افزایش جذب گاز های سمی با استفاده از یک جاذب نانوساختار - مجله استخدام جدید

به گزارش گروه دانشگاه خبرنگاران، محققان دانشگاه آزاد قائمشهر توانستند با استفاده از ویژگی نانوساختاربودن ترکیبات فلز- آلی یا MOF و ساختار بسیار متخلخل آن ها و به کار بردن روش های پست سنتز کاربردی، عملکرد فعل و انفعالات جذب آمونیاک را بهبود بخشند.

احسان بینائیان دانشیار گروه مهندسی شیمی دانشگاه آزاد قائمشهر درباره اهداف این طرح پژوهشی گفت: آمونیاک یک گاز سمی و خورنده است که سلامت انسان و محیط زیست را تهدید می نماید. با توجه به سمیت و خورندگی آمونیاک، اقدامات حفاظتی پیشرفته لازم است. بنابراین، استفاده از روش ها و موادی که برای تشخیص و جداسازی آمونیاک حتی در غلظت های خیلی کم مؤثر باشند، لازم است.

وی ادامه داد: در واقع هدف از این طرح، ارزیابی عملکرد UiO-67 که یک ترکیب فلز- آلی است به عنوان یک بستر برای قراردادن فلز وکربوکسیلات به عنوان یک مکان فلزی آزاد به منظور بهبود عملکرد فعل و انفعالات جذب آمونیاک بوده است. MOF سنتزشده در این مقاله به خوبی و با اطمینان بالا در حوزه های مختلف محیط زیست برای جداسازی و حذف گاز های آلاینده با بازده بسیار بالا قابل استفاده است. این ترکیب با دارابودن خصوصیات اسیدی، قابلیت جذب و جداسازی انواع گاز های ترش مثل NH 3، H 2 S و SO 2 را دارد.

بینائیان گفت: بنابراین علاوه بر حوزه محیط زیست در بحث پالایش گاز و فرآیند های مرتبط با آن نیز قابل توسعه و استفاده است. بعلاوه، با تعویض نوع مکان های فلزی باز و ایجاد مکان آزاد با فلزات دیگر، امکان ورود به حوزه های فوتوکاتالیستی (کاربرد های محیط زیستی) و آبکافت به منظور فراوری هیدروژن و اکسیژن به راحتی امکان پذیر خواهد بود.

این محقق درباره این طرح شرح بیشتری داد و مطرح کرد: بعضی از انواع ترکیبات فلز- آلی، از ویژگی مناسب اسید لوئیس برای جذب گاز ها برخوردار نیستند. از طرفی، چون بسیاری از گاز های آلاینده مانند NH 3، H 2 S و SO 2 به شکل باز لوئیس و حاوی زوج الکترون آزاد هستند، با ایجاد مکان های فلزی آزاد در ساختار MOF به وسیله فرآیند پست سنتز، می توان ظرفیت جذب این MOF ها را افزایش داد.

وی اضافه نمود: در واقع در این تحقیق، با ایجاد یک سری دست کاری های کوچک با استفاده از اسید در هنگام سنتز چارچوب آلی فلزی UiO-67، یک نوع UiO-67 دارای فضای خالی با سطح بسیار بالاتر حاوی لینکر های ترکیب نشده ایجاد شد (UiO-67-vac) و سپس با یاری فرآیند پست سنتز، اگزالیک اسید و مس به شکل کربوکسیلات مس به عنوان یک فلز فعال به ساختار این MOF که حاوی گروه زیرکونیوم است وارد شد (UiO-67-ox-Cu). مس آزاد به خوبی ظرفیت جذب آمونیاک بر روی UiO-67 را افزایش داد.

