تقنيات التحفيز الكيميائي في تقليل تلوث الهواء

في ظل التطور الصناعي الذي يشهده العالم ازدادت مخاطر التلوث البيئي وتحديداً تلوث الهواء ومن هنا بدأ العلماء في البحث عن الحلول أحدهما هي تقنيات التحفيز الكيميائي في تقليل تلوث الهواء وهو حديثنا لهذا المقال..

يشكل تلوث الهواء تهديدات خطيرة وواسعة النطاق لصحة الانسان والبيئة وحتى الاقتصاد! في حين تم تطوير تقنيات مختلفة للتحكم في تلوث الهواء تعد علوم الحفز الكيميائي وتكنولوجيا المواد أحد أكثر التقنيات فعالية واقتصادية للتخفيف من الآثار السلبية لملوثات الهواء.

ومع ذلك، فإن القضية الرئيسية هي توفر محفزات عالية الاداء لذلك سنستعرض  الجهود  البحثية والتطورات المبذولة موخرًا في تصميم وتصنيع محفزات جديدة ومفيدة من أجل تقديم حل مستدام للتحكم في تلوث الهواء.

في البداية  أتفقت معظم الدراسات  أن المواد التحفيزية التي تمتلك المواد النانوية أو المسامية (مساحات سطحية أكبر أو مسام أكثر وفرة)، تعتبر مفيدة لنشر المواد المتفاعلة وامتصاصها وتنشيطها. لذلك، تُظهر المواد النانوية أو المسامية أداء تحفيزيًا أعلى من المواد الصلبة أو الجافة .

وبناءً على ذلك حقق علماء  في دراسة حديثة تقدم كبير في التحضير  والتطبيقات  التحفيزية لأكاسيد المعادن المسامية (المختلطة) وأكاسيد المعادن الانتقالية المدعومة أو المعادن النبيلة NPs لإزالة الملوثات الجوية مثل أكسيد النيتروجين ، وثاني أكسيد الكربون ، والمركبات العضوية المتطايرة.

اوصى الباحثين بنهاية الدراسة بتطوير طريقة اقتران مقابلة لمعالجة مشكلة التلوث التي تسببها مجموعة واسعة من تركيزات أكسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون والمركبات العضوية المتطايرة.

طرق مختلفة مثل الامتزاز ،معالجة البلازما، التحفيز غير المتجانسة، التحفيز الضوئي ، والتحلل البيولوجي لها نقاط قوة فريدة خاصة بها. إن استخدام تقنية اقتران تجمع بين مزايا الطرق المذكورة أعلاه من شأنه أن يضمن كفاءة عالية في القضاء على ملوثات الغلاف الجوي.

في دراسة بحثية اخرى  نشرت في يونيو 2022 أظهرت سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ إمكاناتها الكاملة للتطبيق في مجموعة متنوعة من المجالات التحفيزية ، حيث وجدت الدراسة أنه يمكن تطبيق الموصلية الإلكترونية المناسبة على الحفز الكهروحراري.

والذي يسمح بتحكم مرن في درجة حرارة النظام عن طريق ضبط الطاقة الكهربائية المدخلة، مما يؤدي إلى تقليل حجم المعدات، وتحسين كفاءة الطاقة، والاشتعال السريع للتفاعل كموصل، حيث يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاومة مناسبة ليناسب هذا النمط جيدًا.

مما يجعله مستخدمًا على نطاق واسع في تحلل ملوثات الهواء وتفاعل إعادة تشكيل الميثان.

‏ حظيت الانبعاثات الضارة للمركبات العضوية المتطايرة (VOCs) النصيب الأكبر من الأبحاث والدراسات لما تشكله من مصدر خطر بسبب الآثار الضارة على الكائنات الحية.

وتعتبر الاكسدة التحفيزية واحدة من أكثر التقنيات الواعدة لإزالة المركبات العضوية المتطايرة بسبب درجة حرارة الاشتعال المنخفضة، والكفاءة العالية، وعدم وجود تلوث ثانوي في عمليات المعالجة.

نستعرض هنا جدول من مقالة علمية نْشرت عبر  AIChE  يلخص  اوجه الاختلاف بين  تقنيات الأكسدة والاختزال التحفيزية في التحكم بتلوث الهواء .

بالرغم من ذلك لا تزال هناك حاجة ماسة لتطوير عمليات المواد الحفازة الصديقة للبيئة والفعالة من حيث التكلفة من أجل الإنتاج الشامل للطاقة النظيفة. 

‏ويبدو أن المواد المركبة، والكربون المنشط ، والمواد الماصة الحيوية، والمواد المسامية، وجسيمات نانو أكسيد المعادن ، والزيوليت ، والمواد النانوية ، الهياكل العضوية المعدنية (MOFs) واعدة في عملية المعالجة البيئية وأبحاث  التحفيز الكيميائي. 

---

المراجع:

• https://www.kacst.edu.sa/

• https://www.semiconductors.org/state-of-the-u-s-semiconductor-industry/

• https://www.weforum.org/agenda/2022/02/semiconductor-chip-shortage-supply-chain/

• Ferry, D. K. (1991). Semiconductors (pp. 321-323). New York: Macmillan