کامپوزیت گرافن دود زدا، آلودگی هوا را با نور خورشید کاهش می دهد

تیم تحقیقاتی Graphene Flagship با دانشگاه Bologna، Politecnico di Milano، CNR، NEST، شرکت HeidelbergCement، شرکت Italcementi، دانشگاه صنعتی Eindhoven، دانشگاه Cambridge و … برای تولید یک فتوکاتالیست گرافن-تیتانیا همکاری کرده است. این فتوکاتالیست در آزمایش روی آلاینده های واقعی تا ۷۰٪ بیشتر از اکسیدهای نیتروژن اتمسفر (NOx) نسبت به نانوذرات تیتانیا استاندارد، تجزیه می‌شود. در ادامه به معرفی بیشتر این پژوهش می‌پردازیم. با مجله فناوری‌های توان افزا و پوشیدنی همراه باشید.

کامپوزیت گرافن دود زدا، آلودگی هوا را با نور خورشید کاهش می دهد

آلودگی هوا، به ویژه در ناطق شهری و کشورهای در حال توسعه یک مشکل فزاینده است. طبق گزارش سازمان بهداشت جهانی،  از هر ۹ مورد مرگ افراد، یک نفر به دلیل بیماری های ناشی از آلودگی هوا جان خود را از دست می‌دهد. آلاینده‌های آلی مانند اکسیدهای نیتروژن و ترکیبات فرار، عامل اصلی این امر هستند که بیشتر از طریق اگزوز خودروها و صنایع ساطع می‌شوند.

محققان برای حل این مشکل، دائماً در جستجوی روش‌های جدید برای تجزیه آلاینده‌های بیشتر از جو هستند. یکی از راه‌حل‌های عالی برای این مورد، فوتوکاتالیست‌هایی مانند تیتانیا است. هنگامی که تیتانیا در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد، اکسیدهای نیتروژن، که برای سلامتی انسان بسیار مضر است و ترکیبات آلی فرار موجود در سطح را تجزیه و آنها را به محصولات بی اثر یا بی‌ضرر، اکسید می‌کند.

در حال حاضر تیم Graphene Flagship بر روی پوشش فتوکاتالیستی کار می‌کنند و با همکاری شرکت HeidelbergCement و شرکت Italcementi، یک کامپوزیت گرافن-تیتانیا جدید با خواص تخریب نوری، بسیار قوی‌تر از تیتانیای خالص ایجاد کرده است. Marco Goisis، هماهنگ کننده تحقیقات در شرکت Italcementi گفت: “ما به تماس شرکت Flagship پاسخ دادیم و تصمیم گرفتیم گرافن را با پرکاربردترین فوتوکاتالیست یعنی تیتانیا، ترکیب کنیم تا عملکرد فتوکاتالیستی تقویت شود.” او در ادامه گفت: “فوتوکاتالیز یکی از قوی‌ترین روش‌هایی است که ما برای رفع آلودگی محیط داریم، زیرا این فرآیند، فوتوکاتالیستها را مصرف نمی‌کند. این واکنشی است که توسط نور خورشید فعال می‌شود.”

آنها نانوکامپوزیت گرافن-تیتانیا جدید را با انجام لایه برداری گرافیت در مرحله مایع (فرآیندی که گرافن ایجاد میکند) در حضور نانوذرات تیتانیا، تنها با استفاده از آب و فشار اتمسفر ایجاد کردند که می‌تواند روی سطح مواد پوشانده شود و آلودگی‌ها را به طور غیرفعال از هوا حذف کند.

تیم تحقیقاتی برای اندازه گیری اثرات تجزیه نوری، فوتوکاتالیست جدید را در برابر NOx آزمایش و بهبود صوتی را در تخریب فوتوکاتالیستی اکسیدهای نیتروژن در مقایسه با تیتانیا استاندارد ثبت کردند. آنها همچنین از رودامین B به عنوان مدلی برای آلاینده های فرار آلی استفاده کردند، زیرا ساختار مولکولی آن بسیار شبیه به آلاینده های ساطع شده از وسایل نقلیه، صنعت و کشاورزی است. آنها دریافتند رودامین B توسط کامپوزیت گرافن-تیتانیا نسبت به تیتانیا، ۴۰ درصد بیشتر تحت تابش اشعه ماوراء بنفش در آب، تخریب می‌شود. Goisis گفت: “پیوند گرافن با تیتانیا نتایج بسیار خوبی در بر داشت. می‌توان آن را در مواد مختلف استفاده کرد. بتن نمونه خوبی برای استفاده گسترده است و به ما در دستیابی به یک محیط سالم کمک می‌کند. نگهداری از آن ساده و با محیط زیست سازگار است زیرا فقط به انرژی خورشید نیاز دارد و هیچ ورودی دیگری ندارد. اما قبل از استفاده از این ابزار در مقیاس تجاری چالش هایی وجود دارد که باید برطرف شوند. روش‌های ارزان تری برای تولید انبوه گرافن نیاز است. تعاملات بین کاتالیزور و مواد میزبان باید به بهترین شکل انجام گیرد، همچنین مطالعات در مورد پایداری طولانی مدت فوتوکاتالیست در محیط بیرونی باید عمیق‌تر شود.”

