استفاده از نانواسفنج‌ها برای تصفیه فاضلاب‌

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، رنگ‌های آلی به عنوان گروه قابل توجهی از آلاینده‌های صنعتی، معمولا بسیار محلول در آب، غیر قابل تجزیه و بسیاری از آن‌ها سرطان زا و سمی هستند.

چانگشیا لی و فردی کلیتز محققان دانشگاه وین به همراه همکارانشان اکنون رویکرد جدیدی را برای طراحی یک ماده کامپوزیتی نوآورانه، متشکل از یک چارچوب آلی کووالانسی (COF) نانومتخلخل و فوق نازک که بر روی گرافن متصل شده است، ارائه کردند که بسیار کارآمد است.

چارچوب‌های آلی کووالانسی (COF) مواد جامد آلی دو یا سه بعدی با ساختار‌های گسترده هستند که در آن بلوک‌ها توسط پیوند‌های کووالانسی قوی به هم متصل‌اند. چارچوب‌های آلی کووالانسی متخلخل و کریستالی‌اند و سراسر از عناصر سبک (H، B، C، N و O) [۲]ساخته شده‌اند. این عناصر به‌واسطه ایجاد پیوند‌های کووالانسی قوی در مواد مفید و پرکاربردی مانند الماس، گرافیت، و نیترید بور شناخته می‌شوند.

چانگشیا لی محقق مقطع این دانشگاه در این باره گفت: امروزه روش‌های مختلفی از جمله فیلتر‌های کربن فعال برای تصفیه آب وجود دارد، اما هنوز هم جا برای بهبود کارایی یا ظرفیت جذب مواد وجود دارد.

گروه محقق فردی کلیتز در موسسه شیمی معدنی مواد عملکردی نیز در حال توسعه مواد نانومتخلخل/ نانو منفذ جدید هستند. مواد متخلخل سطح کل بسیار بیشتری نسبت به مواد غیر متخلخل برای همان حجم دارند و بنابراین می‌توانند تعداد زیادی مولکول را در طول جذب روی سطوح جمع کنند.

نانو منفذ یا نانوپور شامل یک چارچوب منظم آلی یا غیر آلی در مقیاس نانومتر است که از ساختار منظم و متخلخل ایجاد شده است. اندازه منافذ به طور کلی ۱۰۰ نانومتر یا کوچکتر است. بیشتر نانومنفذ‌ها را می‌توان به عنوان مواد فله یا غشا طبقه‌بندی کرد.

چارچوب‌های آلی کووالانسی (COFs) یک گروه نسبتا جدید از مواد هستند. آن‌ها متخلخل هستند و در عین حال چگالی کم و سبک وزن هستند. کووالانسی به این معنی است که پیوند‌های شیمیایی آن‌ها از طریق جفت الکترون بین اتم‌ها تشکیل می‌شود.

رنگ‌هایی که محققان در محلول مدل آبی خود مورد مطالعه قرار دادند، اندازه‌ای در حدود ۰.۸ تا ۱.۶ نانومتر داشتند. محققان گفتند: ما یک روش جدید برای تشکیل چارچوب‌های آلی کووالانسی به روشی نسبتا سازگار با محیط زیست با استفاده از آب ایجاد کردیم. به این ترتیب، ما توانستیم اسفنج‌های کوچکی را با اندازه‌های منافذ و اشکال مختلف طراحی کنیم.

هنگام استفاده از پودر چارچوب‌های آلی کووالانسی حجیم، منافذ داخلی مواد اغلب به دلیل مسدود شدن منافذ لبه بیرونی، به ویژه برای مولکول‌های بزرگ آلاینده، دیگر در دسترس آلاینده‌ها نیستند. مواد مرکب جدید که توسط محققان توسعه داده شده است، ساختار کاملا نفوذپذیری را ارائه می‌دهد.

برای این منظور، محققان چارچوب‌های آلی کووالانسی را بر روی نانو ورقه‌های گرافن لایه نازک رشد دادند. ترکیب گرافن به خودی خود یک لایه ۲ بعدی از اتم‌های کربن و لایه چارچوب‌های آلی کووالانسی که تا دو نانومتر ضخامت دارد، به یک ساختار سه بعدی فشرده و باز منجر شد. لایه بسیار نازک چارچوب‌های آلی کووالانسی می‌تواند قابلیت جذب بیشتری را نسبت به پودر چارچوب‌های آلی کووالانسی حجیم داشته باشند.

محققان می‌گویند: منافذ بزرگ شبکه گرافن در ترکیب با لایه چارچوب‌های آلی کووالانسی فوق‌العاده نازک با مقدار زیادی مکان‌های جذب، تصفیه سریع و کارآمد فاضلاب را ممکن می‌سازد.