Hamshahri corpus document

DOC ID : H-781221-47615S1

Date of Document: 2000-03-11

فتوكاتاليستها در كنترل آلودگي هواي تهران چه نقشي؟ دارند اشاره; آلودگي هواي تهران، همه قشرهاي جامعه را بر آن داشته است به سهم خود، پيشنهادها و راه كارهايي براي رفع اين مشكل اساسي ارائه كنند. به طور قطع ديدگاه ها و نظريات فرهيختگان دانشگاهي در اين ميان، از بقيه اقشار جامعه مهم تر و كاربردي تر خواهد آن بود چه در پي مي آيد پژوهشي است كه توسط آقايان تورج محمدي، سيد مهبد مهدي بصير و افشين پاك از دانشكده مهندسي شيمي دانشگاه علم و صنعت ايران انجام شده است. يكي از مهمترين مسائلي كه امروزه بشر با آن مواجه است مسئله آلودگي هواست. چرا در اين زمان بايد نگران آلودگي هوا؟ باشيم انسان در قرنهاي گذشته، در جوي مملو از گرد و غبار; گاز متان حاصل از مواد فسادپذير مانند بقاياي موجودات زنده و باتلاقها و نيز ساير تركيبات هيدروكربن كه به وسيله درختان جنگلي منتشر مي شده، زندگي مي كرده است. در حال حاضر، نگراني جامعه به علت آن است كه شهرنشيني و صنعتي شدن موجب شده است كه جمعيت زيادي در مناطق كوچك در كنار يكديگر متمركز شوند. غلظت آلوده كننده ها به حدي رسيده است كه باعث ايجاد اثرات بر روي گياهان، حيوانات و انسانها مي شود. صنعتي شدن ما، بيشتر نتيجه بالا رفتن سطح استاندارد زندگي است كه يك يا دو اتومبيل را براي هر خانواده لازم مي داند. ما همچنين از نيروي برقي استفاده مي كنيم كه مي بايد در هر 8 سال تا 10 سال توليدش را دوبرابر كنيم. همچنين مقادير زيادي مواد زايد جامد توليد مي كنيم كه غالبا در زباله سوزها و يا در محيطهاي باز سوزانده مي شوند. مهمترين و اصلي ترين منابع آلودگيهاي هواي شهرها، موتورهاي احتراق داخلي به ويژه اتومبيلها هستند. در اگزوز اين ماشينها، گازهاي آلاينده اي چون منواكسيد كربن، هيدروكربنهاي نسوخته و اكسيدهاي نيتروژن يافت مي شود. مناسبترين روش براي كاهش اين آلودگيها، اين است كه موتورهاي بسته به حالت كار موتور تنظيم شوند تا ميزان توليد آلودگيها كاهش يابد. بنابر اين لازم است يك سيستم هوشمند، ميزان سوخت و هوا را در شرايط مختلف كار موتور تنظيم در كند واقع، بهترين راه، علاج قبل از واقعه است. اما در اين مطالعه، هدف اين است كه پس از توليد مواد آلاينده -هرچند به ميزان ناچيز - روش مناسبي براي حذف و كاهش اين آلودگي ها بررسي شود. امروزه مرسوم ترين روش براي حذف يا كاهش مواد آلاينده توليد شده در اتومبيلها، استفاده از مبدل كاتاليستي است كه مواد آلاينده موجود را به مواد بي خطر و غيرمضر تبديل مي كند و از انتشار آنها به جو جلوگيري مي نمايد. هر مبدل، شامل محفظه اي است كه از مواد كاتاليستي از قبيل پلاتين و يا پالاديم پوشيده شده است و امكان واكنشهاي اكسيداسيون و احياء بين مواد آلاينده و اكسيژن موجود در گاز خروجي حاصل از هواي اضافه شده به مبدل كاتاليستي را فراهم مي سازد و مواد آلاينده را به مواد بي خطري چون دي اكسيدكربن و آب تبديل مي كند. براي عملكرد موثر و بهينه اين مبدل ها، دماي بالايي لازم است. اين دماي بالا، با قرار دادن مواد كاتاليستي در مقابل جريان گاز داغ خروجي از اگزوز، حاصل مي شود. در هنگام استارت ماشين، موتور اتومبيل سرد است و مواد كاتاليستي به دماي مناسب خود براي انجام واكنش نرسيده اند، بنابر اين مواد آلاينده تا هنگامي كه مواد كاتاليستي با جريان گاز داغ به دماي بهينه خود نرسند از مبدل كاتاليستي مي گذرند و وارد محيط مي شوند، بدون اين كه واكنشهاي مطلوب را انجام دهند. همچنين سرد بودن موتور در هنگام استارت ماشين، باعث احتراق ناقص هيدروكربنها مي شود. بنابر اين، ميزان هيدروكربنهاي نسوخته و منواكسيد كربن موجود در خروجي از اگزوز، افزايش مي يابد و باعث افزايش غلظت آلاينده ها در هوا مي شود. در نتيجه براي كاهش و حذف مواد آلاينده، بهتر است روشي كه مواد آلاينده را در دماي پايين تري تجزيه مي كند، مورد استفاده قرار گيرد، تا