نانوذرات؛حذف کننده مونواکسيد کربن

حفاظت از جوامع شهري و روستايي در برابر آلاينده هاي زيست محيطي مستلزم انجام تحقيقاتي براي شناخت انواع آلاينده ها، منابع توليد آنها و همچنين در نظر گرفتن راهکارهاي مناسبي براي کنترل و مهار آلودگي ها در محيط است. با توجه به اين که رفع آلودگي هاي محيط زيست که مي تواند پيامدهاي نامطلوبي را در زندگي انسان ها و ديگر موجودات زنده ساکن اين کره خاکي به همراه داشته باشد، نيازمند تعليم و آموزش نيروهاي متخصص در اين زمينه است، بنابراين انجام تحقيقات پژوهشي که بتواند به روش هاي جديد و موثر براي مبارزه با آلودگي در محيط زيست دست يابد از اهميت و ضرورت بسيار زيادي برخوردار است و به همين علت تاکنون مطالعات بسياري در اين زمينه از سوي محققان کشور انجام شده که اجرايي شدن آن مي تواند نقش مهمي در سنجش، شناخت، کنترل و کاهش آلاينده هايي مانند آلودگي هاي نفتي، شيميايي و ميکروبي و همچنين بررسي اثرات مخرب آن بر محيط زيست داشته باشد.

آلودگي يکي از مهم ترين پيامدهاي ناشي از زندگي جوامع انساني است که محيط اطراف ما را تحت تاثير خود قرار داده و زمينه مناسبي براي تهديد زندگي انسان ها به وجود آورده است، اگر چه ممکن است مفهوم آلودگي از نظر افراد مختلف متفاوت باشد، اما به طور کلي مي توان گفت هر عاملي که وجود آن در محيط زيست به نحوي در چرخه طبيعي اختلال به وجود آورد و حيات انسان، حيوان يا گياه را در معرض تهديد قرار دهد، آلودگي به شمار مي آيد. آلودگي آب ها، آلودگي هوا، آلودگي صوتي، ديداري و نوري نوعي آلودگي محسوب مي شوند که به نوعي متفاوت محيط زيست را تهديد مي کنند. با توجه به اين که آلودگي هوا و آب ها آثار جبران ناپذيري در زندگي انسان ها داشته اند بيشتر تحقيقاتي که در اين زمينه انجام شده است منابع به وجود آورنده اين 2 نوع آلودگي را مورد بررسي قرار داده اند و ديگر انواع آلودگي ها کمتر مورد توجه قرار گرفته، در نتيجه افراد کمتر با آن آشنايي دارند.

بررسي هاي انجام شده درباره غلظت آلاينده ها در نقاط مختلف شهرهاي بزرگ نشان مي دهد که در بسياري از ساعات شبانه روز هوايي را تنفس مي کنيم که از نظر سطح مونواکسيد کربن و ديگر آلاينده هاي زيست محيطي آلوده است که اين آلودگي ارمغاني از صنعت و فناوري است که نقش مهمي در رشد اقتصادي کشورها دارد.

اگرچه فعاليت هاي صنعتي و احتراق ناقص سوخت در تاسيسات تجاري و حرارتي نيز مي توانند منجر به توليد گاز مونواکسيد کربن شوند، اما توليد آن در مقايسه با آلودگي ناشي از مونواکسيد کربن در نتيجه عبور وسايل نقليه موتوري در سطح شهرها چندان قابل توجه نخواهد بود. ميزان ترکيب مونواکسيد کربن با هموگلوبين خون که نقش مهمي در انتقال اکسيژن به بافت هاي بدن دارد، در مقايسه با اکسيژن 200 برابر است، بنابراين تنها وجود مقادير اندکي از اين گاز در هوا و ترکيب آن با هموگلوبين خون موجب ايجاد ترکيب پايداري در خون مي شود که مقدار هموگلوبيني که اکسيژن را به بافت هاي مختلف بدن مي رساند، کاهش مي دهد و مانع از جدا شدن اکسيژن و هموگلوبين از يکديگر مي شود.

