ICTPRESS - پژوهشگران دانشگاه صنعتی سهند با یک رویکرد نوآورانه، موفق شده‌اند از ضایعات آلوده به روغن روان‌کار، زئولیت ۴A تولید کنند؛ ماده‌ای که می‌تواند یکی از چالش‌برانگیزترین مشکلات صنایع روی یعنی پساب حاوی فلزات سنگین را برطرف کند.

به گزارش شبکه خبری ICTPRESS به نقل از ستاد فناوری نانو، این مطالعه نشان می‌دهد که با کنترل دقیق شرایط سنتز، به‌ویژه دمای ذوب، نسبت‌های واکنش‌دهنده و سطح بلورینگی، می‌توان جاذبی با ظرفیت جذب بالا تولید کرد که قادر است بیش از ۹۰ درصد یون‌های فلزی موجود در پساب صنعتی را حذف کند. این رویکرد نه‌تنها به بازیافت پسماندهای خطرناک کمک می‌کند، بلکه مسیر تازه‌ای برای تولید جاذب‌های پایدار و کم‌هزینه در مقیاس صنعتی ارائه می‌دهد.

افزایش آلودگی‌های صنعتی در دهه‌های اخیر، موضوع تصفیه‌خانه‌های معمولی را به چالشی جدی تبدیل کرده است. بسیاری از صنایع سنگین مانند واحدهای تولید روی، حجم قابل‌توجهی پساب با غلظت بالای فلزات سنگین تولید می‌کنند؛ موادی که نه‌تنها برای محیط‌زیست مخرب‌اند، بلکه می‌توانند منابع آب زیرزمینی و خاک را برای سال‌ها آلوده کنند.

در چنین شرایطی، توسعه مواد جاذب پیشرفته که بتوانند هم در مقیاس صنعتی کار کنند و هم هزینه تولید پایینی داشته باشند، به‌عنوان یک نیاز فوری مطرح می‌شود. در همین راستا، پژوهشگران دانشگاه صنعتی سهند موفق شده‌اند از یک منبع کاملاً غیرمتعارف، ماده‌ای کارآمد برای حذف یون‌های فلزی تولید کنند: ضایعات آلوده به روغن روان‌کار.

ایده اصلی این پژوهش بر پایه یک تناقض جذاب بنا شده بود؛ تبدیل یک ماده زائد خطرناک به یک جاذب صنعتی ارزشمند. ضایعات رس‌پایه آلوده به روغن سوخته روان‌کار، معمولاً در محل‌های دفن پسماند انباشته می‌شوند و تخریب آن‌ها می‌تواند ده‌ها سال طول بکشد.

پژوهشگران دانشگاه صنعتی سهند با یک روش حرارتی جدید نشان دادند که می‌توان این ضایعات را به «زئولیت ۴A» تبدیل کرد؛ ماده‌ای که سال‌هاست در صنایع مختلف به‌عنوان جاذب یون‌های فلزی، نرم‌کننده آب و عامل تبادل یونی به کار می‌رود.

مسئله اصلی در این پروژه، نه فقط حذف ترکیبات آلی سمی موجود در پسماند، بلکه تبدیل آنها به یک پیش‌ماده مناسب برای تشکیل ساختار زئولیت بود. به عبارتی، لازم بود ضایعاتی که با روغن آلوده شده بودند، همزمان پاک‌سازی و فعال شوند. این فرآیند با اعمال دمای بالا در مرحله «ذوب» انجام شد و پس از آن، پژوهشگران با کنترل ترکیب شیمیایی و زمان‌های پیرسازی و تبلور، موفق شدند ساختار دلخواه زئولیت ۴A را بسازند.

آن‌ها نشان دادند که درصد بلورینگی حدود ۳۲ درصد، نقطه بهینه برای افزایش ظرفیت جذب یون‌های فلزی مانند Zn²⁺، Ni²⁺ و Cd²⁺ است. بلورینگی کمتر، ساختار را ناکارآمد می‌کرد و بلورینگی بیش از حد نیز باعث کاهش تعداد سایت‌های فعال می‌شد. این سطح بهینه بلورینگی، زمانی قابل دستیابی بود که مراحل پیرسازی و تبلور هر دو حدود سه ساعت کنترل شوند.

