محققان پژوهشكده مهندسي جهاد كشاورزي به توليد نانوذرات دي اكسيد تيتانيوم با كاربرد وسيع در صنعت نانوپودرها موفق شدند.
مهندس افشين ابراهيمي، عضو هيات علمي پژوهشكده مهندسي جهاد كشاورزي و مجري اين طرح با اشاره به تلاش پژوهشكده در جهت دستيابي به زيرساخت‌هاي فن‌آوري نانو اظهار كرد: با توجه به گستردگي كاربرد پودر دي اكسيد تيتانيوم (TiO2) و محصولات جانبي آن به دليل ويژگي‌هاي منحصر به فرد اين ماده مي توان به استفاده در گستره وسيعي از فرآيندها و محصولات با كاربردهاي مختلف از قبيل استفاده به عنوان پايه كاتاليست ها، پر كننده يا فيلرها و بسياري كاربردهاي متنوع ديگر اشاره كرد.
دانشمندان و محققان در حوزه فن‌آوري نانو در ساليان اخير رويكرد خاصي به توليد اين ماده در مقياس‌هاي ميكروني و نانومتري داشته اند، چرا كه با توجه به ايجاد خواص ويژه در ذرات بسيار ريز اين نيمه هادي، توليد اين ماده در مقياس نانو از اهميت خاصي برخوردار مي‌شود.
به گزارش ایسنا، وي درباره گسترش روز افزون كاربرد نانوذرات دي‌اكسيد تيتانيوم گفت: اين ماده در تصفيه آب، تصفيه و فيلتراسيون گازها به ويژه هوا، گندزدايي، رنگ‌زدايي، بوزدايي، ساخت سراميك هاي ويژه، از بين بردن سلول‌هاي سرطاني، ساخت فتوكاتاليست‌ها ، توليد رنگ‌، كاغذ سازي، توليد لوازم بهداشتي و آرايشي، تهيه پوشش‌هاي محافظ در مقابل اشعه ماوراء بنفش، پوشش دادن ساير مواد و خلاصه هر كجا كه نياز به پوشانندگي و درخشندگي باشد، مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
ابراهيمي تصريح كرد: اين ماده همچنين مي‌تواند به عنوان يك فتوكاتاليست براي تجزيه اكسيدهاي نيتروژن و تبديل آنها به نيتروژن و اكسيژن و يا تجزيه مواد آلي و تبديل آنها به دي اكسيد كربن و آب به كار رود كه اين كاربرد مي‌تواند تاثير بسزايي در كاهش آلودگي‌هاي محيطي به ويژه در شهرها و فضاهاي بسته داخلي داشته باشد. حذف بوي نامطبوع و تجزيه سموم آلي و معدني و ميكروارگانيسمهاي مضر و بيماري‌زاي موجود در آب و فاضلاب كاربرد عمده‌ ديگر اين ماده است كه پژوهش در اين زمينه با همكاري يكي از دانشگاه‌هاي كشور آغاز شده است.
وي در ادامه به ساختارهاي مختلف دي اكسيد تيتانيوم اشاره كرد و گفت: دي اكسيد تيتانيوم داراي سه ساختار رايج بروكيت، آناتاز و روتايل است كه هر سه، خواص شيميايي كمابيش يكساني داشته ولي خواص بلوري آنها متفاوت است به طوري كه پايدار‌ترين شكل اين ماده روتايل بوده و ساير حالات در دماي به خصوصي به اين حالت تبديل مي‌شوند، همچنين آناتاز بالاترين مصرف تجاري را داشته اما به ندرت به صورت معدني خالص وجود دارد.

عضو هيات علمي پژوهشكده مهندسي جهاد كشاورزي در تشريح روند توليد اين محصول به ايسنا گفت: پس از انجام آزمايش‌هاي اوليه كه با سه روش هم رسوبي، سل ـ ژل و ميكروامولسيون انجام شد، نتايج حاصل نشان داد كه روش سل ــ ژل مناسب‌ترين و اقتصادي‌ترين روش است، ضمن آن كه خشك كردن ذرات دي اكسيد تيتانيوم توسط فريزدراير، منجر به ايجاد فاز آمورف يا بي شكل مي شو‌د و لازمه استحصال محصول آناتاز و روتايل اعمال حرارت در دماي بيش از 300 درجه سانتي‌گراد است كه امكان كنترل دقيق درصد هاي فازي در اين روش به دست آمده است.
اين پژوهشگر در گفت و گو با ايسنا با اشاره به اين كه خشك كردن ذرات به دو صورت اگزروژل و كرايوژل با نتايج متفاوت صورت گرفته است، اظهار كرد: با توجه به اين كه روش سل ــ ژل تنها روشي است كه به كمك آن مي‌توان هم نانو ذره و هم فيلم لايه نازك تهيه كرد و مواد اوليه مورد استفاده در آن نسبت به ساير روش‌ها در دسترس‌تر بوده و پيچيدگي‌ خاصي ندارد، روش مطلوب‌تري است و بدين ترتيب توليد نانو ذرات توسط روش سل ــ ژل و خشك كردن انجمادي نمونه‌ها و سپس حرارت دادن نمونه در كوره بهترين نتيجه را مي‌دهد و تنها نكته مهم در آن كنترل شرايط حرارتي است كه نه تنها در اندازه ذره بلكه در كليه خواص فيزيكي آن تاثيرگذار است.
وي افزود: طبق نتايج حاصله در روش سل ــ ژل مواد اوليه كمتري مورد استفاده قرار مي‌گيرد كه حذف آنها نيز نسبت به ساير روش‌ها بهتر انجام مي‌شود در نتيجه ناخالصي محصول كمتر شده و نيز كنترل شرايط فرايند نسبتا راحت‌تر است. به علاوه از اين روش مي‌توان هم براي تهيه نانو ذره و هم نانو پوشش استفاه كرد و براي توليد امولسيون كلوئيدي اوليه جهت پوش دادن و ايجاد لايه هاي نازك روش مناسب‌تري است.
مهندس ابراهيمي خاطرنشان كرد: طبق آزمايشات انجام گرفته توليد نانو ذرات دي اكسيد تيتانيوم با اندازه متوسط 10 نانومتر با روش سل ــ ژل و خشك كردن انجمادي و سپس كلسينه كردن امكان پذير است. همچنين توزيع اندازه ذرات بسيار يكنواخت بوده لذا از سطح ويژه بالايي برخوردار است كه آنرا جهت استفاده در فرآيندهاي فتوكاتاليستي مناسب مي‌نمايد.
عضو هيات علمي پژوهشكده مهندسي جهاد كشاورزي در گفت‌و‌گو با ايسنا تصريح كرد: همزمان با تحقيقات جهاني در اين زمينه، افزايش ساير مواد و دوپ كردن اين نيمه هادي با فلزات جهت بهبود خواص نوري و افزايش راندمان در شرايط نور مرئي در اين پژوهشكده آغاز شده است.
گفتني است اين طرح با همكاري مهندس ابراهيمي، مهندس ناهيد رئوفي، دكتر اخلاصي ، دكتر شاخصي، دكتر طهماسبي در پژوهشكده مهندسي جهاد كشاورزي انجام شده است.