Μια βελτιστοποιημένη μηχανοχημική διαδικασία παράγει πολυλειτουργικά σύνθετα σωματίδια που απομακρύνουν τους ρύπους από το νερό.
Ηλιακό φως σαν καταλύτης
Οι επιστήμονες στρέφονται όλο και περισσότερο στο ηλιακό φως ως ισχυρό σύμμαχο στον καθαρισμό του μολυσμένου νερού. Οι φωτοκαταλύτες μπορούν να αξιοποιήσουν την ηλιακή ενέργεια για να διασπάσουν τους επιβλαβείς ρύπους, ενώ η φωτοθερμική εξάτμιση χρησιμοποιεί την ίδια ενέργεια για να θερμάνει και να εξατμίσει γρήγορα το βρώμικο νερό, το οποίο στη συνέχεια συμπυκνώνεται σε καθαρό, πόσιμο υγρό. Παρά την υπόσχεσή τους, και οι δύο μέθοδοι συχνά βασίζονται σε ακριβά ή δύσκολα στην κατασκευή υλικά που περιορίζουν τη χρήση τους σε μεγάλη κλίμακα. Αυτό έχει πυροδοτήσει μια παγκόσμια προσπάθεια για τη δημιουργία ενός ενιαίου, προσιτού και αποτελεσματικού υλικού ικανού να εκτελεί πολλαπλές εργασίες καθαρισμού - ιδανικά ένα υλικό κατασκευασμένο από πόρους που διαφορετικά θα πήγαιναν χαμένοι.
Σε μια πρωτοποριακή εξέλιξη, ερευνητές στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο Ναγκόγια (NITech) στην Ιαπωνία βρήκαν έναν τρόπο να μετατρέψουν τα κοινά πλαστικά απόβλητα σε ένα ισχυρό νέο εργαλείο για την παραγωγή καθαρού νερού. Με επικεφαλής τον Αναπληρωτή Καθηγητή Takashi Shirai, η ομάδα - που αποτελείται από τους Δρ. Kunihiko Kato, Δρ. Yunzi Xin και κ. Yuping Xu - δημιούργησε πολυλειτουργικά σύνθετα σωματίδια που μπορούν τόσο να καθαρίσουν όσο και να αφαλατώσουν το νερό χρησιμοποιώντας το ηλιακό φως.
Μηχανοχημική Σύνθεση Χρησιμοποιώντας Πλανητικό Μύλο Σφαίρας
Για να δημιουργήσουν αυτό το καινοτόμο υλικό, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν πλανητικό μύλο σφαίρας και βελτιστοποίησαν προσεκτικά τη διαδικασία άλεσης. Ξεκίνησαν με ένα απλό μείγμα τριοξειδίου του μολυβδαινίου (MoO3) και πολυπροπυλενίου, ενός κοινού πλαστικού που βρίσκεται σε συσκευασίες και οικιακά είδη.
Μέσω ακριβούς μηχανικής επεξεργασίας, μετέτρεψαν αυτό το μείγμα που προέρχεται από απόβλητα σε σύνθετα σωματίδια που περιείχαν υδρογόνο, μολυβδαίνιο, χαλκό (HxMoO3–y), διοξείδιο του μολυβδαινίου (MoO2) και ενεργό άνθρακα - υλικά που συνεργάζονται για να συλλαμβάνουν το ηλιακό φως και να οδηγούν σε πολλαπλές αντιδράσεις καθαρισμού.
«Η προτεινόμενη μηχανοχημική διαδικασία ξεπερνά άλλες τρέχουσες προσεγγίσεις όσον αφορά τόσο την ενεργειακή απόδοση όσο και την οικονομική αποδοτικότητα», τονίζει ο Δρ. Shirai.
Μέσω εκτεταμένων πειραματισμών, η ερευνητική ομάδα απέδειξε τις πολλές αξιοσημείωτες δυνατότητες των σύνθετων υλικών της. Πρώτον, αυτά τα σωματίδια παρουσίασαν ευρεία απορρόφηση φωτός σε ολόκληρη την περιοχή εγγύς υπέρυθρης-ορατής-υπεριώδους, επιτρέποντας την φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση ενός μοντέλου οργανικού ρύπου. Είναι ενδιαφέρον ότι τα σύνθετα υλικά λειτούργησαν επίσης ως όξινοι καταλύτες Brønsted και απομάκρυναν τους ρύπους του νερού ακόμη και απουσία φωτός.
Αξιοποίηση Πλασμονικών και Φωτοθερμικών Επιδράσεων
Επιπλέον, ο προτεινόμενος καταλύτης παρουσίασε ιδιότητες που οδήγησαν σε ένα έντονο φωτοθερμικό φαινόμενο που επέτρεψε την ταχεία θέρμανση χρησιμοποιώντας το ηλιακό φως. Αυτό θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για να οδηγήσει στην ταχεία εξάτμιση του νερού με εξαιρετική απόδοση φωτοθερμικής μετατροπής. Τέλος, οι άνθρακες που περιέχουν οξυγόνο και παρέμειναν ως υποπροϊόντα άλεσης θα μπορούσαν να προσροφήσουν και να απομακρύνουν ιόντα βαρέων μετάλλων από τα λύματα.
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να βελτιώσει τη διαδικασία άλεσης με σφαιρίδια για να παράγει παρόμοιους καταλύτες "όλα σε ένα" για την αποκατάσταση νερού και άλλες εφαρμογές. "Η αναπτυγμένη τεχνολογία μας έχει τη δυνατότητα να εφαρμοστεί σε ένα ευρύ φάσμα οξειδίων και πλαστικών και αναμένουμε ότι θα έχει ποικίλες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της βελτίωσης της λειτουργικότητας των υπαρχόντων υλικών και της ανακύκλωσης πλαστικών αποβλήτων, για να διασφαλιστεί η διαθεσιμότητα πόσιμου νερού", καταλήγει ο Δρ. Shirai.
www.worldenergynews.gr