از انتشار مواد آلاينده به هنگام سرد بودن موتور به محيط جلوگيري شود. با توجه به مطالب ذكر شده، بهترين روش براي تجزيه مواد آلاينده اگزوز اتومبيل روش فتوكاتاليستي است كه اولا در دماي محيط، مواد آلاينده را به مواد بي خطر تبديل مي كند، همچنين در برابر مسموم شدن مقاوم است و مي تواند تركيبات گوگرددار را كه كاتاليزورهاي رايج را مسموم مي كنند، تجزيه كند. همچنين باعث تجزيه به طور همزمان اكسيدهاي نيتروژن و هيدروكربنهاي نسوخته و منواكسيد كربن مي شود. فتوكاتاليست همان طور كه از نام آن پيداست، كاتاليزوري است كه به نور حساس باشد و با تابيدن نور فعال مي شود. نور را كه براي انجام واكنش هاي فتوكاتاليستي (براي فعال كردن كاتاليزور ) لازم است، اما جزء واكنش دهنده ها نيست، عامل غيرمادي مي گويند. فتوكاتاليست از جنس يك نيمه هادي است. كاتاليستهاي نيمه هادي، اكسيدها و يا سولفيدهاي عناصر واسطه هستند. برخلاف فلزات، در نيمه هاديها باندهاي الكتروني آنها با يكديگر همپوشاني ندارند و تشكيل مناطق جداگانه اي مي دهند. باند پاييني كه به وسيله رسوب الكترونها در پيوندهاي ظرفيتي كريستال پر شده است را باند ظرفيتي مي نامند. اين باند از باند بعدي به وسيله انرژي جدايي مجزا شده است. انرژي جدايي، انرژي لازم براي انتقال الكترونها از باند ظرفيتي به باندرسانايي است. باند دوم كه در صفر كلوين خالي از الكترون است، باندرساني ناميده مي شوند. الكترونها به وسيله گرما يا تابش، از باند ظرفيتي خود برانگيخته مي شوند و به لايه بالاتر يعني باندرسانايي انتقال داده مي شوند. الكترونها با اين انرژي، به طور كافي آزاد هستند و به راحتي حركت مي كنند. همزمان حفره هايي (حفره مكاني از كريستال است كه دچار كمبود الكترون شده است ) كه به وسيله انتقال الكترونها بوجود آمده اند، انرژي الكتريكي را در جهت مخالف هدايت مي كنند. براي واكنش هاي فتوكاتاليستي ترجيحا از نيمه هاديها استفاده مي شود، زيرا باندهاي جاذب در نور مرئي دارند و به سادگي با تركيبات آلي موجود در هوا مسموم نمي شوند. همچنين خودشان به سادگي اكسيد يا بخار نمي شوند. يكي از اين نيمه هاديها دي اكسيد تيتانيوم است كه ارزان قيمت، پايدار و از لحاظ زيست محيطي نيز بي خطر است، همچنين در برابر سمي شدن مقاوم مي باشد و به سادگي با نور ماوراي بنفش با طول موج كمتر از nm 450 فعال مي شود. در اين مطالعه، براي ارزيابي رفع آلودگيهاي حاصل از احتراق از فتوكاتاليست دي اكسيد تيتانيوم كه به روش محلول - ژل ساخته شد، استفاده شده است. به منظور ارزيابي خاصيت فتوكاتاليستي درصد تبديل منواكسيد كربن به دي اكسيد كربن بررسي شده است. ابتدا يك سري از آزمايشها با پودر دي اكسيد تيتانيوم آزمايشگاهي انجام شد. نتايج حاصل از اين آزمايشها نشان داده است كه درصد تبديل منواكسيد كربن به دي اكسيد كربن براي پودر دي اكسيد تيتانيوم صفر است و اين پودر خاصيت فتوكاتاليستي ندارد. زيرا دي اكسيد تيتانيوم داراي سه فاز كريستالي روتيل، بروكيت و آناتاس است و تنها فاز آناتاس آن داراي خاصيت فتوكاتاليستي است وفاز فعال كاتاليستي مي باشد. بدين منظور به روش محلول - ژل كاتاليستهاي مختلف ديگري ساخته شد، نتايج حاصل از اين آزمايشها با زمان پرشدگي متفاوت نشان داده شده است كه در زمان پرشدگي (s\mole.xتوان 102/4 gr 7 درصد تبديلي بالاي 90 درصد حاصل مي شود. اين نتايج نشان مي دهد كه فاز فعال دي اكسيد تيتانيوم ( آناتاس ) در كاتاليزور ايجاد شده است. بالاترين بازدهي در زمان پرشدگي (s\mole. gr 7 xتوان به 104 دست آمده كه معادل درصد تبديل 100 درصد حاصل است. همچنين يكي از روشهاي مناسب براي تصفيه پسابها، استفاده از فتوكاتاليستهاست كه در اين روش، فتوكاتاليست را به صورت دوغاب درمي آورند و سپس دوغاب را در معرض نور خورشيد قرار مي دهند تا آلودگي آن تجزيه شود. انتظار مي رود كه استفاده از فتوكاتاليستها، در آينده جايگزين روشهاي متداول تصفيه پسابها و كنترل آلودگي هوا شود.