به گزارش ثریا -  برای حل مشکل آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی، پژوهشگران دانشگاه تبریز با همکاری دانشگاه صنعتی استانبول، دانشگاه فرهنگیان و دانشگاه فارابی قزاقستان، موفق به ارائه یک راهکار نوآورانه مبتنی بر نانوساختارهای ترکیبی ZnFe₂O₄@ZIF-۶۷ شدند. این ترکیب نانویی که با روش‌های هیدروترمال و سولوترمال ساخته شده، توانسته است با ایجاد یک سامانه هم‌افزایی سه‌گانه یونی، کارایی بالایی در فعال‌سازی پراکسید دی‌سولفات و تجزیه سریع فورازولیدون نشان دهد. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که استفاده از امواج فراصوت همراه با این نانوساختار می‌تواند ظرف مدت کوتاهی بخش عمده‌ای از این داروی آلاینده را در آب‌های واقعی از بین ببرد و راه را برای کاربرد صنعتی در حوزه تصفیه آب هموار کند.

آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی به مواد شیمیایی و دارویی یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های زیست‌محیطی در دهه‌های اخیر است. رشد جمعیت، توسعه سریع صنایع و استفاده بی‌رویه از منابع طبیعی موجب ورود حجم قابل توجهی از آلاینده‌ها به چرخه آبی شده است. در میان این آلاینده‌ها، ترکیبات دارویی به‌ویژه آنتی‌بیوتیک‌ها به دلیل پایداری بالا و مقاومت در برابر فرایندهای طبیعی تجزیه، از چالش‌برانگیزترین آلاینده‌ها به شمار می‌روند. یکی از این داروها فورازولیدون است؛ ترکیبی از خانواده نیتروفوران‌ها که سال‌ها به عنوان داروی ضدباکتری و ضدانگل در پزشکی و دامپروری مصرف شده است. با وجود کارکرد درمانی، مطالعات نشان داده‌اند که این دارو می‌تواند خاصیت جهش‌زایی، ژنوتوکسیک و حتی سرطان‌زایی داشته باشد. از همین رو استفاده از آن در بسیاری از کشورها ممنوع شده، اما همچنان در برخی نقاط کاربرد دارد و بقایای آن در منابع آبی مشاهده می‌شود.

ضرورت یافتن راهکارهای کارآمد برای حذف فورازولیدون و داروهای مشابه باعث شده پژوهشگران به سمت فناوری‌های نوین مانند فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs) روی آورند. این فرایندها با تولید رادیکال‌های قوی اکسیژن فعال، قابلیت تخریب آلاینده‌های مقاوم را دارند. در این میان، سوناکاتالیز (استفاده از امواج فراصوت همراه با کاتالیست‌های ناهمگن) توجه زیادی جلب کرده است. امواج فراصوت با ایجاد پدیده کاویتاسیون، دما و فشار موضعی بسیار بالا ایجاد می‌کنند که منجر به تشکیل رادیکال‌های فعال و تسریع واکنش‌های شیمیایی می‌شود. ترکیب این پدیده با مواد کاتالیستی پیشرفته می‌تواند راندمان تجزیه آلاینده‌ها را به میزان چشمگیری افزایش دهد.

در همین راستا، گروهی از پژوهشگران دانشگاه تبریز و دانشگاه فرهنگیان با همکاری محققانی از ترکیه و قزاقستان، دست به طراحی و سنتز نانوساختار نوینی زده‌اند که عملکردی چشمگیر در حذف فورازولیدون از آب‌های آلوده دارد. این نانوساختار که با نام ZnFe₂O₄@ZIF-۶۷ شناخته می‌شود، از ترکیب فریت روی (ZnFe₂O₄) با چارچوب‌های فلزی-آلی زئولیتی (ZIF-۶۷) ساخته شده است. هر یک از این اجزا به تنهایی خواص ارزشمندی دارند؛ فریت روی به دلیل خواص مغناطیسی و پایداری شیمیایی و ZIF-۶۷ به واسطه سطح ویژه بالا، ساختار متخلخل و قابلیت اکسیداسیون، در حوزه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترکیب این دو ماده در قالب یک ناهم‌ساختار، امکان بهره‌گیری از مزایای هر دو و ایجاد نقاط فعال بیشتر برای واکنش‌های اکسیداسیون را فراهم کرده است.

