دانشمندان دانشگاه ییل روشی الکتروشیمیایی و ارزان برای تبدیل نیترات به آمونیاک آن هم فقط در ۶ ثانیه توسعه داده‌اند.
به گزارش تکناک، نیترات که یکی از آلاینده‌های شایع در فاضلاب و آب‌های سطحی می‌باشد، اگرچه برای رشد گیاهان ضروری است، اما وجود بیش از حد آن می‌تواند باعث آلودگی شدید منابع آبی شود.
این فناوری جدید دانشمندان می‌تواند هم آب آلوده را تصفیه کند و هم منبعی پایدار برای تولید کود و سوخت بدون کربن فراهم سازد.
فهرست مطالب
مشکلات تبدیل نیترات به آمونیاک
ایده تبدیل نیترات به آمونیاک، موضوع تازه‌ای نیست، اما دستیابی به این تبدیل با بازده بالا و هزینه پایین همواره چالشی بزرگ برای پژوهشگران بوده است.
چالش اصلی، دستیابی هم‌زمان به «فعالیت بالا» (سرعت تبدیل) و «گزینش‌پذیری بالا» (کاهش محصولات ناخواسته) است.
تاکنون، بسیاری از پژوهش‌ها به استفاده از مواد گران‌قیمت و فناوری‌های پیچیده برای ساخت کاتالیزگرهای الکتروشیمیایی بهینه متکی بوده‌اند. اما این روش‌ها برای کاربردهای وسیع تصفیه فاضلاب، بسیار پرهزینه هستند.
راهکار ساده دانشمندان برای تبدیل نیترات به آمونیاک
پژوهشگران به رهبری پروفسور لیا وینتر در دانشگاه ییل، با ارائه یک «راهکار دوگانه» توانستند این مشکل را حل کنند. این راهکار دوگانه از دو بخش تشکیل شده است:
- افزودن مولکول یونوفور (Ionophore): یونوفور به نوعی مانند یک آهن‌ربا عمل می‌کند، که مولکول‌های نیترات را نگه می‌دارد تا به‌جای تبدیل ناقص به نیتریت، به طور کامل به آمونیاک تبدیل شوند. این کار به‌شدت گزینش‌پذیری آمونیاک را افزایش می‌دهد.
- غشای الکتریکی ترکیبی: دومین نوآوری، استفاده از غشایی الکتریکی متشکل از مس و نانولوله‌های کربنی است، که نقش سکوی تبدیل الکتروشیمیایی را دارد. این غشا فرایند تبدیل را فوق‌العاده سریع انجام می‌دهد (تنها در شش ثانیه).
عملکرد فوق‌العاده
پژوهشگران با ترکیب این دو نوآوری، موفق به دستیابی به هر دو هدف مهم شدند:
- سرعت بسیار بالا
- تولید آمونیاک با خلوص بالا
نتیجه:
- تبدیل ۹۲ درصدی نیترات به آمونیاک در عرض تنها ۶ ثانیه
- عملکرد پایدار حتی در آزمایش روی آب‌های واقعی از دریاچه و تصفیه‌خانه فاضلاب
مسیر باز به سمت تجاری‌سازی و استفاده گسترده
این فناوری نه‌تنها قابلیت تصفیه هم‌زمان و تولید منبع باارزش را دارد، بلکه به دلیل طراحی ساده، پتانسیل مقیاس‌پذیری برای تصفیه‌خانه‌ها و صنایع بزرگ را نیز در اختیار دارد.
پژوهشگران امیدوار هستند که این نوآوری بتواند نقش مهمی در کاهش آلودگی‌های محیطی، تولید پایدار کود شیمیایی و سوخت‌های آینده ایفا کند.
این یافته‌ها در مجله Nature Chemical Engineering منتشر شده‌اند.