بینائیان گفت: بعلاوه ماف تغییریافته ظرفیت بالایی در ذخیره گاز هیدروژن در شرایط متعارفی نشان داد. در واقع، گونه های تغییریافته UiO-67 توانایی بالاتری در ذخیره هیدروژن و جذب آمونیاک نشان دادند. ضمن اینکه هدف اصلی در این کار، بهبود توانایی این MOF در جذب آمونیاک بود. قابل ذکر است که در تحقیق جداگانه ای در همین برنامه، فلزات واسطه دیگر از جمله نیکل، کبالت، منگنز، آهن و مس با روش پست سنتز متفاوت به عنوان مکان های فلز باز به ساختار UiO-67 اعمال شده و به خوبی بازده جذب آمونیاک را افزایش دادند.

دانشیار گروه مهندسی شیمی دانشگاه آزاد قائمشهر توضیح داد: مواد جاذب سطحی در بسیاری از صنایع، هم به عنوان جداکننده و هم به عنوان پشتیبان کاتالیست به شدت مورداستفاده قرار می گیرند. اما کابرد MOF ها با توجه به ویژگی های منحصربه فرد آن ها مانند سطح و بلورینگی بسیار بالا، ویژگی های میکروحفره ای و حضور فلزات فعال در چارچوب آن ها، هم زمان در حوزه های جذب سطحی به عنوان جاذب، کاتالیست، فوتوکاتالیست، انرژی های نو و فراوری هیدروژن و اکسیژن، بعلاوه آند و کاتد در بخش انرژی های تجدیدپذیر، کاربرد های پزشکی مانند تصویربرداری پزشکی، مهندسی بافت، دارورسانی، حسگر های زیستی و ... به صورت روزافزون در حال افزایش است.

نویسنده مسئول این مقاله درباره بازار تجاری این محصول گفت: امروزه در سطح جهان، مراکز تحقیقاتی و صنعتی زیادی در حوزه سنتز مواد متخلخل و ماف ها به صورت تخصصی در حال فعالیت هستند؛ بنابراین این MOF ها به راحتی قابلیت تجاری شدن را دارند و به خصوص در حوزه محیط زیست و پالایش بسیار حائز اهمیت و حیاتی هستند. در بحث مقیاس سنتز، با توجه به تعداد بسیار زیاد آزمایش های اجرا شده (حدود 200 آزمون میزان گیری سطح)، حجم بالای مورجهانز از ترکیب ماف و حجم راکتور های استفاده شده، می توان فرآیند فراوری را در مقیاس تقریباً نیمه صنعتی یا پایلوت ذکر کرد.

بینائیان با اشاره به بازدهی بالای این روش اضافه نمود: در این طرح، با اعمال یک روش نسبتاً ساده پست سنتز (مناسب با نوع MOF به کاررفته) بر روی یک چارچوب آلی فلزی رایج، پیروز به اصلاح بازده MOF خالص شدیم که تقریباً 71% توانایی جذب گاز آمونیاک را افزایش داد. بعلاوه به علت اینکه عملیات پست سنتز نیازمند شرایط و تجهیزات پیچیده نبود، هزینه تمام شده مناسب این طرح نیز قابل ذکر است.

وی ادامه داد: افزایش ظرفیت جذب استاتیک گاز در مقایسه با بسیاری از MOF های معروف و پرکاربرد موجود و پایداری MOF سنتزشده و تکرارپذیری مناسب آن در جذب چندین بار گاز از ویژگی های شاخص این طرح پژوهشی است.

لازم به ذکر است؛ این مقاله در غالب یک برنامه پسا دکتری در مرکز تحقیقات مواد آموزشگاه علوم چین و دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه واترلو کانادا در مدت یک سال اجرا شده است. دکتر احسان بینائیان نویسنده مسئول این مقاله و دانشیار گروه مهندسی شیمی دانشگاه آزاد قائمشهر با همکاری پروفسور یونینگ لی استاد دانشگاه واترلو، دکتر حبیب الله طیبی دانشیار گروه شیمی نساجی دانشگاه آزاد قائمشهر و پروفسور داچیانگ یوان استاد آموزشگاه علوم چین پیروز به چاپ این مقاله شد.