عرضه سامانه خالص سازی هوا برای مقابله با ویروس کرونا - وبلاگ گیتلب

به گزارش وبلاگ گیتلب، محققان دانشگاه الزهرا سامانه ای برای خالص سازی هوا بر اثر فوتوکاتالیستی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم عرضه کردند که قادر به از بین بردن خانواده ویروس کرونا است.

به گزارش وبلاگ گیتلب، دکتر عزیزالله شفیع خانی، استاد فیزیک و عضو هیات علمی و پژوهشگر آزمایشگاه کربن دانشکده فیزیک دانشگاه الزهرا پیروز به ساخت سامانه خالص سازی هوا بر اثر فوتوکاتالیستی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم شد. این سامانه دارای چهار بخش دمنده، یون ساز کمکی، هسته نانوساختاری و مدار الکترونیکی شامل پنل کنترل، مدار یون ساز و ترانس ها، لامپ فرابنفش است.

از ویژگی ها و مزایای اصلی این سامانه می توان به آنتی باکتریال و آنتی ویروسی محیطی، طول عمر بیشتر هسته اصلی سامانه، خاصیت خود تمیز شوندگی سطوح هسته، خاصیت آبگریزی سطوح هسته، راندمان بالاتر نسبت به موارد مشابه، کاهش دهنده آلاینده های محیطی VOC از جمله HN3 (آمونیاک)، NOX (ناکس)، CO2 (دی اکسید کربن) و آرماتیک ها و قابل استفاده در محیط های مسکونی، آزمایشگاه ها، بیمارستان ها و صنعت بدون هیچ گونه عوارض جانبی اشاره نمود.

شفیع خانی در تشریح جزئیات بیشتر این سامانه، گفت: ویروس خانواده کروناویروس ساختمان مشابهی دارند و همگی دارای یک غشای لیپیدی بسیار نازک هستند. در زیر این غشا دارای تعداد بی شماری پروتون آزاد (H+) ناشی از ترکیبات بیوشیمی درون سلولی هستند.

وی اضافه نمود: اگر بتوان به روشی این پروتون ها را از غشای ویروس خارج کرد، باعث به هم خوردن توازن آن شده و غشاء شکاف برداشته و RNA منفجر می گردد (تصویر ذیل). اندازه پروتون ها در حدود یک فرمی (6 تا 10 نانومتر) است که می توان با کمترین نیروی کولمبی آن را جذب و از غشا خارج کرد. بر همین اساس حال باید به روش و مکانیزمی بار الکتریکی منفی در مجاورت این ویروس ها ایجاد کرد. پس از جذب رادیکال با بار الکتریکی منفی توسط غشاء، بر اثر نیروی کولمبی، به سادگی بار مثبت و یا همان پروتون زیر غشای لیپیدی جذب می گردد.

این استاد فیزیک دانشگاه الزهرا ادامه داد: برای این منظور بر اساس مطالعات چندین ساله اجرا شده و نتایج پژوهش من در مقاله چاپ شده در Scientific Reports Nature, 2019, Vol. 9, 16648 می توان از اثر فوتوکاتالیستی دی اکسید تیتانیوم به عنوان یک نیمه هادی با گاف انرژی حدود 3.2 eV که به روش ویژه ای با ساختار کریستالی anatas بر روی مش های آلومینیومی در یک فرآیند چند مرحله ای ساخته می شوند، استفاده کرد.

وی با بیان اینکه پس از سنتز این ساختار، بر اثر تابش فوتون های فرابنفش به این لایه ها یک الکترون و یک حفره به ترتیب در باند راهنمایی و باند والانس ایجاد می گردد، خاطر نشان کرد: از آنجا که در محیط اطراف همیشه مولکول آب وجود دارد، الکترون ها در محیط واکنش احیا و حفره ها واکنش اکسایش انجام می دهند. در نتیجه در این زنجیره واکنشی، رادیکال های هیدرواکسیل و سوپراکسیل فراوری شده نقش بار منفی را بازی نموده و در مدت زمان کمتر از پیکوثانیه باعث نابودی ویروس می شوند و خاتمه فرآیند مولکول آب اولیه مورد استفاده قرارگرفته و در نهایت به آب و یا هیدروژن و اکسیژن تبدیل می گردد.

عضو هیئت علمی دانشگاه الزهرا در ادامه با بیان اینکه یک پرسش مهم آن است که چرا ماده فوتوکاتالیست نسبت به موادی مانند کلر، واکنش پذیری بیشتری دارد؟ شرح داد: در پاسخ این پرسش باید گفت که مواد فوتوکاتالیست قدرتمندترین ابزار در فرآیند اکسایش هستند که این توانمندی در فراوری رادیکال های OH- (هیدرواکسیل) نهفته است. آنها می توانند چند میلیون بار آهنگ واکنش را بیش تر تسریع نمایند. این واکنش بر مبنای تبدیل حالت شیمیایی عناصر از حالت پایه به ترازهای بالاتر است.

شفیع خانی ادامه داد: در حالتی که مولکول و یا اتم در حالت برانگیخته توان ترکیب شیمیایی بیشتری دارند، بدین ترتیب قدرت واکنش با مولکول ها طی چند مرحله در ترازهای بالاتر به محصولات اکسیدی تبدیل می شوند. رادیکال ها یکی از عوامل قدرتمند در فرآیند اکسایش هستند و نسبت به کلر Cl، فلور F و ید I پتانسیل خیلی بیشتری دارند.

وی یادآور شد: تا به امروز آزمایش های بسیاری با برخی از میکروارگانیزم هایی هم چون E-coli، مواد آلی هم چون Methyl Orange و ترکیبات آلی مانند بنزن، دی اکسید کربن و اتانول نتایج بسیار بالاتر از حد انتظار را به همراه داشته است.

به گزارش وبلاگ گیتلب، پیشتر نیز این استاد دانشگاه الزهرا پیروز به طراحی و ساخت دستگاه خالص ساز هوا بر مبنای نانو ذرات و طراحی، ساخت دستگاه منحصر به فرد لیزر دی اکسید کربن در آزمایشگاه های این دانشگاه شده است.