حفازات حبيبات أكسيد الزنك النانوية في تحطيم الملوثات بالضوء الشمسي أهمية تثبيت الحفاز

إن أكسيد الزنك من أشباه الموصلات التي تمتلك فجوة طاقة ((Energy Band واسعة نسبياً ، وحتى تنتقل الالكترونات من حزمة التكافؤ ( ( Valence Band إلى حزمة التوصيل (Conducting Band) فإنها بحاجة إلى ضوء بامواج قصيرة نسبياً فوق البنفسجية. هذا ومن المناسب استخدام الطاقة الشمسية في التحطيم الضوئي لملوثات مختلفة لعدة أسباب، آخذين بالاعتبار أن جزءاً يسيراً من الإشعاع الشمسي الذي يصلنا يمتلك امواجا ضمن الأشعة فوق البنفسجية. إن القدرة العالية لأكسيد الزنك على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية تجعله فعالاً للاستخدام في التحطيم الضوئي، علاوة على كونه رخيص الثمن ومتوفراً ولا يشكل خطورة . لقد تم استخدام أكسيد الزنك المنفرد والمثبت على سطوح الرمل والفخار والكربون كحفاز ضوئي في تحطيم ملوث من صبغة الميثيل البرتقالي, بضوء الشمس المباشر و باستخدام لمبات الأشعة فوق البنفسجية. وقد تم استخدام مطيافية الضوء المرئي وفوق البنفسجي و قياسات مطيافية الوميض وتمثيل الأشعة السينية وصورالميكروسكوب الإلكتروني الماسح في تحليل أكسيد الزنك المنفرد والمثبت على الأسطح, ثم تمت دراسة سرعة تفاعل التحطيم الضوئي تحت ظروف مختلفة من حيث درجة الحموضة ودرجة الحرارة وتركيز الحفاز وتركيز الملوث علاوة على تركيز شدة الإضاءة, وطبيعة الحفاز ونوع المثبت. تبين أن سرعة التفاعل كانت أفضل في المحلول المتعادل منها في الوسط الحمضي أو القاعدي, كذلك فإن زيادة كمية الحفاز عملت على زيادة سرعة تفاعل التحطيم حتى كميات محددة وعند إضافة كميات إضافية لم يلاحظ زيادة اخرى في السرعة. أما زيادة تركيز الملوث فقد أدّت إلى زيادة معدل سرعة التفاعل. وبالنسبة لزيادة درجة حرارة وسط التفاعل فقد أظهرت تأثيرا قليلا في سرعة التفاعل وذلك بسبب صغر طاقة التنشيط التي تم حسابها. هذا وقد تم تسريع عملية التحطيم عن طريق تركيز الضوء الشمسي باستخدام المرايا المقعّرة. علاوة على ذلك فقد تم دراسة أنواع مختلفة من ZnO التجارية والمحضرة حيث عملت جميعا على تحطيم كامل للملوث بعد فترة زمنية كافية. أما أكسيد الزنك المثبّت على الكربون المنشط فقد أظهر أفضل فعالية من بين الحفازات المستخدمة في تحطيم الملوث. وتبيّن كذلك أنه يمكن تحسين فعالية الحفاز بواسطة شوائه قبل استخدامه. بناء على ذلك فقد تم التوصل الى خلاصة مفادها ان اكسيد الزنك يصلح للاستخدام كحفاز في تحطيم الملوثات العضوية قي الماء بواسطة الاشعة الشمسية المباشرة.