اندازه‌گیری های طیف سنجی جذب گذرا فوق سریع، فرآیند انتقال الکترون از تیتانیا به تکه‌های گرافن را نشان داد که طی آن، میزان ترکیب مجدد بار کاهش و کارایی تولید نوری گونه های واکنشی افزایش می‌یابد، به این معنی که مولکول‌های آلاینده بیشتری می‌توانند تخریب شوند.

Xinliang Feng، توضیح می‌دهد: “هنگامی که فوتوکاتالیز در یک شبکه سیمانی بر روی ساختمانها قرار می‌گیرد، قادر است با کاهش NOx و امکان خود نظافت سطوح، که اصطلاحاً “ smog-eating” نامیده می‌شود، تأثیر زیادی در کاهش آلودگی هوا داشته باشد. گرافن میتواند به بهبود رفتار فوتوکاتالیستی کاتالیزورها مانند تیتانیا و افزایش خواص مکانیکی سیمان کمک کند.” در این نشریه، شرکای Graphene Flagship یک کامپوزیت گرافن-تیتانیا را با یک روش یک مرحله ای برای گسترش و بهبود اختراع پیشگامانه سیمان ” smog-eating” آماده کرده اند. در کامپوزیت تهیه شده، افزایش فعالیت فتوکاتالیستی مشاهده میشود و در مطالعه مدل، تا ۴۰٪ آلاینده های بیشتری نسبت به تیتانیای خالص و تا ۷۰٪ NOx بیشتر را تخریب می‌کند.

Enrico Borgarello ، مدیر نوآوری محصولات جهانی در شرکت Italcementi، بخشی از گروه HeidelbergCement، یکی از بزرگترین تولید کنندگان سیمان در جهان، گفت: “ادغام گرافن در تیتانیا برای ایجاد یک نانوکامپوزیت جدید موفقیت آمیز بود. این نانوکامپوزیت بهبود قابل توجه تجزیه فتوکاتالیستی NOx اتمسفر که باعث افزایش عملکرد تیتانیا میشود را نشان داد. این یک نتیجه بسیار مهم است و ما منتظر تاثیر عملکرد نانوکامپوزیت فتوکاتالیستی برای کیفیت بهتر هوا در آینده نزدیک هستیم.”

شرکت Italcementi بر روی محصول دیگری نیز کار می‌کند، یک کامپوزیت گرافن رسانای الکتریکی که در فوریه امسال در کنگره جهانی موبایل به نمایش گذاشته شد. زمانی که این کامپوزیت به عنوان یک لایه در کف قرار میگرد و جریان الکتریکی از آن عبور میکند، قادر است گرما را آزاد کند. Goisis گفت: “شما می‌توانید اتاق یا پیاده رو خود را بدون استفاده از آب مخزن یا دیگ بخار گرم کنید. این پیشرفت، راه را برای توسعه شهرهای هوشمند در آینده و به ویژه برای توسعه بتن خودساز باز می‌کند و می‌تواند تنش یا کرنش را در سازه های بتنی تشخیص داده و نقص های سازه ای را تحت نظر داشته باشد و در صورت نزدیک بودن یکپارچگی سازه، سیگنالهای هشدار ارائه دهد.”

Andrea C. Ferrari، مسئول علم و فناوری شرکت Graphene Flagship و رئیس هیئت مدیره آن، گفت: “در حال حاضر تعداد فزاینده ای از شرکت‌ها، شریک یا اعضای وابسته به گروه Graphene Flagship هستند، زیرا آنها پتانسیل فناوری‌های جدید و بهبود یافته را تشخیص می‌دهند. در این پروژه، شرکت Italcementi، رهبر ایتالیا در زمینه مصالح ساختمانی، کاربرد روشنی از گرافن را برای تخریب آلاینده های محیطی نشان داد. این امر نه تنها می‌تواند منافع تجاری داشته باشد، بلکه با ایجاد محیطی تمیزتر و سالم‌تر، برای جامعه مفید خواهد بود.”


گامی به سوی نسل آینده سامانه های رابط مغز و رایانه
پیشران پلاسمامحور سرعت سفرهای فضایی را زیاد می کند
با فناوری های هوشمند برای پوشش جنبه های مختلف زندگی آشنا شویم


منبع: scitechdaily

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *