توسط : 
پژوهشگران دانشگاه صنعتی سهند موفق به توسعه نانوفوتوکاتالیست نوینی شدهاند که قادر است با بهرهگیری از نور خورشید، آلودگیهای دارویی و آنتیبیوتیکهای خانواده کینولون را با راندمانی قابلتوجه از منابع آبی حذف کند.
این دستاورد علمی بر پایه طراحی یک نانوهتروجانکشن سهتایی شکل گرفته و نتیجه تلفیق هوشمندانه فناوری نانو با روشهای نوآورانه سنتز مواد است. یافتههای این پژوهش نشان میدهد که میتوان با اتکا به انرژی خورشیدی و مواد نانوساختار، گامی مؤثر در جهت تصفیه پایدار آب و کاهش مخاطرات زیستمحیطی ناشی از آلایندههای دارویی برداشت.
آلودگی منابع آب به باقیمانده داروها، بهویژه آنتیبیوتیکها، در سالهای اخیر به یکی از چالشهای جدی زیستمحیطی و بهداشتی تبدیل شده است. آنتیبیوتیکهای کینولونی که کاربرد گستردهای در پزشکی انسانی و دامپزشکی دارند، پس از ورود به محیطهای آبی بهسختی تجزیه میشوند و سامانههای متداول تصفیه آب نیز توان حذف کامل آنها را ندارند. تداوم حضور این ترکیبات میتواند به افزایش مقاومت آنتیبیوتیکی، برهم خوردن تعادل اکوسیستمهای آبی و تهدید سلامت انسان منجر شود؛ موضوعی که ضرورت توسعه راهکارهای نوین، کارآمد و پایدار را برجسته میکند.
در همین راستا، پژوهشگران دانشگاه صنعتی سهند با تمرکز بر فناوری نانو و استفاده از انرژی خورشیدی، نانوفوتوکاتالیستی با کارایی بالا طراحی و تولید کردهاند که توان حذف مؤثر آنتیبیوتیکهای کینولونی از محیطهای آبی را دارد. این پژوهش با معرفی ساختار سهتایی CeO₂/Bi₂₄O₃₁Cl₁₀/Bi₃O₄Cl، چشمانداز تازهای در حوزه تصفیه پیشرفته آب و پسابهای دارویی ترسیم میکند.
طراحی نانوفوتوکاتالیستی برای حذف آلودگیهای دارویی از آب با نور خورشید
فوتوکاتالیستها با جذب نور، واکنشهای شیمیایی تخریبی را فعال کرده و آلایندههای پیچیده را به ترکیبات سادهتر و کمخطرتر تبدیل میکنند. با این حال، بسیاری از فوتوکاتالیستهای متداول تنها در ناحیه فرابنفش فعال هستند و در شرایط نور خورشید بازده محدودی دارند. چالش اصلی این تحقیق، طراحی مادهای بوده است که ضمن فعالیت در ناحیه مرئی، راندمان بالایی در تخریب آلایندههای دارویی از خود نشان دهد؛ چالشی که با مهندسی دقیق نانوساختار و ایجاد هتروجانکشنهای چندگانه برطرف شده است.
در این پژوهش، یک نانوفوتوکاتالیست سهتایی با اتصال فازهای مختلف در مقیاس نانو طراحی شده است. این هتروجانکشن سهگانه با تسهیل جداسازی الکترون و حفره و کاهش بازترکیب آنها، نقش مستقیمی در افزایش بازده فوتوکاتالیستی ایفا میکند.
سنتز این نانوماده با استفاده از روش «احتراق مایکروویوی همراه با فرایند هیدروترمال القاشده با امواج فراصوت» انجام شده است. بهکارگیری همزمان مایکروویو و فراصوت، ضمن کاهش اندازه ذرات و بهبود پراکندگی نانوساختارها، به یکنواختی بهتر فازها در مقیاس نانو منجر شده است. نتایج مقایسهای نشان میدهد که استفاده از فراصوت تأثیر چشمگیری در بهبود خواص ساختاری و عملکرد فوتوکاتالیستی ماده دارد.
بر اساس نتایج آزمایشها، نانوفوتوکاتالیست CeO₂/Bi₂₄O₃₁Cl₁₀/Bi₃O₄Cl با نسبت وزنی ۳ به ۱، بهترین عملکرد را در میان نمونههای بررسیشده ارائه کرده است. این ماده پس از ۱۸۰ دقیقه تابش نور خورشید توانسته است حدود ۸۷.۶ درصد نورفلوکساسین، ۷۰.۲ درصد لووفلوکساسین، ۶۶.۲ درصد افلوکساسین و ۵۷.۹ درصد سیپروفلوکساسین را از محلولهای آلوده حذف کند؛ در حالی که نمونههای سنتزشده بدون فراصوت راندمان پایینتری داشتهاند.
تحلیلهای طیفسنجی، وجود دو لبه جذب نوری در ناحیه مرئی را نشان میدهد که بیانگر تشکیل موفق ساختار سهتایی و قابلیت جذب مؤثر نور خورشید است. همچنین تصاویر میکروسکوپی، توزیع یکنواخت نانوذرات اکسید سریم بر سطح صفحات ترکیبات بیسموتی را تأیید میکند؛ ساختاری که برای انتقال مؤثر بار و افزایش واکنشهای سطحی اهمیت بالایی دارد.
از منظر ویژگیهای سطحی نیز، وجود همزمان حفرههای مزو و ماکرو در این نانوفوتوکاتالیست، نفوذ آلایندهها به سطح فعال را تسهیل کرده و انتقال جرم را بهبود میبخشد. این عامل در کنار ساختار هتروجانکشن و اثرات نوری، نقش مؤثری در افزایش راندمان تخریب فوتوکاتالیستی دارد.
پایداری و قابلیت استفاده مجدد، از دیگر مزیتهای این نانوفوتوکاتالیست بهشمار میرود. نتایج آزمونهای بازیافت نشان میدهد که ماده توسعهیافته پس از چندین چرخه استفاده، کاهش محسوسی در عملکرد خود ندارد؛ ویژگیای که کاربرد صنعتی آن را واقعبینانهتر میکند.
در مجموع، این پژوهش نشان میدهد که بهرهگیری هدفمند از فناوری نانو، طراحی پیشرفته هتروجانکشنها و استفاده از انرژی پاک خورشیدی میتواند راهکاری مؤثر برای مقابله با آلودگیهای دارویی ارائه دهد. دستاورد پژوهشگران دانشگاه صنعتی سهند نمونهای روشن از نقش فناوریهای نوظهور در حل چالشهای پیچیده زیستمحیطی است و میتواند زمینهساز توسعه سامانههای تصفیه پایدار و کمهزینه برای حفاظت از منابع آب باشد.
نتایج این پروژه در مجله Journal of Cleaner Production به چاپ رسیده است.
