تصفیه آب
امروزه آلودگی محیط زیست از جمله آب، هوا و خاک به طور فزاینده ای به یک مشکل جدی تبدیل شده است. از سال 1970 گزارش های بسیاری با هدف استفاده از فوتوکاتالیست TiO2 برای از بین بردن آلودگی ها وجود داشته است. با این حال عمل تصفیه که فضای سه بعدی لازم دارد به دو دلیل سخت تر از سطح دو بعدی مصالح ساختمانی است، یکی اینکه واکنش های فوتوکاتالیست واکنش های سطح هستند و در نتیجه واکنش دهنده باید با سطح فوتوکاتالیست درگیر شود و دیگر اینکه کل مقدار واکنش دهنده به طور کلی در فضای سه بعدی نسبت به دو بعد بیشتر است و برای تصفیه فضای سه بعدی انرژی نور بیشتری نیاز است. دانشمندان در زمینه ی تصفیه ی آب اصول بی شماری ایجاد کرده اند و در مطالعات مختلف سیستم ها، به خوبی آگاه هستند که پودر فوتوکاتالیست TiO2 باید در یک سوسپانسیون مایع پراکنده شود و بعد از فرایند تخریبی مواد آلوده توسط تابش نور uv پودر به صورت سوسپانسیون از آب جدا می گردد.
این سیستم ها به سختی کنترل می شوند و استفاده از فیلترها و دیگر روش ها به علت وجود ذرات نانو فلزی TiO2 نامؤثر بوده و هزینه های بالایی در پی دارند. در این زمان راکتورهایی طراحی شد که TiO2 بر روی سطح شیشه ها، سرامیک ها یا فلزات تثبیت می گردد. در حال حاضر علاقه ی زیادی به گسترش و بهبود راکتورهای بستر ثابت فیلم نازک (thin-film-fix-bed) وجود دارد، در این راکتورها فاضلاب صنعتی از روی مواد پوشش داده شده با TiO2 عبور داده می شود. به عبارت دیگر ما می توانیم به جای اینکه فضای سه بعدی مثل آب یا هوا را داشته باشیم، اجسام موجود را در یک سطح دوبعدی همانند جسمی که از تجزیه شدن در مصالح ساختمانی به وجود می آید به کار ببریم. برای از بین بردن آلودگی ها در آب به فوتوکاتالیست غیرمتحرک TiO2 و منبع uv که می تواند از خورشید یا لامپ های مصنوعی تهیه شود نیاز است، بنابراین هزینه های آن می تواند از سایر روش های اکسایش پیشرفته uv/H2O2، uv/O3 و فوتون کمتر باشد و به دلیل اینکه هیچ حد واسطی برای فرایند از بین بردن آلودگی وجود ندارد می توانند برای تمیزکردن آب محیط و حتی آشامیدنی به کار روند.
تصفیه هوا
اکسایش فوتوکاتالیستی، آلودگی هوا را تجزیه و برطرف می کند. با استفاده از راکتورها حاوی TiO2 می توان مواد آلی را اکسید و به آب و دی اکسید کربن و مواد اولیه ی خود تبدیل کرد. این راکتورها در دمای اتاق و با فشار ناچیز عمل می کنند، بنابراین می توانند برای سیستم ها در هر شرایط هوایی و تهویه استفاده شوند. فیلتر این راکتورها که حاوی TiO2و پودر جاذب کربن فعال برای جذب کردن گازهای موجود در هوا می باشند. این فیلتر می تواند برای تمیزکردن هوا، بی بو کردن فضا و در نهایت برای تصفیه هوا در یخچال و آشپزخانه به کار رود.
اصلاح آب برای سیستم های کشت هیدروپونیک (رشد و نمو گیاهان در آب مغذی برای تقویت آن)
در کشت های هیدروپونیک به علت وجود مواد آلی و نیتروژن و فسفر زیاد در آب این محیط، امکان وارد نمودن آب به فاضلاب وجود ندارد و بایستی این آب تصفیه شود. اما از آنجایی که نیتروژن و فسفر این آب در صورت بازیابی برای استفاده مجدد مفید می باشد، امروزه روش تصفیه فوتوکاتالیستی سیستم های کشت هیدروپونیک رایج شده است. فاضلاب از سیستم کشت هیدروپونیک گوجه فرنگی که در آن صفحات متخلخل سرامیکی پوشش داده شده با نانوذرات فوتوکاتالیست TiO2مورد استفاده قرار گرفته است عبور داده شد. آلاینده های آلی موجود در فاضلاب به راحتی در زیر نور خورشید تجزیه می شوند اما ترکیبات مغذی شامل نیتروژن، فسفر و پتاسیم این طور نیستند و از بین نمی روند، زیرا این ترکیبات بیشتر به شکل اکسیدهای خود حضور دارند. انتظار می رود که این سیستم ها به عنوان یک فناوری ذخیره سازی مواد غذایی به کار روند.
