عرضه سامانه‌ خالص‌سازی هوا برای مقابله با ویروس کرونا

به گزارش «خبرنامه دانشجویان ایران» به نقل از ایسنا، عزیزالله شفیع خانی، استاد فیزیک و عضو هیات علمی و پژوهشگر آزمایشگاه کربن دانشکده فیزیک دانشگاه الزهرا موفق به ساخت سامانه خالص‌سازی هوا بر اثر فوتوکاتالیستی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم شد. این سامانه دارای چهار بخش "دمنده"، "یون‌ساز کمکی"، "هسته‌ نانوساختاری" و "مدار الکترونیکی" شامل پنل کنترل، مدار یون‌ساز و ترانس‌ها، لامپ فرابنفش است.

از ویژگی‌ها و مزایای اصلی این سامانه می‌توان به آنتی‌باکتریال 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، کاهش‌دهنده‌ آلاینده‌های محیطی VOC از جمله  HN۳ (آمونیاک)، NOX (ناکس)، CO۲ (دی اکسید کربن) و آرماتیک‌ها و قابل استفاده در محیط‌های مسکونی، آزمایشگاه‌ها، بیمارستان‌ها و صنعت بدون هیچ‌گونه عوارض جانبی اشاره کرد.

شفیع‌خانی 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 افزود: اگر بتوان به روشی این پروتون‌ها را از غشای ویروس خارج کرد، باعث به هم خوردن توازن آن شده و غشاء شکاف برداشته و RNA منفجر می‌شود (تصویر ذیل). اندازه‌ پروتون‌ها در حدود یک فرمی (۶ تا ۱۰ نانومتر) است که می‌توان 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 ویروس‌ها 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 می‌شود.

این استاد فیزیک دانشگاه الزهرا ادامه داد: برای این منظور بر اساس مطالعات چندین ساله‌ صورت گرفته و نتایج پژوهش من در مقاله‌ چاپ شده در Scientific Reports Nature, ۲۰۱۹, Vol. ۹, ۱۶۶۴۸ می‌توان از اثر فوتوکاتالیستی دی‌اکسید تیتانیوم به عنوان یک نیمه‌هادی با گاف انرژی حدود ۳.۲ eV که به روش ویژه‌ای با ساختار کریستالی anatas بر روی مش‌های آلومینیومی در یک فرآیند چند مرحله‌ای ساخته می‌شوند، استفاده کرد.

وی با بیان اینکه پس از سنتز این ساختار، بر اثر تابش فوتون‌های فرابنفش به این لایه‌ها یک الکترون و یک حفره به ترتیب در باند هدایت و باند والانس ایجاد می‌شود، خاطر نشان کرد: از آنجا که در محیط اطراف همواره مولکول آب وجود دارد، الکترون‌ها در محیط واکنش احیا و حفره‌ها واکنش اکسایش انجام می‌دهند. در نتیجه در این زنجیره‌ واکنشی، رادیکال‌های هیدرواکسیل و سوپراکسیل تولید شده نقش بار منفی را بازی کرده و در مدت زمان کمتر از پیکوثانیه باعث نابودی ویروس می‌شوند و پایان فرآیند مولکول آب اولیه مورد استفاده قرارگرفته و در نهایت به آب و یا هیدروژن و اکسیژن تبدیل می‌شود.

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؟ توضیح داد: در پاسخ این پرسش باید گفت که مواد فوتوکاتالیست قدرتمندترین ابزار در فرآیند اکسایش هستند که این توانمندی در تولید رادیکال‌های OH- (هیدرواکسیل) نهفته است. آنها می‌توانند چند میلیون بار آهنگ واکنش را بیش‌تر تسریع کنند. این واکنش بر مبنای تبدیل حالت شیمیایی عناصر از حالت پایه به ترازهای بالاتر است.

شفیع‌خانی ادامه داد: در حالتی که مولکول و یا اتم در حالت برانگیخته توان ترکیب شیمیایی بیشتری دارند، بدین ترتیب قدرت واکنش با مولکول‌ها طی چند مرحله در ترازهای بالاتر به محصولات اکسیدی تبدیل می‌شوند. رادیکال‌ها 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: تاکنون آزمایش‌های بسیاری با بعضی از میکروارگانیزم‌هایی هم‌چون E-coli، مواد آلی هم‌چون Methyl Orange و ترکیبات آلی مانند بنزن، دی اکسید کربن و اتانول نتایج بسیار بالاتر از حد انتظار را به همراه داشته است.

پیشتر نیز این استاد دانشگاه الزهرا موفق به طراحی و ساخت دستگاه خالص‌ساز هوا بر مبنای نانو ذرات و طراحی، ساخت دستگاه منحصر به‌فرد لیزر دی اکسید کربن در آزمایشگاه‌های این دانشگاه شده است.