Mühendisler, güneş ışığı ile ‘sonsuza kadar kimyasalları’ yok eden katalizörü geliştiriyor
şirketinde kimya mühendisleri pirinç üniversitesi tasarımlarını, dünyanın en sorunlu “sonsuza kadar kimyasal” kirleticilerinden biri olan PFOA’yı veya perflorooktanoik asidi hızla parçalayan ışıkla çalışan bir katalizör için geliştirdiler. Bu kirleticiler kolayca bozulmazlar ve çevrede oyalanma eğilimindedirler. Artan kanıtlar, PFOA’nın insan sağlığına zararlı olduğunu gösteriyor.
Michael Wong ve meslektaşları, 2020’de, kozmetikte yaygın olarak kullanılan ticari olarak temin edilebilen bir toz olan boron nitrürün, 254 nanometre dalga boyuna sahip ultraviyole ışığa yalnızca birkaç saat maruz kaldıktan sonra su numunelerindeki PFOA’nın %99’unu yok edebildiğine dair şaşırtıcı bir keşif yaptı.
Yeniden tasarlanan katalizör hakkında bir çalışmanın yazarı olan Wong, “Bu harikaydı, çünkü PFOA, yok edilmesi gerçekten zor olan, giderek daha sorunlu bir kirleticidir” dedi. Kimya Mühendisliği Dergisi. “Ama aynı zamanda idealden daha azdı çünkü bor nitrür kısa dalga UV ile aktive edildi ve atmosfer güneş ışığından gelen kısa dalga UV’nin neredeyse tamamını filtreledi. Bor nitrürün enerjiye erişme yeteneğini olabildiğince zorlamak istedik. güneş ışığının diğer dalga boylarından.”
PFOA, su geçirmez giysiler, gıda ambalajları ve diğer ürünler için kaplama yapmak üzere 20. yüzyılda geliştirilen bir bileşik ailesi olan en yaygın PFAS’lardan (perfloroalkil ve polifloroalkil maddeler) biridir. Wong, ekibinin kompozit fotokatalizörünün diğer PFAS’ları parçalamak için ne kadar iyi çalıştığını değerlendirdiğini söyledi.
Uzun dalga UV veya UV-A, yaklaşık 315-400 nanometre arasında değişen dalga boylarına sahiptir. Güneş yanıklarına ve güneş yanıklarına neden olan şeydir ve Dünya’ya ulaşan güneş ışığında bol miktarda bulunur. Bor nitrür bir yarı iletkendir ve UV-A tarafından aktive edilmez. Güneş kreminde yaygın olarak kullanılan 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.
Wong ve çalışma ortak yazarları Bo Wang, Lijie Duan ve Kimberly Heck, tek tek katalizörlerin en iyi özelliklerini birleştiren bir bor nitrür ve titanyum dioksit bileşimi oluşturmaya karar verdiler. Yeni çalışmalarında, UV-A ile güçlendirilmiş kompozitlerin, düz titanyum dioksit fotokatalizörlerinden yaklaşık 15 kat daha hızlı PFOA’yı yok ettiğini gösterdiler.
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. Ekip, doğal güneş ışığı altında plastik su şişeleri kullanılarak yapılan dış mekan deneylerinde, boron nitrit-titanyum dioksit kompozitlerinin deiyonize suda PFOA’nın yaklaşık %99’unu üç saatten daha kısa sürede bozabileceğini buldu. Tuzlu suda bu işlem yaklaşık dokuz saat sürdü.
Wong, boron nitrür ve kompozit katalizör teknolojilerinin dünyadaki endüstriyel ortakların dikkatini çektiğini söyledi. Nanoteknoloji Destekli Su Arıtımı için Nanosistem Mühendisliği Araştırma Merkezitarafından finanse edilen ABD Ulusal Bilim Vakfı Şebekeden bağımsız su arıtma sistemleri geliştirmek.
NSF’nin Mühendislik Müdürlüğü program direktörü Dana Denick, “Bu ekip, temiz içme suyuna erişimin sorun olmaya devam ettiği düşük kaynaklı veya şebeke dışı ortamlarda bile zararlı kirleticilerin sudan nasıl uzaklaştırılacağı konusundaki anlayışımızı ilerletiyor” dedi.