ساخت کاتالیزور برای تصفیه آب و تولید هیدروژن

به تازگی، پژوهشگران دانشگاه ایالتی اورگن (Oregon State University)، یک کاتالیزور دو منظوره برای تصفیه آب آلوده و تولید هیدروژن ساخته‌اند. با توجه به اینکه آلودگی آب یک چالش بزرگ جهانی محسوب می‌شود و هیدروژن یک سوخت پاک و تجدیدپذیر به شمار می‌رود، این پروژه از اهمیت بسزایی برخوردار است.

به گزارش پایگاه خبری قرطاس و به نقل از ایسنا، به تازگی، پژوهشگران دانشگاه ایالتی اورگن (Oregon State University)، یک کاتالیزور دو منظوره ساخته‌اند. این کاتالیزور آب آلوده به علف کش را تصفیه و درعین حال هیدروژن تولید می‌کند. در این پروژه، پژوهشگران مختلفی از کالج مهندسی OSU و نیز کمپانی HP شرکت داشته‌اند.

 Kyriakos Stylianou، از دانشگاه OSU می‌گوید: در این یروژه، ما می‌توانیم اکسیداسیون و کاهش را در یک فرآیند واحد به منظور دستیابی به یک سیستم فوتوکاتالیستی کارآمد ترکیب کنیم. اکسیداسیون از طریق یک واکنش تخریب نوری و کاهش از طریق واکنش تکامل هیدروژن رخ می‌دهد.

کاتالیزور ماده‌ای است که سرعت یک واکنش شیمیایی را افزایش می‌دهد، بدون اینکه خود دچار تغییر شیمیایی دائمی شود و فوتوکاتالیست‌ها موادی هستند که نور را برای رسیدن به سطح انرژی بالاتر جذب می‌کنند و می‌توانند از این انرژی برای تجزیه آلاینده‌های آلی از طریق اکسیداسیون استفاده کنند. از جمله کاربردهای فوتوکاتالیست‌ها، می‌توان به پوشش‌های خود تمیز شونده برای دیوارها، کف، سقف و مبلمان مقاوم در برابر لکه و بو اشاره کرد.

Stylianou، استادیار شیمی از دانشگاه OSU، رهبری این مطالعه را که شامل فوتوکاتالیست‌های دی اکسید تیتانیوم (titanium dioxide photocatalysts) حاصل از چارچوب‌های فلزی- آلی (MOF) بود، بر عهده داشت.

پس از فرایند حرارت زیاد بدون ذوبِ (calcination) چارچوب های فلزی آلی، می‌توان مواد نیمه رسانا مانند دی اکسید تیتانیوم تولید کرد. دی اکسید تیتانیوم رایج ترین فوتو کاتالیست مورد استفاده است و در کانی‌های آناتاز(anatase)، روتیل (rutile) و بروکیت (brookite) یافت می‌شود.

Stylianou و همکارانش از جمله Líney Árnadóttir از کالج مهندسی OSU و William Stickle از کمپانی HP دریافتند که آناتاز به همراه با نیتروژن و گوگرد بهترین فوتوکاتالیست برای تولید همزمان هیدروژن و تجزیه علف‌کش است.  

درواقع، گلایفوسیت، علف کشی که نیز با نام N-phosphonomethyl glycine یا PMG شناخته می‌شود، از ۵۰ سال پیش تاکنون، به طور گسترده در باغ‌ها و مزارع کشاورزی استفاده می‌شود. نخستین بار این علفکش با نام تجاری Roundup در بازار عرضه شد.

گلایفوسیت (Glyphosate)، علف کشی از گروه اسید فسفونیک است که برای کنترل کلیه گیاهان هرز در باغ‌ها و زمین‌های زراعی و غیر زراعی به‌صورت مایع قابل حل در آب استفاده می‌شود.

در میان مجموعه‌ای از ترکیباتی که هیدروژن در آنها یافت می‌شود، آب رایج‌ترین است و تولید هیدروژن با تقسیم آب از طریق فوتوکاتالیز، پاک‌تر و پایدارتر از روش متداول استخراج هیدروژن از گاز طبیعی محسوب می‌شود.

هیدروژن علاوه بر نقش‌های مرتبط با انرژی، در زمینه های علمی و صنعتی بسیاری کارایی دارد، برای مثال در پیل‌های سوختی خودروها، در ساخت بسیاری از مواد شیمیایی از جمله آمونیاک، در پالایش فلزات و نیز در تولید پلاستیک استفاده می‌شود.

Stylianou معتقد است که آب، منبع غنی هیدروژن است و فوتوکاتالیز راهی برای بهره برداری از انرژی خورشیدی زمین به منظور تولید هیدروژن و اصلاح محیط است. در این راستا، می‌توان از طریق فوتوکاتالیز، با حذف آلاینده‌های آلی یا تبدیل آن‌ها به محصولات مفید، یک سوخت تجدیدپذیر تولید کرد.

یافته‌های این مطالعه، به تازگی در ژورنال ACS Catalysis منتشر شده است.