فوم گرافن برای حذف فلزات سنگین از آب شهری

برخی از آلاینده های آب شهری مانند جلبک ها و ذرات و پلاستیک های رودخانه، دریاچه و محیط های دریایی به طور مستقیم در آب دیده می شوند. اما بسیاری از آلاینده ها با چشم دیده نمی شوند که به لحاظ خسارات و آسیب هایی که به سلامتی و تاسیسات وارد می کنند، بسیار خطرناک تر هستند. در میان این آلاینده های غیر قابل دیدن یون های اورانیوم دارای خطر زیادی هستند. وارد شدن یون ها و عناصر آلاینده حاصل از عملیات کشف معادن یا محل های دفع زباله های هسته ای به آب های زیر زمینی باعث شده است کلیه منابع آبی در سراسر جهان دارای آلاینده های خطرناکی باشند.

در ایالات متحده آمریکا بسیاری از نواحی در معرض آلاینده اورانیوم هستند، که شامل سفره های زیر زمینی و دره مرکزی می شود و توسط آن آب آشامیدنی 6 میلیون نفر از مردم این مناطق تامین می شود. این آلودگی ها در آب خطر زیادی را برای جانداران و محیط زیست دارد. وجود اورانیوم حتی در مقدار کم نیز برای سلامتی انسان خطرناک می باشد. 

طبق تحقیقاتی که در دانشگاه MIT انجام شده است، یک تیم پژوهشی روش بسیار موثری را برای حذف اورانیوم از آب آشامیدنی کشف کرده اند. در این روش با اعمال بار الکتریکی به فوم گرافن اکسید، محققان توانسته اند اورانیوم را در محلول جذب کنند و به صورت کریستال جامد متراکم رسوب می کند. فوم می تواند تا 7 مرتبه بدون از دست دادن بار الکترو شیمی که دارد مورد استفاده مجدد قرار گیرد. 

یکی از محققان این پژوهش می گوید: در طی چند ساعت این روش می تواند مقدار زیادی آب آشامیدنی را به اندازه زیر حد EPA برای اورانیوم تصفیه کند.

فوم گرافن چه فلزاتی را از آب حذف می کند؟

این پروژه از سه سال پیش که به عنوان تلاشی برای یافتن رویکردهای بهتر برای پاکسازی محیط زیست از فلزات سنگین می باشد آغاز شده است. تا به امروز روش های حذف فلزاتی مانند کروم، کادمیوم، آرسنیک، سرب، جیوه، رادیوم و اورانیوم محدود و بسیار گران بوده است. این روش ها به مواد آلی موجود در آب بسیار حساس می باشند و در تفکیک آلاینده های فلزی ضعیف هستند. بنابر این حذف فلزات سنگین با استفاده از روش های قدیمی هزینه بالایی دارد و باعث تولید لجن سمی در انتها می شود.

برای تیم تحقیقاتی دانشگاه MIT حذف اورانیوم به عنوان هدف فیلتراسیون جالب به نظر رسیده بود. آزمایش های میدانی سرویس زمین شناسی و آژانس حفاظت از محیط زیست (EPA) سطوح ناسالم اورانیوم را در سفره های آب زیر زمینی نشان می دهد. این آلاینده ها در بسیاری از کشورهای دیگر نیز در آب یافت شده است. تعداد زیادی از بررسی ها نشان می دهند، که غلظت اورانیوم نزدیک یا بالاتر از حداکثر توصیه شده توسط EPA (30 ppb) می باشد، سطحی که باعث آسیب جدی به کلیه شده و خطر ابتلا به سرطان و تغییرات عصبی رفتار در انسان را افزایش می دهد.

چالش اصلی یافتن فرایندی اصلاحی است، که منحصرا به اورانیوم حساس باشد و قادر به استخراج آن بدون تولید بقایای سمی باشد. در حالی که تحقیقات قبلی نشان می داد، فیبر کربن دارای بار الکتریکی می تواند اورانیوم را از آب حذف کند، نتایج مبهم و جزئی داشتند. دانشمندی به نام wang موفق شد این مشکلات را بر مبنای تحقیقات خود در مورد رفتار فوم گرافن مورد استفاده در باتری های لیتیوم گوگرد برطرف کند. عملکرد فیزیکی این فوم به دلیل توانایی آن در جذب گونه های شیمیایی خاص به سطح آن بی نظیر می باشد. یون های جذب شده فوم گرافون می توانند در حذف اورانیوم موفق عمل کنند.

استفاده از فوم گرافن روشی ساده، تمیز و موثر در حذف فلزات سنگین

گروه تحقیقاتی دانشگاه MIT بعد از سه سال کار بر روی این پروژه موفق شدند فوم گرافن را به آهنربای آورانیوم تبدیل کنند. آنها فهمیدند با ارسال یک بار الکتریکی از طریق فوم، تقسیم آب و آزاد سازی هیدروژن می توانند PH محلی را افزایش داده و باعث تغییر شیمیایی شوند، که یون های اورانیوم را از آب خارج می کند. محققات دریافتند، اورانیوم خود ار به سطح فوم پیوند می دهد، جایی که هیدروکسید اورانیوم کریستالی را که قبلا دیده نشده بود تشکیل می دهد. در بار الکتریکی معکوس، ماده معدنی شبیه فلس ماهی به راحتی از فوم خارج می شود. 

بعد از صدها بار تلاش، ترکیب شیمیایی و الکترولیز به درستی انجام شد. همچنان نیز گروه های شیمیایی عملکرد در حال تغییر هستند تا به درستی کار کنند. فوم در ابتدا کاملا شکننده بود و تمایل به شکسته شدن به قطعات مختلف را داشت، بنابر این نیاز بود تا قوی تر و با دوام تر شود.

فرایند تصفیه اورانیوم ساده، کارآمد و تمیز می باشد. طبق گفته Li: در هر بار استفاده، فوم می تواند تا چهار برابر وزن خود اورانیوم را جذب کند و می توانیم به ظرفیت استخراج 4000 میلی گرم در هر گرم برسیم که پیشرفت قابل توجهی نسبت به دیگر روش های حذف اورانیوم می باشد. علاوه بر این فوم می تواند هفت مرتبه بدون از دست دادن کارایی خود اورانیوم را استخراج کند.

فوم گرافن در آب دریا نیز عمل می کند، جایی که غلظت اورانیوم را از 3 میلیون به 19.9 ppb کاهش می دهد. این فرایند نشان می دهد، یون های دیگر موجود در آب شور با فیلتراسیون تداخلی ندارند. این دستگاه استخراج مقدار زیادی اورانیوم را انجام می دهد، که بسیار قابل توجه می باشد.

محققان در حال حاضر بررسی کاربردهای وسیعی از روش خود را آغاز کرده اند. برای این کار یک روش وجود دارد، بنابر این می توانیم فیلترهایی برای انتخاب فلزات سنگین دیگر مانند سرب، جیوه و کادمیوم را تغییر دهیم.

بازار آنلاین تصفیه آب آبین به عنوان یکی از فروشگاه های آنلاین تجهیزات آبی در ایران، آماده پاسخگویی به سوالات شما عزیزان در رابطه با سیستم های تصفیه آب و تجهیزات و لوازم جانبی آنها می باشد. برای استفاده از فرصت مشاوره رایگان مجموعه با کارشناسان ما از طریق تماس تلفنی در ارتباط باشید.