حذف آلاینده‌ها با استفاده از نانولوله‌های فتوکاتالیستی در دانشگاه تهران

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ستاد ویژه توسعه نانو، امروزه فرایندهای فتوکاتالیستی مبتنی بر تابش نور خورشید، توجه بسیاری را به‌منظور کاربرد در حوزه‌های مختلف به خود جلب کرده‌اند. برخی از اکسیدهای فلزی نیمه‌رسانا در زمره مواد فتوکاتالیست قرار می‌گیرند. در بین اکسیدهای فلزی، دی‌اکسید تیتانیوم با یک ساختار بلوری خاص، به ‌عنوان یک ماده فتوکاتالیست با بازدهی بالا شناخته شده است. در بسیاری از پژوهش‌های پیشین، نانوذرات اکسید تیتانیوم به شکل پودر مورد استفاده و ارزیابی قرار گرفته است. اصلاح و تولید این مواد فتوکاتالیستی با شکل‌ها و روش‌های متفاوت می‌تواند موجب بهبود عملکرد فتوکاتالیزوری این مواد شود.

به گفته حامد اسکندرلو، مجری طرح، هدف از انجام این پژوهش سنتز نانولوله‌هایی از جنس دی‌اکسید تیتانیوم با فعالیت فتوکاتالیستی بالا تحت تابش نور مرئی بوده است. همچنین عملکرد این نانولوله‌ها در فرایند حذف آلاینده‌های آلی از محیط‌های آبی مورد ارزیابی قرار گرفته است.

وی با اشاره به ساختارهای آناتاز و روتایل به‌عنوان دو ساختار متفاوت دی‌اکسید تیتانیوم گفت: «ساختار آناتاز فعالیت فتوکاتالیزوری بالاتری نسبت به ساختار روتایل دارد. از این ‌رو در این تحقیق مطالعات روی سنتز نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیوم با ساختار آناتاز خالص و پایدار در دمای بالا متمرکز شد».

وی همچنین خاطرنشان کرد: «روش الکتروشیمیایی اکسیداسیون آندی به ‌عنوان یک روش سریع، آسان و ارزان به ‌منظور سنتز نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیوم مورد استفاده قرار گرفت. همچنین از نانو ذرات فلزات نجیب نقره و پالادیم جهت افزایش بیشتر خواص فتوکاتالیستی نانولوله‌ها کمک گرفته شد».

اسکندرلو در ادامه مراحل سنتز، ارزیابی و به کارگیری نانولوله‌های مذکور را بدین شرح بیان کرد: «ابتدا نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیوم به روش الکتروشیمیایی اکسیداسیون آندی در حضور الکترولیت پایه فلورایدی روی ورق تیتانیومی رشد داده شدند. در مرحله بعد جهت افزایش فعالیت فتوکاتالیزوری نانولوله‌ها تحت تابش نور مرئی، نانو ذرات نقره و پالادیم به کمک روش کاهش شیمیایی روی سطح نانولوله‌ها نشانده شدند. در ادامه نانولوله‌های حاصل شده، جهت ارزیابی‌های ساختاری تحت آزمون پراش اشعه ایکس (XRD) قرار گرفتند. در نهایت فعالیت فتوکاتالیستی نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیوم تحت تابش نور مرئی و جریان الکتریکی، در حذف آلاینده آلی پارانیتروفنل از محیط آبی مورد بررسی قرار گرفت».

نتایج مطالعات انجام شده حاکی از این است که ارتباط قابل‌توجهی بین فعالیت فتوکاتالیزوری نانولوله‌های تیتانیوم دی‌اکسید و ساختار کریستالی آنها وجود دارد. همچنین بارگذاری نانوذرات پالادیم و نقره روی نانولوله‌ها، به دلیل خواص الکترون‌گیری فلزات نجیب، افزایش فعالیت فتوکاتالیزوری نانولوله‌ها را در پی خواهد داشت.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های حامد اسکندرلو، دانش‌آموخته دکتری دانشگاه تهران، علیرضا بدیعی، عضو هیئت علمی دانشگاه تهران، محمدعلی بهنژادی، عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز و محققان دانشگاه پلی‌تکنیک میلان ایتالیا است.