خبر کامل
دستاورد بین‌المللی محققان ایرانی: کاتالیست جدید برای حذف آترازین از آب
مقدمه
آلودگی منابع آبی به ترکیبات شیمیایی مقاوم به تجزیه، از جمله آفت‌کش‌ها، یکی از چالش‌های زیست‌محیطی جدی در سطح جهان است. آترازین، به عنوان یکی از پایدارترین و شناخته‌شده‌ترین این آلاینده‌ها، به دلیل اثرات نامطلوب زیستی، سال‌هاست که مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. حذف این ماده از آب با روش‌های متداول دشوار بوده و نیازمند فناوری‌های پیشرفته‌تر است.
دستاورد پژوهشی بین‌المللی
در راستای حل این معضل، پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس با همکاری دانشگاه صنعتی ژجیانگ چین، دانشگاه پلی‌تکنیک مادرید، موسسه فناوری هاربین و چند مرکز علمی دیگر، در قالب یک پروژه پژوهشی بین‌المللی، موفق به توسعه کاتالیستی مبتنی بر چارچوب‌های فلزی-آلی (MOFs) شده‌اند که قادر است تجزیه آترازین را به طور چشمگیری تسریع بخشد.
نوآوری در بهبود عملکرد UiO-۶۶ (Ce)
این تحقیق بر پایه روشی نوآورانه برای بهبود عملکرد ماده‌ای به نام UiO-۶۶ (Ce) استوار است. این ماده که نوعی چارچوب فلزی-آلی مبتنی بر عنصر سریم محسوب می‌شود، به دلیل ساختار متخلخل و سطح ویژه بالا، پتانسیل کاتالیستی فراوانی دارد. با این حال، یکی از محدودیت‌های اصلی بسیاری از MOFها، پنهان ماندن بخش قابل توجهی از سایت‌های فعال فلزی در داخل ساختار و عدم دسترسی آنها به واکنش‌های شیمیایی است.
مهندسی اسیدی لیگاند: رویکردی نوین
برای غلبه بر این محدودیت، پژوهشگران از رویکردی به نام مهندسی اسیدی لیگاند بهره گرفتند. در این روش، ابتدا اسید فرمیک در فرآیند ساخت ماده به کار گرفته شد و سپس ساختار با استفاده از تیمار اسید کلریدریک اصلاح گردید. این فرایند منجر به حذف برخی ترکیبات مزاحم و ایجاد ساختاری اصلاح‌شده با نام UiO-۶۶-F-H شد.
نتایج و افزایش کارایی کاتالیستی
اصلاح کنترل‌شده ساختار در مقیاس نانو، باعث شد تا تعداد بیشتری از اتم‌های سریم با هماهنگی ناقص در سطح ماده آشکار شوند. این اتم‌ها به عنوان سایت‌های اسیدی لوئیس عمل کرده و می‌توانند واکنش‌های شیمیایی را تسریع کنند. نتایج نشان داد که این اصلاح ساختاری منجر به افزایش حدود ۴۰ درصدی در تعداد سایت‌های اسیدی لوئیس سطحی شده است.
عملکرد بی‌سابقه در تخریب آترازین
افزایش دسترسی به این مراکز فعال، تأثیر مستقیمی بر عملکرد کاتالیستی ماده داشت. آزمایش‌ها نشان دادند که نمونه اصلاح‌شده UiO-۶۶-F-H می‌تواند سرعت تخریب آترازین را ۵.۷ برابر بیشتر از نمونه اولیه UiO-۶۶ (Ce) افزایش دهد. همچنین، عملکرد این کاتالیست در مقایسه با روش ازن‌زنی ساده، حدود ۱۷.۷ برابر مؤثرتر بوده است.
کارایی در شرایط محیطی واقعی
آزمایش‌های انجام‌شده در شرایطی نزدیک به محیط طبیعی، شامل pH برابر ۷، دمای ۱۰ درجه سانتی‌گراد و غلظت ازن ۳ میلی‌گرم بر لیتر، نشان داد که این ماده در شرایط عملی نیز کارایی بالایی دارد که اهمیت کاربردی این فناوری را دوچندان می‌کند.
پایداری و قابلیت استفاده مجدد
از دیگر مزایای این کاتالیست می‌توان به پایداری ساختاری و قابلیت استفاده مجدد آن اشاره کرد. برخلاف بسیاری از کاتالیست‌ها که پس از چند چرخه استفاده دچار افت عملکرد می‌شوند، ماده اصلاح‌شده در این پژوهش پایداری مناسبی نشان داده و قابلیت بازیافت مطلوبی دارد.
آینده پژوهش و کاربردهای گسترده‌تر
به گفته پژوهشگران، اهمیت این دستاورد تنها به حذف آترازین محدود نمی‌شود. روشی که برای آشکارسازی سایت‌های فعال در UiO-۶۶ (Ce) به کار رفته است، می‌تواند برای طراحی و بهبود سایر چارچوب‌های فلزی-آلی نیز مورد استفاده قرار گیرد. این رویکرد می‌تواند مسیر توسعه نسل جدیدی از کاتالیست‌های پیشرفته را برای حذف داروها، رنگ‌ها، آفت‌کش‌ها و دیگر آلاینده‌های مقاوم از منابع آبی هموار کند.
انتشار نتایج
نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای با عنوان “Acid-engineered UiO-۶۶ (Ce): From the limitations of concealed MOF sites to catalytic excellence for rapid atrazine degradation” منتشر شده است.
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