پژوهشگران برای سنتز این نانوساختار از روش‌های هیدروترمال و سولوترمال بهره گرفتند و موفق به تولید نمونه‌هایی با بلورینگی بالا، باندگپ باریک و سطح ویژه وسیع شدند. بررسی‌های انجام شده نشان داد که استفاده از این نانوساختار در حضور پراکسید دی‌سولفات (PDS) و امواج فراصوت، منجر به فعال‌سازی سریع اکسیدان و تولید رادیکال‌های قوی مانند سولفات رادیکال (SO₄•-)، هیدروکسیل رادیکال (•OH) و اکسیژن تک‌تایی (¹O₂) می‌شود. این رادیکال‌ها در کنار واکنش‌های سطحی اکسایش-کاهش، باعث تخریب ۹۴ درصدی فورازولیدون در شرایط بهینه شدند.

آزمایش‌ها نشان دادند که تحت شرایط استفاده از ۲۰ میلی‌مولار PDS و غلظت ۰٫۴ گرم بر لیتر از نانوکامپوزیت ZnFe₂O₄@ZIF-۶۷، طی مدت ۶۰ دقیقه تقریباً تمامی مولکول‌های به گزارش ثریا - فورازولیدون تجزیه می‌شوند. نکته مهم دیگر، پایداری و قابلیت استفاده مجدد این نانوساختار بود که حتی پس از چندین چرخه آزمایش، کارایی خود را حفظ کرد. پژوهشگران با استفاده از طیف‌سنجی جرمی (LC-MS) مسیر احتمالی تجزیه فورازولیدون را شناسایی کرده و نشان دادند که محصولات میانی حاصل از این فرایند سمیت کمتری نسبت به ترکیب اولیه دارند.

ویژگی متمایز این پژوهش، بهره‌گیری از یک «سامانه هم‌افزایی سه‌گانه یونی» شامل چرخه‌های اکسایش-کاهش یون‌های Zn²⁺/Zn، Fe³⁺/Fe²⁺ و Co³⁺/ Co۲⁺ بود. این چرخه‌ها با تسهیل انتقال بار و تقویت تولید رادیکال‌ها، بازده کلی فرایند را افزایش دادند. به این ترتیب، ترکیب نوآورانه ZnFe₂O₄@ZIF-۶۷ نه تنها توانست کارایی بالایی در حذف داروهای آلاینده نشان دهد، بلکه پایداری و قابلیت کاربرد صنعتی خود را نیز به اثبات رساند.

این دستاورد می‌تواند نقطه عطفی در فناوری‌های نوین تصفیه آب باشد؛ چرا که بسیاری از داروهای رایج مانند آنتی‌بیوتیک‌ها و ترکیبات مقاوم شیمیایی با روش‌های متداول به سختی حذف می‌شوند. استفاده از سامانه‌های نانویی مبتنی بر سوناکاتالیز و فعال‌سازی پراکسیدها می‌تواند راهگشای توسعه تصفیه‌خانه‌های صنعتی با راندمان بالا و هزینه کمتر باشد.

پژوهشگران تأکید کرده‌اند که این روش نه تنها در مقیاس آزمایشگاهی موفق عمل کرده، بلکه قابلیت بکارگیری در منابع آب واقعی آلوده به داروها را نیز دارد. از این رو، انتظار می‌رود با ادامه تحقیقات و بهینه‌سازی شرایط عملیاتی، زمینه برای تجاری‌سازی این فناوری فراهم شود و گامی مهم در راستای حفظ سلامت عمومی و حفاظت از محیط زیست برداشته شود.

منبع :  آلودگی آب‌های سطحی