العلماء يحولون القمامة إلى محفز فائق

تنتج العملية الميكانيكية الكيميائية المحسنة جزيئات مركبة متعددة الوظائف تزيل الملوثات من الماء.

يلجأ العلماء بشكل متزايد إلى ضوء الشمس كحليف قوي في تنظيف المياه الملوثة. يمكن للمحفزات الضوئية تسخير الطاقة الشمسية لتحطيم الملوثات الضارة، في حين يستخدم التبخر الحراري الضوئي نفس الطاقة لتسخين وتبخير المياه القذرة بسرعة، والتي تتكثف بعد ذلك إلى سائل نظيف صالح للشرب. على الرغم من إمكانياتهما الواعدة، تعتمد كلتا الطريقتين غالبًا على مواد باهظة الثمن أو صعبة التصنيع مما يحد من استخدامها على نطاق واسع. وقد أدى هذا إلى إطلاق جهد عالمي لإنشاء مادة واحدة، ميسورة التكلفة، وفعالة، قادرة على أداء مهام تنقية متعددة، ومن الأفضل أن تكون مصنوعة من موارد كانت ستضيع لولا ذلك.

في تطور رائد، وجد الباحثون في معهد ناغويا للتكنولوجيا (NITech) في اليابان طريقة لتحويل النفايات البلاستيكية الشائعة إلى أداة جديدة قوية لإنتاج المياه النظيفة. بقيادة البروفيسور المشارك تاكاشي شيراي، قام الفريق المكون من الدكتور كونيهيكو كاتو، والدكتور يونزي شين، والسيد يوبينغ شو – بإنشاء جزيئات مركبة متعددة الوظائف يمكنها تنقية وتحلية المياه باستخدام ضوء الشمس.

وقد تم نشر أعمالهم مؤخرا في المواد والواجهات التطبيقية لـ ACS.

التوليف الميكانيكي الكيميائي باستخدام مطحنة الكرة الكوكبية

لإنشاء هذه المادة المبتكرة، استخدم الباحثون طاحونة كروية كوكبية وقاموا بتحسين عملية الطحن بعناية. لقد بدأوا بخليط بسيط من ثالث أكسيد الموليبدينوم (MoO₃) والبولي بروبيلين، وهو نوع من البلاستيك الشائع الموجود في مواد التعبئة والتغليف والسلع المنزلية.

ومن خلال معالجة ميكانيكية دقيقة، قاموا بتحويل هذا الخليط المشتق من النفايات إلى جزيئات مركبة تحتوي على برونز الهيدروجين والموليبدينوم (H_سمو_3-ذ) ، ثاني أكسيد الموليبدينوم (MoO₂)، والكربون المنشط، وهي مواد تعمل معًا لالتقاط ضوء الشمس وتحفيز تفاعلات التنقية المتعددة.

يسلط الدكتور شيراي الضوء على أن “العملية الميكانيكية الكيميائية المقترحة تتفوق على الأساليب الحالية الأخرى من حيث كفاءة الطاقة وفعالية التكلفة”.

ومن خلال التجارب المكثفة، أظهر فريق البحث القدرات الرائعة العديدة لمركباتهم. أولاً، أظهرت هذه الجسيمات امتصاصًا واسعًا للضوء على كامل نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة والمرئية والأشعة فوق البنفسجية، مما يسمح بالتحلل الضوئي لنموذج من الملوثات العضوية. ومن المثير للاهتمام أن المركبات تعمل أيضًا مثل برونستد حامض المحفزات وإزالة ملوثات المياه حتى في غياب الضوء.

تسخير التأثيرات البلازمونية والحرارية الضوئية

بالإضافة إلى ذلك، أظهر المحفز المقترح خصائص بلازمونية تؤدي إلى تأثير حراري ضوئي ملحوظ مكّن من التسخين السريع باستخدام ضوء الشمس. ويمكن الاستفادة من ذلك لدفع التبخر السريع للمياه بكفاءة تحويل ضوئية حرارية استثنائية. وأخيرًا، يمكن للكربون المحتوي على الأكسجين والذي بقي كمنتجات ثانوية للطحن أن يمتص ويزيل أيونات المعادن الثقيلة من مياه الصرف الصحي.

ويخطط فريق البحث لتحسين عملية طحن الكرة لإنتاج محفزات مماثلة متكاملة لمعالجة المياه وغيرها من التطبيقات. ويختتم الدكتور شيراي حديثه قائلاً: “إن التكنولوجيا المتطورة لدينا لديها القدرة على تطبيقها على مجموعة واسعة من الأكاسيد والمواد البلاستيكية، ونتوقع أن يكون لها تطبيقات متنوعة، بما في ذلك تعزيز وظائف المواد الموجودة وإعادة تدوير النفايات البلاستيكية، لضمان توافر مياه الشرب”.

المرجع: “جزيئات مركب الكربون HXMOO3–y–moo2/الكربون متعددة الوظائف لإعادة تحويل المياه” بقلم كونهيكو كاتو، يونايتد، مؤامرة يوبينغ شين وتاكاشي، 1 أكتوبر 2024، المواد والواجهات التطبيقية لـ ACS.
دوى: 10.1021/acsami.4c09169

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل, يكتشف، و أخبار.