محققان پژوهشگاه مواد و انرژی موفق به ساخت جاذب مونولیت کربنی با استفاده از کاتکول به عنوان پیش ماده رزین فنلیکی جهت جذب رنگهای آلی و مواد سمی محلول در آب شدند.

 مهران سجاد، دانشجوی ارشد مهندسی مواد پژوهشگاه مواد و انرژی و محقق طرح با اشاره به کاربرد جاذب مونولیت کربنی در تصفیه آب، گفت: با توجه به فرآیند سخت و پیچیده تصفیه آب و نیاز روزافزون جوامع به آب آشامیدنی سالم و تمیز، جذب رنگ­های آلی محلول در آب می­‌تواند یک گام موثر برای تحقق این هدف و پاسخی به نیاز جوامع انسانی باشد.

وی افزود: ساخت فرم مونولیت به منظور کاهش مشکلات ناشی از جاذب­های پودری و حذف آلاینده­‌های رنگی و سمی در طرح حاضر به عنوان دو هدف عمده در نظر گرفته شد.

سجاد با اشاره به مزیتهای این نوع جاذب گفت: یکی از مهمترین مزیتهای این جاذب نسبت به جاذبهای مشابه آن، این است که جاذبهای قبلی بصورت پودر هستند، درحالیکه این جاذب بصورت قطعه است و پس از تصفیه به راحتی امکان جداسازی دارد.

وی با اشاره به دیگر مزیت این جاذب اظهار کرد: ما برای نخستین بار در جهان، از پیش ماده کاتکول برای در سنتز این جاذب استفاده کردیم و با ابداع روشی جدید، محصولی با فرم مونولیت پایدار حاصل شد.

سجاد همچنین خاطر نشان کرد: راندمان این محصول با مصرف انرژی و هزینه کمتر، بسیار بالاتر از محصولات مشابه قبلی آن است.

مجری این طرح افزود: جذب ناخالصی‌­های آب که به صورت محلول (و نه مخلوط) بوده، نیازمند تولید و استفاده از جاذب­هایی با کارآیی بالا است و نیز توانایی بازیابی مجدد آسان، باعث افزایش راندمان و تسریع فرآیند می‌شود.

وی با اشاره به روند ساخت این فرم گفت: در این پژوهش با استفاده از ترکیبات دی و تری هیدروکسی بنزن­ها به همراه فرمالدهید، رزین فنلیک­های مختلف سنتز شدند. سپس این پلی­مرها توسط مکانیزم خودآرایی با سورفکتنت­های متنوع مخلوط شدند و قالب نرمی تشکیل دادند. به دلیل برتری­‌های نسبی قالب نرم نسبت به قالب سخت، از این روش استفاده شد.

وی ادامه داد: در مرحله پخت، دو روش هیدروترمال در کنار کاتالیست پاراتولوئن سولفونیک اسید و روش استفاده از اسید آمینه لیزین به عنوان کاتالیست سازگار با محیط زیست، به عنوان دو روش اصلی در نظر گرفته شدند. در هنگام پخت، پلی­مر یک شبکه سه بعدی همراه با پیوندهای عرضی تشکیل می­‌دهد که نتیجه آن ساختاری متخلخل دارای تخلخل­‌های در محدوده وسیع بود.

سجاد افزود: در این سنتزها از جایگزینی سورفکتنت­های جدید مانند گناپول به جای قالب­های متداول استفاده شد. پس از پخت، پلیمرهای بدست آمده جهت خروج الیگومرهای اضافی و سورفکتنت، بوسیله آب جوش شستشو داده شدند و سپس این قطعات تحت عملیات حرارتی در کوره اتمسفر کنترل قرار گرفتند که منتهی به کربونیزاسیون آنها شد.

این پژوهشگر تصریح کرد: در حین کربونیزاسیون، سورفکتنت که نقش قالب را نیز بازی می­‌کرد، حذف شد و به جای آن تخلخل­‌هایی برجای ماند. پس از کربونیزاسیون، فرآیند فعالسازی با بخار آب انجام شد که افزایش سطح کربن حاصل را سبب شد. با استفاده از طیف سنجی مرئی- ماورای بنفش قدرت جذب مونولیت­های کربنی بدست آمد و نیز سینتیک رفتار جذب آنها مورد بررسی قرار گرفت.

وی افزود: برای بررسی مورفولوژی محصولات از میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری استفاده شد. از تست تعیین سطح ویژه نیز بهره گرفته شد. در گام بعدی و فراتر از اهداف اولیه پروژه حاضر، کارآیی جاذب­های مونولیتی در بررسی جذب مواد آلاینده بنزن، تولوئن و زایلن محلول در آب بوسیله آنالیز کروماتوگرافی مایع با کارآیی بالا صورت گرفت.

وی ادامه داد: نتایج حاصل مؤید نگرش اولیه در مورد ارزیابی کارآیی جاذب توسط مواد رنگی بوده و برای حذف آلاینده­‌های BTX به عنوان شاخص آلاینده­‌های ارگانیک نیز نتایج رضایت بخشی بدست داد. حذف آلاینده رنگی متیلن بلو به میزان 78 درصد و آلاینده­‌های BTX به میزان به ترتیب 5/86 درصد، 4/85 درصد و 4/81 درصد از محلول­هایی با غلظت ppm20 بنزن، تولوئن و زایلن توسط جاذب­های تهیه شده با کاتکول بدست آمد و سایر رنگهای آبی محلول در آب شامل متیل رد- رودامین B – متیل اورانژ و ... نیز مورد بررسی قرار گرفتند که منتج به گزارش نتایج مطلوبی شدند.

سجاد خاطر نشان کرد: نتایج تحقیق حاضر در راستای بهینه سازی تشکیل قطعاتی با استحکام قابل قبول و با استفاده از پیش ماده­‌ها، روش­ها و کاتالیست­های مختلف نشان داد که جاذب­های بدست آمده با دو پیش ماده رزورسینول و کاتکول و با استفاده از دو روش اصلی ذکر شده و کاتالیست­های مربوط به آنها در قیاس با ترکیبات فنلی دیگر با نسبت 2/1 فنل به فرمالدهید کارآیی بهتری دارند.

وی گفت: کاربرد کاتکول به عنوان پیش ماده در این تحقیق برای نخستین بار گزارش شده و در مقایسه با پیش ماده­‌های متداول نتایج به مراتب بهتری (ضریب رنگ­بری 34 درصد بیشتر) حاصل شد.

مقاله این طرح که با راهنمایی دکتر محمود کاظم زاد و مهندس آذرمیدخت حسین نیا در پژوهشگاه مواد وانرژی انجام شده، در مجله Functional Materials Letters به چاپ رسیده است.