فهرست مطالب
دانشمندان آمریکایی با کشف دلیل افت عملکرد کاتالیزورهای تولید اوزون در طول زمان، گامی مهم در مسیر ارائه سیستم‌های ضدعفونی آب بدون کلر برای بیمارستان‌ها و مراکز درمانی برداشتند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، محققان دانشگاه پیتسبرگ در همکاری با دانشگاه درکسل و آزمایشگاه ملی بروکلین، موفق به تولید این یک ضدعفونی‌کننده قوی شدند.
تیم تحقیقاتی با بهره‌گیری از شیمی کوانتومی دریافت که نقص‌های میکروسکوپی در سطح کاتالیزورها به طور همزمان تولید اوزون را ممکن می‌سازند و همان نقص‌ها باعث خوردگی می‌شوند، که فعالیت کاتالیزور را متوقف می‌کند. این کشف‌ها به آنها امکان طراحی سیستم‌های طولانی‌مدت و پایدار ضدعفونی آب بدون کلر را می‌دهد. جان کیت، عضو هیئت علمی دانشگاه پیتسبرگ در این باره گفت: «این دستاورد نشان‌دهنده ترکیب موفق علم بنیادی و مهندسی است، که پاسخ به پرسش‌های دیرینه و ارائه مسیرهای نوآورانه را در فناوری‌های تصفیه آب و بهداشت ممکن می‌کند.»
حتما بخوانید: ۵ تاثیر منفی کلر بر بدن
آسیب به کاتالیزورها
کلر به عنوان ضدعفونی‌کننده اصلی آب شرب شهری، بیمارستان‌ها و تاسیسات صنعتی استفاده می‌شود، اما معایب قابل توجهی دارد. این عنصر هالوژن زرد-سبز و بسیار واکنش‌پذیر، نه‌تنها در حمل و نقل و ذخیره‌سازی خطرناک است، بلکه هنگام واکنش با مواد آلی می‌تواند محصولات جانبی بالقوه سرطان‌زا تولید کند. در مقابل، اوزون یک ضدعفونی‌کننده قوی است که به اکسیژن تجزیه می‌شود و هیچ باقیمانده شیمیایی طولانی‌مدت بر جای نمی‌گذارد. با استفاده از کاتالیزور مناسب، الکترولیز آب می‌تواند اوزون ایمن و پایدار تولید کند، اما درک محدود از عملکرد کاتالیزورهای تولید اوزون، پیشرفت را کند کرده است.
بیشتر بخوانید: تصفیه همزمان آلاینده‌های آب می تواند از ۵۰ هزار سرطان جلوگیری کند
تیم تحقیقاتی با شناسایی نقص‌های سطحی که هم تولید اوزون را تقویت و هم خوردگی کاتالیزورها را تسریع می‌کنند، ویژگی‌های لازم را برای طراحی کاتالیزورهای پایدار نسل بعد تعیین کرد. جان کیت در بیانیه‌ای گفت: «در شرایط شدید الکترولیز، واکنش‌های شیمیایی پیچیده شکل می‌گیرد، اما کاتالیزورها نیز می‌توانند سریع‌تر دچار تخریب شوند. در کاتالیزورهای مبتنی بر اکسید مورد مطالعه ما، همان ویژگی‌هایی که تولید اوزون را ممکن می‌کنند، به طور متناقضی مانع تولید آن نیز می‌شوند.» پس از درک اینکه همان ویژگی‌های سطحی که تولید اوزون را هدایت می‌کنند، تجزیه کاتالیزور را هم سرعت می‌بخشند، محققان به طراحی سایت‌های تولید اوزون پرداختند، که از خوردگی جلوگیری کنند و عملکرد پایدار داشته باشند.
آب بدون کلر، صنعت تصفیه را متحول می‌کند؟
اکسیدهای قلع دوپ‌شده با نیکل و آنتیموان (NATO) به عنوان امن‌ترین و اقتصادی‌ترین گزینه برای تولید اوزون مبتنی بر الکترولیز شناخته می‌شوند، اما تخریب سریع آنها مانع استفاده گسترده شده است. تحقیقات محاسباتی لینگیان ژائو، دانشجوی سابق دکترای مهندسی شیمی، دلایلی برای کاهش سریع عملکرد کاتالیزورهای NATO ارائه کرد و این تحلیل‌ها با آزمایش‌های گسترده‌ای که توسط رایان آلافی، دانشجوی دکترا و پژوهشگر دانشگاه درکسل هدایت شد، تایید گردید. آلافی بررسی کرد که چگونه ساختارهای سطحی مختلف بر تولید اوزون و نرخ تخریب کاتالیزورها تاثیر می‌گذارند و نتایج نشان داد که عملکرد کاتالیزور بر پایه یک تعادل کلیدی بین فعالیت و پایداری است که طراحی‌های آینده باید به‌دقت آن را کنترل کنند.
محققان معتقد هستند که یافته‌های آنها می‌تواند تحولی در تصفیه آب ایجاد کند؛ سیستم‌های ضدعفونی مبتنی بر اوزون که گاز را به طور مستقیم در آب تولید می‌کنند، نیاز به حمل و ذخیره مواد شیمیایی خطرناک را حذف می‌کنند. این رویکرد نوین می‌تواند ایمنی بیمارستان‌ها، تأسیسات شهری و سایت‌های دورافتاده را افزایش و تولید محصولات جانبی مضر ناشی از تصفیه کلری را کاهش دهد.
این مطالعه در نشریه ACS Catalysis منتشر شده است.