وجود گاز آلاينده منواکسيد کربن در خون، فشار نسبي گاز اکسيژن را نيز کاهش مي دهد که اين عامل سبب کاهش نيروي محرکه انتشار در بافت هاي بدن خواهد شد. چنين تغييراتي، سبب ايجاد مسموميت ها و حساسيت هايي در بدن انسان مي شود که تضعيف اعصاب مرکزي، حساسيت به نور و کاهش بينايي، عدم تشخيص زمان و کاهش توانايي در کنترل حرکات ارادي بدن از پيامدهاي آن هستند.

بهبود انتخاب پذيري کاتاليست ها

به گفته مهندس سعيد جعفري، کارشناس ارشد بهداشت حرفه اي از دانشگاه تربيت مدرس و مجري اين طرح تحقيقاتي، مواد کاتاليتيکي از قديمي ترين مواد نانوساختاري هستند و امروزه کاربرد کاتاليست ها در حوزه هاي گوناگوني مورد توجه قرار گرفته است. يکي از مهم ترين کاربردهاي کاتاليست ها، استفاده از آنها در حذف آلاينده هاي زيست محيطي و صنعتي است که کاربرد موثر اين گروه از مواد در فرآيندهاي کاتاليستي به نوع، ماده کاتاليستي مورد استفاده بستگي دارد. فعاليت، گزينش و پايداري مجموعه عواملي هستند که در موثر بودن کاتاليست ها نقش بسيار مهمي دارند. کاتاليزور نوعي ترکيب شيميايي است که اثر تسريع کنندگي و جهت دهندگي بر پشرفت واکنش هايي دارد که از نظر ترمو ديناميکي انجام آنها امکان پذير است.

کاتاليزورهاي محلول در محيط واکنش را کاتاليزور همگن و کاتاليزورهاي فازي مجزا از فاز واکنش را کاتاليزور ناهمگن مي نامند. بيشتر کاتاليزورهاي ناهمگن، کاتاليزورهاي جامدي هستند که در نتيجه تماس آن با مواد مايع يا گازي واکنش دهنده، تغييراتي در آنها ايجاد مي شود. کاتاليزورهاي ناهمگن را کاتاليست مي نامند. کاتاليستهاي پيشرفته امروزي به صورت مواد کريستالي متشکل از منافذي در ابعاد نانو طراحي مي شوند. با کنترل دقيق اندازه کريستال ها، مساحت سطوح، مواد تشکيل دهنده و همچنين ساختار و اندازه منافذ مي توان فعاليت، گزينش و پايداري اين کاتاليست ها را مؤثر براي انجام واکنش هاي گوناگون تبديل کرد. انتخاب پذيري يا گزينش مواد، يکي از مهم ترين خواص و ويژگي هاي کاتاليست هاست. به عبارت ديگر، کاتاليست ها بايد بتوانند از ميان صدها واکنشي که ممکن است انجام شود، واکنش مورد نظر را تسريع کنند.

امروزه مشکلات ناشي از آلاينده هاي زيست محيطي که از منابع مختلف در هوا منتشر مي شوند، به يک نگراني عمومي در جوامع تبديل شده است و مسوولان در تلاشند به کمک محققان و متخصصان، راهکارهايي مناسب را در اين زمينه به مرحله اجرا درآورند. گاز منواکسيد کربن که پيش از اين درباره آن توضيحاتي داده شد، يکي از مهم ترين گازهاي آلاينده هوا در شهرها و محيط هاي صنعتي است. در شهرها عمده ترين منبع توليد کننده اين گاز، خروجي خودروهاست که حدود 85 تا 95 درصد کل منواکسيد کربن موجود در محيط را توليد مي کنند. موثرترين روش حذف اين گاز، اکسيداسيون کاتاليستي آن به گاز بي اثر دي اکسيد کربن است. مبدل هايي که هم اکنون براي حذف آلاينده هاي خروجي خودروها استفاده مي شوند، محدوديت هايي دارند که يکي از مهم ترين شان عدم کارآيي آن هنگام شروع فصل سرما و کاهش دماي هواست.

