست قرار دارد. حذف این ماده از آب با روشهای متداول بهسادگی امکانپذیر نیست و به فناوریهای پیشرفتهتری نیاز دارد.
به گزارش برنا، در همین راستا پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس با همکاری دانشگاه صنعتی ژجیانگ چین، دانشگاه پلیتکنیک مادرید، موسسه فناوری هاربین و چند مرکز علمی دیگر در قالب یک پروژه پژوهشی بینالمللی موفق به توسعه کاتالیستی مبتنی بر چارچوبهای فلزی-آلی (MOFs) شدهاند که میتواند تجزیه آترازین را بهطور قابل توجهی تسریع کند.
در این تحقیق روشی نوآورانه برای بهبود عملکرد مادهای موسوم به UiO-۶۶ (Ce) ارائه شد. این ماده که یکی از انواع چارچوبهای فلزی-آلی مبتنی بر عنصر سریم است، به دلیل ساختار متخلخل و سطح ویژه بالا، پتانسیل بالایی برای کاربردهای کاتالیستی دارد. با این حال یکی از محدودیتهای اصلی بسیاری از MOFها آن است که بخش قابل توجهی از سایتهای فعال فلزی در درون ساختار ماده پنهان میمانند و در دسترس واکنشهای شیمیایی قرار نمیگیرند.
برای رفع این محدودیت پژوهشگران از رویکردی به نام مهندسی اسیدی لیگاند استفاده کردند. در این روش ابتدا اسید فرمیک در فرآیند ساخت ماده به کار گرفته شد و سپس ساختار با استفاده از تیمار اسید کلریدریک اصلاح شد. این فرایند موجب حذف برخی ترکیبات مزاحم و ایجاد ساختاری اصلاحشده با نام UiO-۶۶-F-H شد.
اصلاح کنترلشده ساختار در مقیاس نانو باعث شد تعداد بیشتری از اتمهای سریم با هماهنگی ناقص در سطح ماده آشکار شوند. این اتمها به عنوان سایتهای اسیدی لوئیس عمل میکنند و میتوانند واکنشهای شیمیایی را تسریع کنند. نتایج نشان داد این اصلاح ساختاری موجب افزایش حدود ۴۰ درصدی تعداد سایتهای اسیدی لوئیس سطحی شده است.
افزایش دسترسی به این مراکز فعال تأثیر مستقیمی بر عملکرد کاتالیستی ماده داشت. آزمایشها نشان دادند که نمونه اصلاحشده UiO-۶۶-F-H میتواند سرعت تخریب آترازین را ۵٫۷ برابر بیشتر از نمونه اولیه UiO-۶۶ (Ce) افزایش دهد. همچنین عملکرد این کاتالیست در مقایسه با ازنزنی ساده حدود ۱۷٫۷ برابر مؤثرتر بوده است.
آزمایشهای انجامشده در شرایط نزدیک به محیط طبیعی شامل pH برابر ۷، دمای ۱۰ درجه سانتیگراد و غلظت ازن ۳ میلیگرم بر لیتر نشان داد که این ماده در شرایط عملی نیز کارایی بالایی دارد؛ موضوعی که اهمیت کاربردی این فناوری را افزایش میدهد.
از دیگر مزایای این کاتالیست میتوان به پایداری ساختاری و قابلیت استفاده مجدد آن اشاره کرد. برخلاف بسیاری از کاتالیستها که پس از چند چرخه استفاده دچار افت عملکرد میشوند ماده اصلاحشده در این پژوهش پایداری مناسبی نشان داده و قابلیت بازیافت مطلوبی دارد.
به گفته پژوهشگران اهمیت این دستاورد تنها به حذف آترازین محدود نمیشود. روشی که برای آشکارسازی سایتهای فعال در UiO-۶۶ (Ce) به کار رفته است میتواند برای طراحی و بهبود سایر چارچوبهای فلزی-آلی نیز مورد استفاده قرار گیرد. این رویکرد میتواند مسیر توسعه نسل جدیدی از کاتالیستهای پیشرفته را برای حذف داروها، رنگها، آفتکشها و دیگر آلایندههای مقاوم در منابع آبی هموار کند.
نتایج این پژوهش در قالب مقالهای با عنوان“Acid-engineered UiO-۶۶ (Ce): From the limitations of concealed MOF sites to catalytic excellence for rapid atrazine degradation” منتشر شده است.
انتهای پیام/