از بین بردن ترکیبات آلی کلردار فرار(VCOC) از خاک
ترکیبات آلی کلردار فرار مانند تری کلرواتیلن و تتراکلرواتیلن برای تمیز کردن لباس ها، بدون استفاده از آب و مواد شوینده (خشک شویی) و شستشوی نیمه هادی ها استفاده می شود. ورود این مواد به محیط باعث آلودگی خاک و آب های زیرزمینی می شوند. این نوع از آلودگی ها از مشکلات جدی محیط زیست هستند چون این مواد شیمیایی سمی و سرطان زا هستند. رایج ترین روش برای از بین بردن این آلودگی ها جایگزینی خاک با خاک تمیز و یا حرارت دادن خاک به منظور خروج VCOCS به هوا می باشد واضح است که این رو ش ها واقعا محیط زیست را خالص نمی کنند. محققان ورقه های فوتوکاتالیستی را برای خالص سازی خاک های آلوده طراحی کرده اند که آ نها را بر روی زمین قرار داده و با استفاده از نور خورشید همانطور که در شکل 6 نشان داده شده، این فرایند را انجام می دهند.
خاک آلوده شده به وسیله ی ورقه ای دوجداره که شامل هم پودر TiO2هم پودر جاذب کربن فعال است، پوشش داده می شود. سپس خاک پوشش داده شده با کلسیم کلرید مخلوط شده و گرم می شود، گازهای آلاینده ی تبخیرشده توسط کربن فعال به دام می افتد TiO2در این صفحات با واکنش های فوتوکاتالیستی به طور کامل آلودگی ها را تجزیه می کند. محققان اثربخشی این روش را برای یک محیط واقعا آلوده امتحان کرده و تأیید شده که VCOCS بعد از چند هفته به ترکیبات بی ضرر تبدیل شده اند. این روش می تواند یکی از فناوری های تصفیه واقعی محیط زیست باشد.
بهره وری تبخیر آب از سطوح آب دوست
افزایش سریع جذب انرژی خورشیدی، به علت افزایش پوشش های سطح زمین توسط ساختارهای مصنوعی مانند ساختمان ها و جاده های آسفالت شده صورت می گیرد و افزایش در مصرف انرژی به علت انتشار حرارت از ترافیک اتومبیل ها و تهویه ی مطبوع در شهرهای بزرگ باعث افزایش درجه ی حرارت می شود، که به این پدیده جزیره ی گرمایی می گویند. روش مؤثر برای جلوگیری از پدیده ی جزیره ی گرمایی احداث مناطق سرسبز و یا مناطق آبی است. بنابراین کشت گیاهان روی پشت بام و یا ساخت دریاچه ی مصنوعی و یا باتلاق ها در حال حاضر در دست اقدام است. با این حال نمی توان زمینه هایی مثل احداث مناطق سرسبز یا سطوح آبی را به دلیل ارزش بالای زمین در مناطق شهری به راحتی دست آورد. محققان برای نگه داشتن آب بر روی سطح یک روش پیشنهاد کرده اند که در آن آب به صورت مداوم بر روی سطح ساختمانی که با فوتوکاتالیست TiO2 پوشانده شده است، عبور داده می شود. این سطوح با TiO2فوق آبدوست پوشش داده شده می تواند یک فیلم نازک 0.1 mm از آب را بر روی سطح خود نگه دارد و سطح ساختمان ها می تواند همانند یک دریاچه عمل کند.
این نکته مهم تأکید می کند که ساختمان ها و محیط اطراف، خود به خود با آب سرد نمی شوند بلکه جریان نهان تبخیر آب باعث کاهش دمای محیط می شود. آب برای تبخیر شدن از سطح احتیاج به گرما دارد و این گرما را از محیط می گیرد. لایه ی نازک آب به طور مؤثر دمای سطح ساختمان و دمای هوا را کاهش می دهد که مقدار شار نهان گرما برای خنک کردن فیلم نازک آب کاهش می یابد. از طرف دیگر سطوح مرطوب به راحتی کپک میزنند اما از آنجایی که فوتوکاتالیست TiO2علاوه بر خاصیت آب دوستی، فعالیت ضد باکتریایی هم دارد، بنابراین در اینجا سطوح مشکلی ایجاد نمی کند. نتیجه خنک شدن ساختمان کاهش میزان مصرف برق برای هوای مطبوع می باشد. محققان این اثرات کمی را بر روی یک خانه و ساختمان واقعی اندازه گرفته اند و مشاهده کردند که مقدار برق مصرف شده تا چند ده درصد کاهش پیدا کرده است. بنابراین پوشش TiO2 همچنین می تواند به توسعه ی فناوری صرفه جویی انرژی کمک کند.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
