ساخت نانوسامانه برای حذف سموم گیاهی مقاوم از پساب

به گزارش بخش اقتصاد وبانگاه به نقل از ایسنا، آلودگی منابع آب به سموم گیاهی، به ویژه ریسین، به یکی از دغدغه‌های جدی در حوزه محیط زیست و سلامت عمومی تبدیل شده است. ورود این ترکیبات سمی به پساب صنایع کشاورزی و واحدهای فرآوری گیاهی، نیاز به توسعه فناوری‌های پیشرفته برای حذف آن‌ها را افزایش داده است.

در این راستا، پژوهشگران دانشگاه یاسوج، دانشگاه علم و صنعت ایران و دانشگاه فناوری دونگ‌گوان چین، با همکاری یکدیگر، فتوالکتروکاتالیست جدیدی بر پایه ساختار ناهمگون با طرح دوگانه S-scheme طراحی کرده‌اند. این ساختار از ترکیبات فلزی Zn، Cd، Fe و Se تشکیل شده و بر پایه «پرسیان بلو آنالوگ» ساخته شده است.

این ساختار پیچیده که ZnCdFeSe نام گرفته، با هدف استفاده حداکثری از نور مرئی، حفظ پایداری بارهای الکتریکی فوتوژنره‌شده و انجام واکنش‌های اکسایش و کاهش سطحی با بازده بالا مهندسی شده است. این ویژگی‌ها باعث شده که کاتالیست مذکور به عنوان یکی از نمونه‌های پیشرفته در حوزه تصفیه نوری آب مطرح شود.

پژوهشگران این فتوکاتالیست را در قلب یک دستگاه غشایی فتوالکتروکاتالیستی قرار داده‌اند. این دستگاه علاوه بر انجام واکنش‌های تجزیه فتوکاتالیستی، امکان فیلتراسیون همزمان را نیز فراهم می‌کند. نتیجه این ترکیب، یک سامانه پیوسته برای حذف سم ریسین است که می‌تواند بدون توقف‌های مکرر، فرایند پاک‌سازی آب را ادامه دهد. این امر برای تصفیه پساب‌هایی که به‌طور مستمر آلوده می‌شوند، اهمیت بسزایی دارد.

نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که راندمان حذف فیتوتوکسین‌ها در این دستگاه به ۹۸.۳۹ درصد می‌رسد. این رقم برای یک فناوری نوظهور که همزمان دو فرایند تجزیه و جداسازی را انجام می‌دهد، بسیار قابل توجه است. نکته مهم‌تر این است که غشاء در این دستگاه، علاوه بر بهبود نفوذپذیری، ویژگی آنتی‌فولینگ قابل توجهی نشان می‌دهد و در برابر تجمع رسوبات و آلودگی‌ها مقاومت دارد که باعث افزایش زمان عملکرد مؤثر آن می‌شود.

بررسی عملکرد سیستم در شرایط طولانی‌مدت نشان داد که حتی پس از ۶ چرخه استفاده مداوم، میزان حذف ریسین همچنان ۷۸.۹۶ درصد باقی می‌ماند. این موضوع نشان‌دهنده ثبات قابل قبول ساختار دوگانه S-scheme در هسته فتوکاتالیست و توان تحمل شرایط عملیاتی سخت توسط غشای مورد استفاده است.

پژوهشگران با استفاده از محاسبات تئوری تابع چگالی (DFT) به بررسی رفتار الکترونی مواد و انتقال بار میان بخش‌های مختلف ناهمساخت پرداختند. این داده‌ها نشان داد که ارتباطات بین CdSe، ZnSe و FeSe₂ باعث افزایش جذب نور مرئی و تسریع انتقال بار می‌شود که این عوامل برای اکسیداسیون ریسین و معدنی‌سازی آن حیاتی هستند. در شرایط ایده‌آل، میزان معدنی‌سازی به ۸۵.۶۷ درصد رسید.

در نهایت، یک دستگاه فتورآکتور غشایی کامل طراحی و ساخته شد که قادر است به طور پیوسته پساب آلوده به ریسین را تصفیه کند. این دستگاه که از یک غشای تقویت‌شده با پلی‌آنیلین و نانوترکیبات فلزی تشکیل شده، عملکرد ۸۳.۶۷ درصدی در تجزیه ریسین را در شرایط عملی نشان داد. ترکیب فیلتراسیون غشایی با فتوالکتروکاتالیستی، بسیاری از محدودیت‌های موجود در سیستم‌های نوری را کاهش داده است.

این فناوری نه تنها گامی مهم در توسعه سامانه‌های پایدار برای تصفیه آب آلوده به سموم گیاهی است، بلکه الگویی برای ساخت ساختارهای پیچیده دوگانه S-scheme ارائه می‌دهد. این ساختارها می‌توانند در آینده برای حذف سایر آلاینده‌های مقاوم نیز به‌کار گرفته شوند. اهمیت این روش در ترکیب عملکرد نوری و قابلیت فیلتراسیون است که رویکردی دوسویه برای تصفیه آب ارائه می‌دهد و برای صنایع کشاورزی، دارویی و حتی امنیت غذایی کاربردی است.

این تحقیق مشترک، مسیری جدید را در حوزه فناوری‌های پاک باز کرده است و توسعه این‌گونه سامانه‌های هیبریدی می‌تواند نقش مهمی در ارتقای ایمنی آب، کاهش خطرات زیست‌محیطی و ارائه فناوری‌هایی با عملکرد پیوسته ایفا کند.