۰۲ آبان

کاتالیزور ماده ای است که سرعت واکنش شیمیایی را افزایش می دهد. کاتالیزور در ابتدا با مواد اولیه تشکیل پیوند می دهد و آن ها را به محصول تبدیل می کند. سپس محصول از سطح کاتالیزور جدا می شود و مواد واکنش نداده برای ادامه واکنش روی سطح کاتالیزور باقی می مانند. در حقیقت، می توان واکنش های کاتالیزوری را به صورت یک سیکل بسته در نظر گرفت که در ابتدا کاتالیزور وارد واکنش می شود سپس در انتهای سیکل به شکل اولیه خود بازیابی می شود.فتوکاتالیست ها یا کاتالیزورهای نوری گروهی از کاتالیزورها می باشند که عملکرد خود را با قرار گرفتن در معرض تابش نور نشان می دهند.نیمه رساناهایی چون TiO۲، ZnO، CdS، ZnO۲  و SnO۲ از شاخه فتوکاتالیست ها هستند.

واکنش های فتوکاتالیستی که در سطح نیمه رساناها اتفاق می افتد دارای کاربردهای بسیاری است که از این میان می توان به سنتز سوخت های شیمیایی (نظیر هیدروژن از طریق شکافت آب)، اکسیداسیون انتخابی، تخریب و حذف مواد آلی، گندزدایی، ضد باکتری و قارچ، شیشه های خود تمیز شونده … اشاره کرد.که ازکاربردها حذف آلاینده ها از آب و هوا و آنتی باکتری و قارچ به عنوان یک ضرورت در زندگی مدرن مطرح می گردد. در میان این نیمه رساناها ZnO و  TiO۲ به عنوان یک ماده ایده ال و فتوکاتالیست قابل استفاده در محیط زیست، توجه خاصی را به خود جلب می­کنند چون بسیار پایدار، غیر سمی، در دسترس، ایمن و فعال نوری هستند.

این نیمه رساناها شامل تراز انرژی دارای الکترون به نام نوار ظرفیت (VB) و تراز دیگر با انرژی بالاتر و خالی از الکترون به نام نوار رسانایی (CB) می باشد. تفاوت انرژی بین این دو تراز شکاف انرژی یا بند گپ نامیده می شود. زمانی که انرژی فوتون بزرگتر یا مساوی انرژی بند گپ باشد انتقال الکترون از VB به CB انجام می گیرد.  الکترون و حفره تولید شده با انتقال به سطح مشترک می تواند باعث انجام واکنش های اکسیداسیون- احیا تحت شرایط محیطی گردد.

حفره تولید شده (hvb+ ) ممکن است با H۲O یا OH روی سطح سریعاً واکنش داده و تولید هیدروکسی رادیکال ها را نماید بعلاوه ecbتوسط اکسیژن گرفته شده، تا آنیون رادیکال های سوپراکسید O۲.- را ایجاد کند. پیشنهاد شده که رادیکال های هیدروکسی و آنیون رادیکال سوپر اکسید به عنوان نخستین گونه های اکسید کننده در واکنش های اکسیداسیونی فتوکاتالیستی مطرح می باشند. الکترون تولید شده باعث احیای O۲ به آب می شود، در احیای اکسیژن توسط الکترون های تولید شده ابتدا سوپراکسید O.۲ به عنوان اولین محصول احیایی تولید می شود که به هیدروژن پراکسید و در نهایت به آب تبدیل می شود. حفره ی ایجاد ِشده باعث تخریب مواد آلی (آلودگی ها) می شود. این فرآیند نیز شامل اکسیداسیون اولیه گروه های OH­- سطحی روی TiO۲ و تبدیل شدن آنها به OH­- های رادیکالی می شود و آنها هم مواد آلی را اکسید می کنند.

در این فرآیند حفره ایجاد شده توسط فرآیند فوتونی باعث ایجاد رادیکال های OH در سطح شده که قادر به تخریب باکتری ها، ویروس ها و قارچ ها می شود. الکترون تولید شده در این فرایند نیز می تواند با اکسیژن های جذب شده در سطح واکنش داده و آنیون رادیکال سوپر اکسید تولید نماید که به ترتیب به هیدروژن پراکسید و سپس به آب احیا می گردد. یکی از ترکیبات که اثر فولوکاتالستی به خوبی از خود نشان می دهد نانو ذرات اکسیذ روی می باشد که غاصله گاف انرزی نوار پر و خالی نزذیگ به اکسیداسیون آب می باشد، از این رو نانو ذرات اکسید روی در سطح مولکولی می تواند رادیکال های آزاد ایجاد کند که مانع رشد میکروارگانیسم ها شود.

شرکت بهین نانو ذرات پارس با استفاده از دانش فنی تیم خود توانسته نانو ذرات اکسید روی را با خلوص بالا تهیه کند. با استفاده از فتوکاتالیست ها مانند نانو ذرات اکسید روی می توان پوشش هایی را تهیه کرد که آبدوستی بالایی از خود نشان می دهند. به عبارت دیگر زمانی که سطحی با محلولی از فتوکاتالیست پوشش داده شود و در معرض نور خورشید قرار گیرد زاویه تماس این سطح با آب بسیار کاهش می یابد. بنابراین آب روی سطح مورد نظر به صورت قطره قرار نمی گیرد بلکه به صورت کاملاً پخش شده و همگن مثل شیشه ها و سطوح شفاف عمل می کند. این خاصیت یکی از عوامل موثر در خاصیت خود تمیزشوندگی این سطوح می باشد.

دیواره خارجی ساختمان های پوشش داده شده با لایه ای از فتوکاتالیست به دلیل داشتن خاصیت اکسید کنندگی مواد آلی فرار آزاد شده از آلاینده های محیطی باعث تمیز شدن تدریجی این بناها می شود. بعد از انجام اکسیداسیون آلودگی ها توسط آب باران شسته شده و سطح خارجی بنا کاملاً تمیز می شود که از آن به عنوان خاصیت خود تمیز شوندگی یاد می شود.امروزه فرآیندهای فتوکاتالیستی به عنوان یکی از مؤثرترین روش ها برای حذف آلاینده هایی نظیر آفت کش ها، رنگ ها و … در محیط های آبی مطرح می باشند. آلاینده های موجود در آب همچنین میکروارگانیسم ها توسط فتوکاتالیست ها به ترکیبات غیر سمی اکسید می شوند.

فتوکاتالیست ها قادرند واکنشهای فتوکاتالیستی را در دمای معمولی و زمانی که در معرض نور قرار می گیرند انجام دهند. آلاینده های هوا شامل اکسید های نیتروژن (NOx)، ترکیبات سولفور دار شامل اکسید های سولفور (SOx) و سولفید هیدروژن، هیدروکربن ها (HC) (که در وسایل نقلیه و کارخانه ها تولید می شوند) و منوکسید کربن هستند. گازهای آلاینده موجود در هوا را می توان با استفاده از فتوکاتالیست ها پاک سازی کرد. اکسیدهای نیتروژن و اکسیدهای سولفور توسط واکنش های فتوکاتالیتیکی به ترتیب به نیترات ها و سولفات ها تبدیل می شوند و نیز منوکسید کربن به دی اکسید کربن تبدیل می گردد. این اجزای تبدیل شده که روی سطح فتوکاتالیست می نشینند توسط باران شسته می شود و سطح فتوکاتالیست بازیابی می گردد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *