محققان دانشگاه علم صنعت ايران با بهره گيري از فناوري نانو، نانوغشايي سراميکي ساخته اند که قادر است بسياري از آلاينده هاي موجود در آب هاي صنعتي را حذف و تخريب کند.
به گزارش نشريه مهندسي آب از ستاد ويژه توسعه فناوري نانو، اين غشاء که به صورت همزمان اقدام به جداسازي فيزيکي و تجزيه فوتوکاتاليسي آلاينده ها مي کند، از بازده بالايي برخوردار است.
استفاده از غشاها در صنايع تصفيه آب وجداسازي آلاينده ها، به واسطه کاهش ميزان آب قابل شرب در جهان، از اهميت بسزايي برخوردار است.
اخيرأ استفاده از غشاهاي تيتانيايي با پايداري شيميايي مطلوب، توجه محققان را به خود جلب کرده است.
به منظور افزايش کارايي اين غشا، اين محققان بر آن شدند تا با وارد کردن سيليکا در ترکيب غشاي تيتانيايي، علاوه بر کاهش اندازهي تخلخل ها، خاصيت فوتوکاتاليستي آن را نيز بهبود بخشند.
به گفته دکتر تاجر کجينه باف، فارغ التحصيل دانشگاه علم و صنعت ايران، وجود سيليکا در شبکه تيتانيا سبب کاهش اندازه ي تخلخل غشاء شده است و در نتيجه، قابليت حذف آلاينده ها بر پايه ي مکانيزم جداسازي افزايش مي يابد.
از سويي حضور 5% مولي سيليکا در ترکيب غشاء، با بهبود خاصيت فوتوکاتاليستي قابليت تخريب آلاينده ها را نيز افزايش مي دهد.
بدين ترتيب هر دو عامل جداسازي فيزيکي و تخريب فوتوکاتاليستي، منجر به کاهش آلاينده هاي موجود در سيستم خواهند شد. از سوي ديگر با توجه به آن که هزينه ي استفاده از سيليکا در مقايسه با تيتانيا کمتر است، جايگزيني آن در ترکيب تيتانيا تا حدودي مي تواند قيمت تمام شده غشاي فوتوکاتاليست را نيز کاهش دهد.بر اساس نتايج به دست آمده، متوسط اندازه ي تخلخل اين غشاء در حضور سيليکا، حدود 4 نانومتر خواهد بود.
قابليت اين غشا، با بررسي جداسازي متيل اورنژ به عنوان مدل آلاينده از آب، با دو روش جداسازي فيزيکي وتخريب فوتوکاتاليستي، به صورت جداگانه و همزمان مطاله شده است. بررسي ها نشان داده است که در شرايط استفاده از امواج فرابنفش (UV)، ميزان حذف آلاينده ي رنگي متيل اورانژ توسط غشاي کامپوزيتي تيتانيا- سيليکا، حدود %63 است.
اين در حالي است که همراهي فرايند جداسازي فيزيکي با تخريب فوتوکاتاليستي، اين ميزان را به %94 افزايش مي دهد.
تاجر گنجينه باف در خصوص دلايل همراه کردن سليکا با تيتانيا در غشاي سراميکي افزود: «وجود محدوديت هايي همچون عدم پايداري حرارتي در هين فرايند توليد غشاي تيتانايي وعدم کنترل دقيق اندازه ي تخلخل ها، استفاده از اين غشاء را تا حدودي محدود کرده است.
استفاده از افزودني هاي مختلف از جمله اکسيد هاي فلزي، يکي از روش هاي است که امروزه مورد توجه برخي از پژوهشگران قرار گرفته است.
استفاده از افزودني سيليکا، در قالب توليد غشاي کامپوزيتي تيتانيا- سيليکا، مي تواند بسياري از انتظارات مورد نظر را برآورده سازد. به عبارتي، حضور سيليکا در ترکيب تيتانا علاوه بر فراهم کردن شرايط لازم براي دستيابي به يک غشاي نانو ساختار، خواص فوتوکاتاليستي تيتانيا رانيز تقويت مي کند.
از اين رو در پژوهش حاضر تلاش شده است پس از تهيه زيرپايه ي آلومينايي و اعمال يک لايه تيتانياي کلوئيدي به عنوان لايه ي مياني، شرايط لازم براي ايجاد لايه ي موثر رويي با ترکيب تيتانيا- سيليکا فراهم شود».
در راستاي توليد غشاي مورد نظر، ابتدا زيرپايه ي آلومينايي به روش پرس تک محوري، با تخلخل هايي در محدوده ي ماکرو ساخته شد.
سپس با فراوري سل کلوئيدي پايدار تيتانيا و پوشش دهي آن بر زير پايه، لايه ي مياني سيستم غشايي فراوري شد.
در ادامه براي توليد لايه رويي، از فراوري سل هاي پليمري تيتانيا و تيتانيا- سيليکا با مقادير مختلف سيليکا ( 5 تا 20 درصد مولي ) لهره گرفته شد تا پس از پوشش دهي آن براي لايه مياني، غشاهاي تيتانيا و تيتانيا- سيليکا توليد شوند.
تاثير سيليکا بر خواص لايه ي موثر تيتانيايي توسط آزمون هاي مختلف همچون توزين حرارتي و آناليز حرارتي افتراقي (DTA-TG)، طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR)، پرتونگاري فوتوالکتروني پرتو ايکس (XPS)، پراش پرتو ايکس (XRD) و طيف سنجي بازتابي

نفوذي ماورابنفش –مرئي (DRS) مورد بررسي قرار گرفت. همچنين شکل و ريزساختار غشاهاي سنتزي با استفاده از ميکروسکوپ نيروي اتمي ( AFM)، ميکروسکوپ هاي الکتروني روبشي (FESEM) وعبوري (TEM) بررسي شد.
در بخشي از نتايج تحقيق آمده است که برپايه ي اثر همزمان جداسازي و فوتوکاليستي، بازده حذف آلايندها توسط غشا تيتانيايي %86/5 است که با افزودن 5 و 10 درصد مولي سيليکا، اين ميزان به ترتيب به %94/2 و %71/2 تغيير مي يابد.
از اين رو غشاي کامپوزيتي تيتانيا با %5 مولي سيليکا، که در 500 درجه سانتي گراد کلسينه شده است، به دليل داشتن بالاترين بازده حذف آلايندها، به عنوان غشاي بهينه انتخاب شده است. اين غشاء نمونه ي مناسبي براي استفاده در صنايع تصفيه ي آب خواهد بود.
نتايج اين تحقيق که حاصل همکاري دکتر تاجر گنجينه باف، دکتر سرپولکي و دکتر محمدي – اعضاي هيئت علمي دانشگاه علم و صنعت ايران است، در مجله Ceramics International ( جلد 40، شماره 1، ماه ژانويه، سال 2014، ) منتشر شده است