محققان پژوهشکده مهندسی جهاد کشاورزی به تولید نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با کاربرد وسیع در صنعت نانوپودر ها موفق شدند.
مهندس افشین ابراهیمی، عضو هیات علمی پژوهشکده مهندسی جهاد کشاورزی و مجری این طرح در گفتوگو با خبرنگار «پژوهشی» خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، با اشاره به تلاش پژوهشکده در جهت دستیابی به زیرساخت‌های فن‌آوری نانو اظهار کرد: با توجه به گستردگی کاربرد پودر دی اکسید تیتانیوم (TiO2) و محصولات جانبی آن به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد این ماده می توان به استفاده در گستره وسیعی از فرآیندها و محصولات با کاربردهای مختلف از قبیل استفاده به عنوان پایه کاتالیست ها، پر کننده یا فیلرها و بسیاری کاربردهای متنوع دیگر اشاره کرد.
دانشمندان و محققان در حوزه فن‌آوری نانو در سالیان اخیر رویکرد خاصی به تولید این ماده در مقیاس‌های میکرونی و نانومتری داشته اند، چرا که با توجه به ایجاد خواص ویژه در ذرات بسیار ریز این نیمه هادی، تولید این ماده در مقیاس نانو از اهمیت خاصی برخوردار می‌شود.
وی درباره گسترش روز افزون کاربرد نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم گفت: این ماده در تصفیه آب، تصفیه و فیلتراسیون گازها به ویژه هوا، گندزدایی، رنگ‌زدایی، بوزدایی، ساخت سرامیک های ویژه، از بین بردن سلول‌های سرطانی، ساخت فتوکاتالیست‌ها ، تولید رنگ، کاغذ سازی، تولید لوازم بهداشتی و آرایشی، تهیه پوشش‌های محافظ در مقابل اشعه ماوراء بنفش، پوشش دادن سایر مواد و خلاصه هر کجا که نیاز به پوشانندگی و درخشندگی باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ابراهیمی تصریح کرد: این ماده همچنین می‌تواند به عنوان یک فتوکاتالیست برای تجزیه اکسیدهای نیتروژن و تبدیل آنها به نیتروژن و اکسیژن و یا تجزیه مواد آلی و تبدیل آنها به دی اکسید کربن و آب به کار رود که این کاربرد می‌تواند تاثیر بسزایی در کاهش آلودگی‌های محیطی به ویژه در شهرها و فضاهای بسته داخلی داشته باشد. حذف بوی نامطبوع و تجزیه سموم آلی و معدنی و میکروارگانیسمهای مضر و بیماری‌زای موجود در آب و فاضلاب کاربرد عمده دیگر این ماده است که پژوهش در این زمینه با همکاری یکی از دانشگاه‌های کشور آغاز شده است.
وی در ادامه به ساختارهای مختلف دی اکسید تیتانیوم اشاره کرد و گفت: دی اکسید تیتانیوم دارای سه ساختار رایج بروکیت، آناتاز و روتایل است که هر سه، خواص شیمیایی کمابیش یکسانی داشته ولی خواص بلوری آنها متفاوت است به طوری که پایدار‌ترین شکل این ماده روتایل بوده و سایر حالات در دمای به خصوصی به این حالت تبدیل می‌شوند، همچنین آناتاز بالاترین مصرف تجاری را داشته اما به ندرت به صورت معدنی خالص وجود دارد.
عضو هیات علمی پژوهشکده مهندسی جهاد کشاورزی در تشریح روند تولید این محصول به ایسنا گفت: پس از انجام آزمایش‌های اولیه که با سه روش هم رسوبی، سل ژل و میکروامولسیون انجام شد، نتایج حاصل نشان داد که روش سل ژل مناسب‌ترین و اقتصادی‌ترین روش است، ضمن آن که خشک کردن ذرات دی اکسید تیتانیوم توسط فریزدرایر، منجر به ایجاد فاز آمورف یا بی شکل می شو‌د و لازمه استحصال محصول آناتاز و روتایل اعمال حرارت در دمای بیش از 300 درجه سانتی‌گراد است که امکان کنترل دقیق درصد های فازی در این روش به دست آمده است.
این پژوهشگر در گفت و گو با ایسنا با اشاره به این که خشک کردن ذرات به دو صورت اگزروژل و کرایوژل با نتایج متفاوت صورت گرفته است، اظهار کرد: با توجه به این که روش سل ژل تنها روشی است که به کمک آن می‌توان هم نانو ذره و هم فیلم لایه نازک تهیه کرد و مواد اولیه مورد استفاده در آن نسبت به سایر روش‌ها در دسترس‌تر بوده و پیچیدگی خاصی ندارد، روش مطلوب‌تری است و بدین ترتیب تولید نانو ذرات توسط روش سل ژل و خشک کردن انجمادی نمونه‌ها و سپس حرارت دادن نمونه در کوره بهترین نتیجه را می‌دهد و تنها نکته مهم در آن کنترل شرایط حرارتی است که نه تنها در اندازه ذره بلکه در کلیه خواص فیزیکی آن تاثیرگذار است.
وی افزود: طبق نتایج حاصله در روش سل ژل مواد اولیه کمتری مورد استفاده قرار می‌گیرد که حذف آنها نیز نسبت به سایر روش‌ها بهتر انجام می‌شود در نتیجه ناخالصی محصول کمتر شده و نیز کنترل شرایط فرایند نسبتا راحت‌تر است. به علاوه از این روش می‌توان هم برای تهیه نانو ذره و هم نانو پوشش استفاه کرد و برای تولید امولسیون کلوئیدی اولیه جهت پوش دادن و ایجاد لایه های نازک روش مناسب‌تری است.
مهندس ابراهیمی خاطرنشان کرد: طبق آزمایشات انجام گرفته تولید نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم با اندازه متوسط 10 نانومتر با روش سل ژل و خشک کردن انجمادی و سپس کلسینه کردن امکان پذیر است. همچنین توزیع اندازه ذرات بسیار یکنواخت بوده لذا از سطح ویژه بالایی برخوردار است که آنرا جهت استفاده در فرآیندهای فتوکاتالیستی مناسب می‌نماید.
عضو هیات علمی پژوهشکده مهندسی جهاد کشاورزی در گفتوگو با ایسنا تصریح کرد: همزمان با تحقیقات جهانی در این زمینه، افزایش سایر مواد و دوپ کردن این نیمه هادی با فلزات جهت بهبود خواص نوری و افزایش راندمان در شرایط نور مرئی در این پژوهشکده آغاز شده است.
گفتنی است این طرح با همکاری مهندس ابراهیمی، مهندس ناهید رئوفی، دکتر اخلاصی ، دکتر شاخصی، دکتر طهماسبی در پژوهشکده مهندسی جهاد کشاورزی انجام شده است.