Güneş Enerjisiyle Sudan İnsan Yapımı Boya Kirleticilerini Uzaklaştıran Malzeme

Swansea Üniversitesi’ndeki Enerji Güvenliği Araştırma Enstitüsü (ESRI) bilim adamları tarafından yeni bir kompozit malzeme geliştirildi ve bu da yılda yaklaşık 300,000 ton oranında sulara bırakılan çevreye zararlı sentetik boya kirleticilerinin bozunmasına yönelik bir katalizör olarak vaat ettiğini gösterdi .

Tehlikesiz olan bu yeni fotokatalitik malzeme, boya kirleticilerini sudan etkili bir şekilde giderir, boyanın %90’ından fazlasını adsorbe eder ve boya parçalanma oranını görünür ışığı kullanarak yaklaşık on kat arttırır.

Reaksiyon karışımını, yüksek basınçlarda, kapalı bir kap içinde ısıtarak kompozit, tantal nitrür küçük parçacıkları yüzeyinde tungsten oksit nanotelleri büyütmek suretiyle sentezlenir. İki malzeme bileşeninin küçüklüğü nedeniyle, bileşik boya yakalama için büyük bir yüzey alanı sağlar.

Malzeme daha sonra, ‘fotokatalitik bozunum’ olarak bilinen bir süreçte, güneş ışığından sağlanan enerjiyi kullanarak boyayı daha küçük, zararsız moleküllere dönüştürmeye devam ediyor. Zararlı boyaları kaldırdıktan sonra, katalizör temizlenmiş sudan filtrelenebilir ve tekrar kullanılabilir.

Boyaların fotokatalitik bozunması birkaç on yıl boyunca araştırılsa da, araştırmacılar sadece görece kısa bir süre önce, güneş yelpazesinin görülebilen kısmını emebilen, titanyum dioksit gibi diğer materyalleri geliştirdiler; bu materyaller güneş enerjisi kullanarak da boyaları parçalayabilirler, ancak daha yüksek enerjiyi, kızılötesi ışığı emdiği için verimliliği sınırlıdır. Daha geniş spektrum yelpazesinden yararlanarak, ESRI ekibi tarafından Swansea Üniversitesi ekibi tarafından kullanılan malzemeler, kirleticileri çok daha üstün bir oranda yok edebilir.

Tungsten oksit, güçlü ışık absorbsiyonuna ek olarak, yüksek elektrik iletkenliği, kimyasal stabilite ve yüzey aktivitesi nedeniyle bir dizi fotokatalitik uygulama için en umut verici malzemelerden biri olarak düşünülür. Düşük bant aralıklı bir yarıiletken olarak tantalum nitrür, görünür ışığın hemen hemen tamamını emme kabiliyeti nedeniyle kırmızıdır ve bu nedenle bozulma işlemlerine güç sağlamak için güneş ışığından yüksek miktarda enerji çıkarmaktadır.

Bununla birlikte, iki maddenin gerçek potansiyeli, ancak tek bir bileşime birleştirildiğinde gerçekleşti. İki materyal arasında elektron değişimi nedeniyle, tek başına tungsten oksitin boya bozunması mümkün olmadığı gösterilirken, çalışma sırasında kullanılan test boyası kompozit tarafından tantalum nitrür tarafından elde edilen oranın iki katı kadar parçalandı. Birçoğu hem insanlar hem de su canlıları için toksik olan diğer önde gelen fotokatalitik materyallerin aksine, kompozitin her iki kısmı da tehlikeli olmayan materyaller olarak sınıflandırılır.

Araştırmadan sorumlu bilim insanları, araştırmalarının maddenin potansiyelinin sadece bir numunesini oluşturduğuna inanıyorlar. Esri’den Dr Daniel Jones, “Bileşimimizin yeteneklerini göstermiş olduğumuza göre, sadece materyali daha da geliştirmek değil, aynı zamanda gerçek dünya uygulamaları için sentezi ölçeklendirmeye yönelik çalışmalara başlamayı hedefliyoruz” dedi. “Ayrıca hidrojen üretmek için suyun fotokatalizle ayrılması gibi diğer alanlarda da varlığını keşfediyoruz.”

Kaynak: materialsforengineering.co.uk