نتایج آزمایش‌ها نشان داد که نمونه‌هایی که در دمای ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد تهیه شده‌اند، بهترین عملکرد جذب را دارند. این دما باعث ایجاد شبکه متخلخل با اندازه حفره ۴۸ نانومتر شد؛ اندازه‌ای که امکان نفوذ آسان یون‌های فلزی به درون ساختار جاذب را فراهم می‌کند. پژوهشگران همچنین دریافتند که بار سطحی جاذب که با «پتانسیل زتا» اندازه‌گیری می‌شود، باید حدود ۴۳- میلی‌ولت باشد تا شرایط برای جذب الکترواستاتیکی یون‌های فلزی بهینه شود.

ظرفیت جذب نهایی برای یون روی، یعنی ۱۴۳ میلی‌گرم بر گرم، عددی قابل‌توجه برای یک زئولیت تولیدشده از پسماند صنعتی است. این نتیجه نشان می‌دهد که با تنظیم نسبت‌های اولیه، به‌ویژه نسبت سدیم‌کربنات به پسماند (۱.۶۷) و مقدار هیدروکسید آلومینیوم (۰.۶۷)، می‌توان جاذبی با کارایی بسیار بالا تولید کرد؛ جاذبی که نه‌تنها ارزش افزوده ایجاد می‌کند، بلکه مانع ورود پسماندهای خطرناک به محیط‌زیست می‌شود.

کاربرد اصلی این زئولیت، تصفیه پساب خروجی واحدهای تولید روی است. این پساب‌ها معمولاً حاوی غلظت بالایی از یون روی و سایر فلزات سنگین هستند و در صورت عدم تصفیه مناسب، وارد رودخانه‌ها و منابع آب کشاورزی می‌شوند. آزمایش‌های انجام‌شده روی نمونه واقعی پساب صنعتی نشان داد که زئولیت ۴A تولیدشده در این پژوهش قادر است بیش از ۹۰ درصد یون‌های فلزی را حذف کند.

با وجود این نتایج امیدوارکننده، پژوهشگران تاکید می‌کنند که هنوز برای ورود این محصول به مقیاس صنعتی، مطالعات بیشتری لازم است. به‌ویژه عملکرد این زئولیت در سیستم‌های دینامیک مانند ستون‌های بستر ثابت، نیاز به بررسی تفصیلی دارد.

هرچند وجود بقایای روغنی در پسماند اولیه باعث می‌شود که ترکیب خام خاصیت پلاستیکی داشته باشد و بتوان آن را به‌صورت دانه، گرانول یا بسترهای متخلخل شکل داد، اما فرآیند طراحی و ساخت این بسترها نیازمند آزمایش‌های اضافی است.

در واقع، مرحله بعدی تحقیقات باید به سمت تولید جاذب‌هایی شکل‌داده‌شده پیش برود؛ جاذب‌هایی که بتوانند در راکتورهای واقعی مورد استفاده قرار بگیرند و در برابر جریان‌های پیوسته و حجم بالای پساب صنعتی، پایداری مکانیکی و شیمیایی داشته باشند. به گفته پژوهشگران، توسعه این ساختارها می‌تواند زمینه‌ساز راه‌اندازی نسل جدیدی از سامانه‌های تصفیه صنعتی باشد که هم ارزان‌ترند و هم سازگار با محیط‌زیست.

پژوهش دانشگاه صنعتی سهند نه‌تنها نشان می‌دهد که یک پسماند صنعتی خطرناک می‌تواند به یک منبع ارزشمند تبدیل شود، بلکه مسیر تازه‌ای برای توسعه فناوری‌های پاک در صنایع فلزی کشور و حتی جهان ارائه می‌دهد. بازیافت پسماندهای آلوده و تبدیل آن‌ها به جاذب‌های پیشرفته، می‌تواند یک مدل پایدار اقتصادی برای صنایع ایجاد کند و از بار آلودگی محیط‌زیستی کشور به‌طور قابل‌توجهی بکاهد.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Clean-up of wastewater discharged from zinc industry through application of zeolite ۴A produced from a waste contaminated by lubricant oil components در نشریه Journal of Hazardous Materials به چاپ رسیده است.