افزایش کارایی نانوذرات فتوکاتالیستی
به گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو ریاست جمهوری، واژه فتوکاتالیست در اصل به معنی شتاب بخشیدن به یک واکنش فوتونی توسط کاتالیست است. برخی مواد نیمه رسانا این قابلیت را با جذب نور از خود بروز می دهند. عمده کاربرد این نانوذرات در حذف آلاینده های آب و هوا و همچنین سلول های خورشیدی است.
ضعف اصلی این نانوذرات بازدهی کم آن ها در استفاده از نور خورشید است. در سال های اخیر روش های متفاوتی جهت بهبود عملکرد این نانوذرات آزمایش شده و موفقیت های زیادی در این زمینه کسب شده است. بااین وجود،تلاش ها برای افزایش کارایی هرچه بیشتر آن ها در حال انجام است.
دکتر محمدمحسن مؤمنی هامانه محقق دانشگاه صنعتی اصفهان با معرفی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم به عنوان یک ماده فتوکاتالیست پربازده و مقرون به صرفه، به ضعف عمده این نانوذرات اشاره کرد و گفت: دی اکسید تیتانیوم به علت قیمت پایین، روش تهیه آسان و پایداری بالا از سایر فتوکاتالیست ها بهتر و کاربردی تر است. اما عیب اصلی این ماده این است که فقط می تواند نور فرابنفش را جذب کند و این موضوع کاربرد عملی فتوکاتالیست ها را محدود کرده است. بنابراین در این طرح سعی شده با ایجاد یک ساختار نانوکامپوزیتی بازدهی این نانوذرات به میزان مطلوبی رسانده شود.
به گفته مومنی با این عملیات بهینه سازی بر روی نانوذرات، سرعت واکنش های فتوکاتالیستی افزایش می یابد. به علت جذب نور مرئی دیگر نیازی به تابش فرابنفش نیست و قیمت کلی فرایند کاهش می یابد. همچنین در این روش، آلودگی ناشی از رها شدن نانوذرات در محیط کاهش می یابد.
وی در خصوص نوآوری های طرح حاضر افزود: در این طرح به منظور افزایش نسبت سطح به حجم و درنتیجه افزایش بازدهی فرایند فتوکاتالیستی از نانولوله های دی اکسید تیتانیوم به جای نانوذرات کروی استفاده شده است. از طرفی با ایجاد یک ساختار نانوکامپوزیتی با استفاده از تری اکسید تنگستن و همچنین پوشش دهی نانوذرات پالادیوم بر روی نانوفتوکاتالیست کامپوزیتی عملکرد فتوکاتالیستی دی اکسید تیتانیوم بهینه شده است.
عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان در رابطه با مراحل انجام این پژوهش تصریح کرد: ابتدا از طریق آندایزینگ ورق های تیتانیوم در حلال های نمک های مختلف تنگستن، نانولوله های کامپوزیتی تری اکسید تنگستن- دی اکسید تیتانیوم بهینه، سنتز شد. برای این منظور حلال های مختلفی استفاده و پارامترهای مختلفی همچون دما، زمان، غلظت گونه ها، سرعت هم زدن و ولتاژ اعمالی بررسی و مطالعه شد. در این راستا نمک های مختلف تنگستن مورد بررسی قرار گرفت و بهترین نمک انتخاب شد. در ادامه با استفاده از روش رسوب دهی نوری، نانوذرات پالادیوم بر روی سطح نانولوله های کامپوزیتی حاصل ایجاد شد. سپس نمونه های تهیه شده حراراتی داده شد و مورفولوژی، ترکیب، ریزساختار و شکاف باند ارزیابی شد. در نهایت فعالیت فتوکاتالیستی نانولوله های کامپوزیتی در تصفیه آب های آلوده و تحت تابش نور مرئی مورد مطالعه قرار گرفت.
این تحقیقات حاصل تلاش دکتر محمدمحسن مؤمنی هامانه و دکتر یوسف غایب – اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان- است.
نتایج این کار در مجله Ceramics International (جلد 42،سال 2016، صفحات 11209 تا 11216) به چاپ رسیده است.
