جذب ترکیبات گوگردی با نانوجاذب/کاتالیزور

مصرف روزانه سوخت‌های مایع مانند بنزین و گازوئیل برای تولید انرژی، منجر به آزادسازی انواع آلودگی‌ها به اتمسفر می‌شود. این آلودگی‌ها از راه‌های مختلف سلامت بشر و محیط زیست را به خطر می‌اندازند. به همین منظور، امروزه قوانین سخت گیرانه‌ای جهت کنترل، کاهش و جلوگیری از ورود این آلودگی‌ها به محیط زیست وضع شده است. اکسیدهای گوگرد و مواد سولفاته ذره‌ای، یک خانواده‌ی مهم از ترکیبات سمی هستند که موضوع بخشی از این قوانین هستند.

به گفته‌ی دکتر مظاهر احمدی- فارغ التحصیل دکترای دانشگاه بوعلی سینا- هدف دنبال شده در این طرح ارائه‌ی روشی برای حذف ترکیبات گوگرد و اندازه‌گیری غلظت کل این ترکیبات با دستگاه ICP-OES بوده است.

وی در ادامه عنوان کرد: «ما با استفاده از فناوری نانو، نانوکامپوزیت اکسید گرافنی تهیه کرده‌ایم که هم به عنوان کاتالیزور و هم به عنوان جاذب عمل می‌کند. این نانوجاذب/کاتالیزور نسبت سطح به حجم بالایی داشته و کارایی بالایی در جذب سطحی ترکیبات گوگرد دارد. همچنین این نانوجاذب/کاتالیزور با نانوذرات مغناطیسی اصلاح شده و به راحتی با اعمال میدان مغناطیسی خارجی، قابل جمع آوری و جداسازی است و نیازی به سانتریفیوژ کردن یا فیلتراسیون نیست.»

احمدی در خصوص اهمیت جداسازی ترکیبات گوگردی از سوخت‌های مایع و نفت خام عنوان کرد: «وجود ترکیبات گوگردی مانند سولفیدها، دی‌سولفیدها، مرکاپتان‌ها و تیوفن‌ها در سوخت‌های مایع، منجر به آزادسازی گازهای اکسید‌گوگرد به اتمسفر شده که متعاقباً منجر به پیدایش پدیده‌ی باران اسیدی می‌شود. علاوه بر این، اکسیدهای گوگرد موجود در گازهای حاصل از احتراق، کاتالیزورهای تعبیه شده در اگزوز اتومبیل‌ها را مسموم کرده و فرایند تبدیل گازهای منواکسیدکربن و اکسید‌نیتروژن به گازهای بی‌خطر را مختل می‌کنند. از سوی دیگر، در فرایند پالایش نفت خام، حضور ترکیبات گوگرد منجر به غیرفعالسازی کاتالیزورهای مورد استفاده و همچنین خوردگی خطوط لوله‌کشی می‌شود.»

به گفته‌ی این محقق، روش ارائه شده کارایی استخراج ترکیبات گوگرد را تا حد زیادی افزایش داده است. علاوه بر این روش ساخت آن مقرون به صرفه بوده و شرایط کاری نسبتاً ایمنی از لحاظ دما و نوع عامل اکسنده فراهم آورده است. در واقع واکنش اکسیداسیون در دمای اتاق انجام می‌شود و زمان واکنش نیز طولانی نیست. همچنین مواد و واکنشگرهای مورد استفاده به صورت تجاری و با قیمت مناسب در دسترس هستند.

شایان ذکر است که به کمک این نانوجاذب/کاتالیزور، امکان اندازه‌گیری غلظت کل ترکیبات گوگرد در سوخت‌های مایع در محدوده‌ی غلظتی 0/5 تا 5 میلی گرم بر کیلوگرم با حد تشخیص 0/15 میلی گرم بر کیلوگرم  فراهم شده است. این نتایج بیانگر حساسیت بسیار بالای روش و بهبود حساسیت دستگاه ICP-OES توسط این نانوکامپوزیت با ضریب 19/2 بوده است.

احمدی معتقد است، می‌توان از روش ارائه شده در این طرح، به صورت مستقیم برای گوگرد زدایی سوخت‌های مایع مانند بنزین و گازوئیل و یا حتی اهداف کنترل کیفی و اندازه‌گیری سطح ترکیبات گوگرد در سوخت‌های مایع استفاده نمود.

وی در پایان عنوان کرد: «در این تحقیق برای بررسی اندازه، شکل و ساختار نانومواد سنتزی از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) استفاده شده است. برای بررسی ساختار کریستالی نانومواد سنتزی نیز دستگاه پراش پرتو ایکس (XRD) و جهت بررسی خواص مغناطیسی نانومواد سنتزی دستگاه مغناطیس‌سنج با نمونه نوسانی (VSM) به کار رفته است. همچنین برای اندازه‌گیری غلظت ترکیبات گوگرد در نمونه‌های سوخت مایع از یک اسپکترومتر پلاسمای جفت شده القایی با دتکتور نوری (ICP-OES) استفاده گردیده است.»

این تحقیقات از همکاری دکتر مظاهر احمدی- دانش‌آموخته‌ی دانشگاه بوعلی سینا- دکتر طیبه مدرکیان و دکتر عباس افخمی- اعضای هیأت علمی این دانشگاه- و محققانی از دانشگاه آلیکانته کشور اسپانیا حاصل شده است. نتایج این کار در مجله‌ی Fuel با ضریب تأثیر 4/726 (جلد 210، سال 2017، صفحات 507 تا 513) به چاپ رسیده است.