Araştırmacılar, Güneş Işığı ile “Sonsuz Kimyasalları” Yok Eden Katalizörü Geliştiriyor
Fotoğraf-1: Bor nitrür tabakaları (mavi ve gümüş kürelerin oluşturduğu kafes) ve titanyum dioksit nanopartikülleri (gri küreler) içeren bir kompozit malzemenin, PFOA’nın karbondioksit, flor ve minerallere parçalanmasını fotokatalize etmek için güneş ışığında uzun dalga ultraviyole enerjisini nasıl kullandığını gösteren resim. |M.S. Wong / Rice Üniversitesi
Rice Üniversitesi kimya mühendisleri, dünyanın en sorunlu “sonsuz kimyasal” kirleticilerinden biri olan PFOA’yı hızla parçalayan ve ışıkla çalışan bir katalizör için tasarımlarını geliştirdiler.
2020 yılında Michael Wong ve öğrencileri, kozmetik alanında yaygın olarak kullanılan ve ticari olarak temin edilebilen bir toz olan bor nitrürün, 254 nanometre dalga boyuna sahip ultraviyole ışığa maruz kaldığında sadece birkaç saat içinde su numunelerindeki PFOA’nın (perflorooktanoik asit) %99’unu yok edebileceğini şaşırtıcı bir şekilde keşfettiler.
Chemical Engineering Journal’da yeniden tasarlanan katalizörle ilgili çalışmanın yazarı olan Wong, “Bu harikaydı çünkü PFOA, yok edilmesi gerçekten zor olan giderek daha fazla sorun yaratan bir kirleticidir” dedi.
Uzun dalga UV veya UV-A, yaklaşık 315-400 nanometre arasında değişen dalga boylarına sahiptir. Güneş yanıklarına neden olan şey budur ve Dünya’ya ulaşan güneş ışığında bol miktarda bulunur. Bor nitrür bir yarı iletkendir ve UV-A tarafından aktive edilmez. Güneş koruyucusunda yaygın bir bileşen olan titanyum dioksit, UV-A tarafından aktive edilen bir yarı iletkendir ve hatta UV-A’ya maruz kaldığında çok yavaş da olsa PFOA’nın parçalanmasını katalize ettiği gösterilmiştir.
Bu yüzden Wong ve çalışma ortak yazarları Bo Wang, Lijie Duan ve Kimberly Heck, bireysel katalizörlerin en iyi özelliklerini birleştiren bir bor nitrür ve titanyum dioksit bileşimi oluşturmaya karar verdiler. Yeni çalışmalarında, UV-A ile güçlendirilmiş kompozitlerin PFOA’yı düz titanyum dioksit fotokatalizörlerinden yaklaşık 15 kat daha hızlı yok ettiğini gösterdiler.
Fotoğraf-2: Dünyanın en yaygın “sonsuz kimyasal” kirleticilerinden biri olan perflorooktanoik asitin (PFOA) moleküler yapısı.
Wong’un ekibi, fotoakım tepki ölçümlerini ve diğer verileri analiz ederek yarı iletken kompozitinin sudaki PFOA moleküllerini parçalamak için UV-A enerjisini nasıl topladığını öğrendi. Doğal güneş ışığı altında plastik su şişeleri kullanılarak yapılan dış mekan deneylerinde, bor nitrür-titanyum dioksit kompozitlerinin deiyonize sudaki PFOA’nın yaklaşık %99’unu üç saatten daha kısa sürede parçalayabildiğini buldular. Tuzlu suda ise bu işlem yaklaşık dokuz saat sürmüştür.
Kanıtlar PFOA’nın insan sağlığına zararlı olduğunu göstermektedir. Bazı ABD eyaletleri içme suyunda PFOA kontaminasyonuna sınırlar koymuştur ve Mart 2021’de Çevre Koruma Ajansı federal standartlar geliştirmeyi planladığını açıklamıştır.
PFOA, su geçirmez giysiler, gıda ambalajları ve diğer ürünler için kaplamalar yapmak üzere 20. yüzyılda geliştirilen bir bileşik ailesi olan en yaygın PFAS’lardan (perfloroalkil ve polifloroalkil maddeler) biridir. PFAS, kolayca bozulmadıkları için sonsuz kimyasallar olarak adlandırılmıştır. Wong, ekibinin kompozit fotokatalizörünün diğer PFAS’ları parçalamak için ne kadar iyi çalıştığını değerlendirdiğini söyledi.
Kaynak: phys.org
