تبدیل آب آلوده به کود و سوخت_صبح سریع

به نقل از آی‌ای، ایده تبدیل نیترات به آمونیاک چیز جدیدی نیست، اما انجام این فرایند به‌صورت کارآمد و مقرون‌به‌صرفه مدام چالشی جدی برای دانشمندان بوده است. مشکل مهم در این است که چطور می‌توان این تبدیل را هم با کمترین مواد جانبی ناخواسته یا به کلمه گزینش‌پذیری و هم با شدت بالا انجام داد.

تا پیش از این، کوششها زیاد تر بر منفعت گیری از مواد گران‌قیمت و فرآیندهای ساخت پیچیده برای بهبود کارکرد الکتروکاتالیست‌ها متمرکز می بود. اما به حرف های‌ پروفسور لیا وینتر (Lea Winter) از دانشگاه ییل، «هنگامی از مواد گران‌قیمت و راه حلهای سنتز پیچیده برای ساخت نانو ساختارهای دقیق منفعت گیری می‌کنید، هزینه‌ها سر به فلک می‌کشد، به‌اختصاصی اگر بخواهید این فرایند را در مقیاس بزرگ برای فاضلاب انجام دهید.»

دو نوآوری کلیدی

گروه محققان ییل به رهبری پروفسور وینتر، روشی دوگانه اراعه کرده که می‌تواند همه چیز را تحول دهد: روش اول این است که آن‌ها در سیستم خود از یک ماده خاص به ‌نام یونوفور (Ionophore) منفعت گیری کردند. این ماده همانند آهن‌ربا عمل می‌کند و نیتریت را که محصول جانبی ناخواسته‌ای است که در فرایند تبدیل نیترات به آمونیاک تشکیل می‌شود، در کنار خود نگه می‌دارد.

بدین ترتیب، نیتریت پیش از آن‌که داخل آب شود، زمان کافی دارد تا به آمونیاک تبدیل شود و مقدار آمونیاک قابل‌منفعت گیری به‌طور چشم‌گیری افزایش می‌یابد.

پژوهشگران می‌گویند: روش ما منفعت گیری از یونوفور می بود که نیتریت را نزدیک نگه می‌دارد و زمان تبدیل کامل به آمونیاک را فراهم می‌کند. این همان کلید دستیابی به گزینش‌پذیری بالای آمونیاک است.

نوآوری دوم، منفعت گیری از غشای الکتریکی است که به‌گفتن سکوی «تبدیل الکتروشیمیایی» عمل می‌کند. این غشاء از ترکیب مس (Copper) و نانولوله‌های کربنی ساخته شده و شدت تبدیل نیترات به آمونیاک را به‌شدت افزایش می‌دهد.

یقیناً این شدت بالا بعضی اوقات علتتولید بیشتر از حد نیتریت می‌شد. اما با ترکیب این غشاء با یونوفور، آن‌ها به‌طور هم‌زمان به دو مقصد رسیدند: شدت و گزینش‌پذیری بالا.

پروفسور وینتر توضیح می‌دهد: بخشی از چالش این می بود که چون غشاء زیاد سریع عمل می‌کرد، نیتریت بسیاری تشکیل می‌شد. اما وقتی‌که این غشاء را با یونوفور ترکیب کردیم، هم فعالیت بالایی به‌دست آوردیم و هم توانستیم گزینش‌پذیری آمونیاک را نگه داری کنیم بدون آن‌که یکی فدای فرد دیگر شود.

تبدیل نیترات به آمونیاک در ۶ ثانیه

نتیجه نهایی چشم‌گیر است: سیستم تازه دانشگاه ییل توانست نیترات را تنها در عرض «۶ ثانیه» به آمونیاک تبدیل کند که فرآیندی است که طبق معمول چند ساعت زمان می‌برد. این چنین این روش به نرخ تبدیل خیره‌کننده ۹۲ درصد برای تشکیل آمونیاک دست یافته است.

پژوهشگران حتی این فناوری را روی آب واقعی از یک دریاچه و یک تصفیه‌خانه فاضلاب آزمایش کردند و سیستم کارکرد پایداری در طول چند ساعت داشت که نشان‌دهنده کاربردی بودن آن در شرایط واقعی است.

آینده‌ای با آب پاک‌تر و سوخت پاک‌تر

با منفعت گیری از این فناوری تازه، پژوهشگران امیدوارند که بتوان آن را در مقیاس بزرگ برای فرآیندهای معمول تصفیه آب به‌کار برد. این دستاورد نه‌تنها به افت آلودگی آب پشتیبانی می‌کند، بلکه منبعی پایدار را برای تشکیل کود و سوخت نیز فراهم می‌کند.