غلبه بر محدوديت ها

به گفته جعفري، يکي از روش هايي که براي از ميان برداشتن چنين موانعي مورد استفاده قرار مي گيرد به کار بردن کاتاليست هاي نانوساختاري است که حتي در دماي پايين نيز از کارآيي مناسبي برخوردارند.

يکي از کاتاليست هايي که با توجه به خاصيت انتخاب پذيري مناسب و فعاليت مطلوب براي حذف کار مونواکسيد کربن بتازگي مطرح شده، نانو ذرات طلاست. مهم ترين ويژگي نانو ذرات، بالا بودن نسبت سطح به حجم در اين گروه از مواد و ذرات است. با استفاده از اين خاصيت مي توان کاتاليزورهاي قدرتمندي در ابعاد نانو توليد کرد که مي توانند عملکرد واکنش هاي شيميايي را به ميزان قابل توجهي افزايش دهند و از توليد مواد زائد در واکنش هاي جلوگيري کنند.

تغيير خواص فيزيکي مواد با آرايش اتمي، اندازه جامد و ترکيب شيميايي آنها ارتباط مستقيم دارد. نانو ذرات طلا از محلول حاصل از اسيدشويي که در مرحله نهايي طلاسازي به دست آمده توليد مي شود و امروزه از اين ذرات در وسايل نوري، الکترونيک، بيوشيمي و همچنين در زمينه بيوتکنولوژي استفاده مي شود.

خصوصيات پايه يکي از عوامل تعيين کننده ميزان فعاليت کاتاليست هاست، موارد گوناگوني به عنوان پايه نانو ذرات طلا مورد استفاده قرار مي گيرند. اکسيد تيتانيوم و اکسيد آهن از پايه هاي فعال و هيدرواکسيد منيزم، اکسيد آلومينيوم و سيليکا، فيبرهاي کربن فعال و زئوليت (مواد معدني حاوي سيليکات) از پايه هاي خنثي هستند که در ساخت نانوذرات طلا استفاده مي شوند. ويژگي متمايز زئوليت ها در مقايسه با ديگر موادي که به عنوان پايه مورد استفاده قرار مي گيرند اين است که اين نوع پايه خنثي به دليل داشتن مساحت سطح بالا از توانايي چشمگير و قابل توجهي در تبادل يوني و پايدار کردن ذرات کوچک طلا از طريق تثبيت آنها در قفس هاي کوچک ساختار زئوليت برخوردار است و در اين طرح تحقيقاتي نيز از انواع مختلف کاتاليست زئوليت براي اکسيداسيون منواکسيد کربن استفاده شده است که هر کدام به طور جداگانه مورد بررسي قرار گرفته اند.

نتايج حاصل از ارزيابي فعاليت کاتاليست ها نشان مي دهد که وجود يون سديم سبب مي شود نانو ذرات طلا با اندازه اي بهينه و مناسب روي سطوح و همچنين درون منافذ ساختاري زئوليت ها تشکيل شوند. در صورتي که مقدار سديم مناسب باشد کاتاليست مورد نظر بدون انجام هيچ گونه مراحلي فعال شده و تنها افزايش دما سبب خواهد شد فعاليت کاتاليست تا حدودي کاهش يابد.

جعفري در پايان خاطرنشان کرد که براي فعال سازي کاتاليست هاي نانو ذرات طلا بر بعضي مواد پايه از جريان هيدروژن در دماي بالا به عنوان پيش عمليات استفاده مي شود که مي تواند نقش مهمي در بهبود عملکرد اجراي طرح براي کاهش آلودگي ناشي از انتشار گاز مونواکسيد کربن در محيط داشته باشد. اين طرح تحقيقاتي با راهنمايي دکتر حسن اصيليان و دکتر حسين کاظميان در دانشگاه تربيت مدرس انجام شده است و شايد راه جديدي را در حل مشکلات زيست محيطي باز کند.

منبع: روزنامه جام جم