تحويل صوف الأغنام إلى محفزات ضوئية مبتكرة لتنقية المياه والهواء

نجح علماء من معهد بوريسكوف للتحفيز بالتعاون مع جامعة إيفانوفو الحكومية في تطوير تقنية جديدة لإنتاج محفزات ضوئية متقدمة باستخدام صوف الأغنام كمكون أساسي في التصنيع. يعتمد الابتكار على استخدام ثاني أكسيد التيتانيوم المعروف بقدرته على تنقية المياه والهواء من الملوثات العضوية. وقد تم نشر نتائج هذه الدراسة في مجلة علمية متخصصة في علوم المواد.

تحديات استخدام ثاني أكسيد التيتانيوم

يعتبر ثاني أكسيد التيتانيوم مادة شائعة في أنظمة التنقية البيئية، لكنه يواجه عائقًا كبيرًا يتمثل في كفاءته المحدودة تحت الأشعة فوق البنفسجية فقط. تمثل الأشعة فوق البنفسجية جزءًا ضئيلًا من ضوء الشمس، بينما يشكل الضوء المرئي نحو 45% من الطيف الشمسي، مما يدفع العلماء لتطوير مواد تعمل بكفاءة في نطاق الضوء المرئي.

استغلال صوف الأغنام كحافز بيولوجي

لحل هذه المشكلة، اعتمد الباحثون على مبدأ المحاكاة الحيوية، حيث تم استخدام ألياف صوف الأغنام كنموذج بيولوجي لخلق المادة الجديدة. تم تنفيذ العملية عبر عدة خطوات: أولاً، تمت معالجة الألياف بمحلول يحتوي على مركبات التيتانيوم، ثم تمت المعالجة عند درجة حرارة 115 درجة مئوية، وتلاها تسخين المادة حتى 600 درجة مئوية. خلال هذه المرحلة الحرارية، احترق صوف الأغنام بالكامل، لكن العناصر المتواجدة فيه تجمعت في بنية ثاني أكسيد التيتانيوم، مما أدى إلى تكوين شوائب وبنية ميكروسكوبية محسّنة.

إنشاء نانوبلورات نشطة

أسفرت العملية عن إنتاج بلورات نانوية من ثاني أكسيد التيتانيوم يصل حجمها ما بين 15 إلى 20 نانومتر. وبدلاً من اللون الأبيض المعتاد للمادة، اكتسبت هذه النتيجة الجديدة لونًا كريميًا، مما يشير إلى قدرتها على امتصاص الضوء في نطاق الطيف المرئي. وبالتالي، يمكن للمادة الجديدة تحليل الملوثات العضوية ليس فقط تحت الأشعة فوق البنفسجية، ولكن أيضًا تحت الإضاءة العادية.

تطبيقات محتملة في مختلف المجالات

يتوقع العلماء أن يكون لهذه المحفزات الضوئية استخدامات متعددة، تشمل: أنظمة تنقية الهواء في المستشفيات، المنشآت الصناعية الملوثة، معالجة مياه الصرف الصناعي التي تحتوي على ألوان ومواد دوائية.

خطط لتطوير طلاءات ذاتية التنظيف

في المرحلة المقبلة، يعتزم فريق البحث تطوير طلاءات ذاتية التنظيف تعتمد على هذه المادة الجديدة. ويؤكد الباحثون أن استخدام موارد متجددة مثل صوف الأغنام، بجانب اعتماد عملية تصنيع بسيطة، يجعل هذه التقنية قابلة للتوسع وتتماشى مع مبادئ التنمية المستدامة.