نتایج تحقیقات کنونی نشان می‌دهد که نانومواد مبتنی بر خاک‌رس، راهکاری برای جذب دی‌اکسیدکربن و مبارزه با تغییرات اقلیمی ارائه می‌دهند.

محققان دانشگاه «پردو» آمریکا راهی برای استفاده از این ماده ساده و فراوان برای جذب مستقیم دی‌اکسیدکربن (CO₂) از هوا پیدا کرده‌اند که جایزه‌ R&D ۱۰۰ سال ۲۰۲۴ را از آن خود کرده و درخواست ثبت اختراع آن در حال انجام است.

نتایج این تحقیق می‌تواند به راه‌حل‌های جدیدی برای کاهش میزان دی‌اکسیدکربن در جو که چالشی فوری در مدیریت بحران جهانی آب‌وهواست، منجر شود.

ذرات کوچک رس و پتانسیل بزرگ

محققان دانشگاه «پردو» بیش از ۳۰ سال است که کانی‌های رسی را بررسی می‌کنند. با گذشت زمان، آنان جزئیات مهمی در مورد نحوه رفتار این ذرات کوچک کشف کرده‌اند.

محققان اظهار کردند: مواد معدنی رسی مساحت سطح فوق‌العاده بالایی دارند. یک قاشق غذاخوری خاک رس تقریبا مساحتی معادل یک زمین فوتبال آمریکایی دارد. بیشتر این مساحت سطح در منافذ داخلی خاک رس یافت می‌شود. طی دهه‌ها تحقیق، محققان دریافتند که این منافذ داخلی دارای مناطق قطبی و غیرقطبی هستند.

مهندسان می‌توانند با استفاده از ترجیح مولکول برای مناطق غیرقطبی در مقایسه با ترجیح آب برای مناطق قطبی، خاک رس‌هایی را طراحی کنند که به‌طور انتخابی دی‌اکسیدکربن را جذب می‌کنند.

تمرکز این تحقیق بر گروهی از خاک رس به نام اسمکتیت‌ها است که از رایج‌ترین نانومواد موجود در طبیعت هستند. مساحت سطح وسیع و اندازه کوچک، آنها را به کاندیداهای ایده‌آلی برای کاربردهای زیست‌محیطی، به ویژه برای جذب گازهایی مانند دی‌اکسیدکربن، تبدیل کرده است.

با تکیه بر تجربیات گذشته

این گروه در تحقیقات قبلی، بررسی کرد که چگونه خاک رس آلاینده‌های سمی را از آب جذب می‌کند. جانستون خاطرنشان کرد: کار قبلی ما بر جذب آلاینده‌های آلی سمی بر روی کانی‌های رسی از محلول آبی متمرکز بود.

محققان اظهار کردند: ما دریافتیم که انواع خاصی از اسمکتیت‌ها دارای سطوح آبگریز هستند و می‌توانند سطوح قابل‌توجهی از آلاینده‌های آبگریز، مانند ۲،۳،۷،۸- تتراکلرودی‌بنزودی‌اکسین، یکی از سمی‌ترین ترکیبات آلی شناخته شده، را جذب کنند.

دیوکسین‌ها، که اغلب نتیجه احتراق و فعالیت‌های صنعتی هستند، آلاینده‌های مضری هستند که در بسیاری از سایت‌های پاکسازی Superfund (مکانی آلوده به زباله‌های خطرناک) یافت می‌شوند. موفقیت مواد مبتنی بر خاک رس در جذب چنین سمومی به محققان این اطمینان را داد که از روش‌های مشابهی برای جذب گازهایی مانند دی اکسید کربن استفاده کنند.

مزایای شگفت‌انگیز خاک‌رس

تا همین اواخر، بیشتر تلاش‌ها برای جذب دی‌اکسیدکربن بر روی مواد پیشرفته مانند زئولیت‌ها، چارچوب‌های فلزی-آلی و جاذب‌های جامد مبتنی بر آمین متمرکز بود. با این حال، مواد معدنی خاک رس اغلب نادیده گرفته می‌شدند. آنها بیش از حد معمولی به نظر می‌رسیدند اما نتایج جدید این دیدگاه را تغییر می‌دهد.

این گروه بر روی نوع خاصی از اسمکتیت به نام ساپونیت تمرکز کرد. آنها بررسی کردند که چگونه ساپونیت دی‌اکسیدکربن و بخار آب را مدیریت می‌کند که هر دو برای فضا در منافذ ریز خاک رس رقابت می‌کنند.

محققان به جای گرم کردن خاک رس برای افزایش توانایی جذب آن، مسیر متفاوتی را در پیش گرفتند. آنها اثر رطوبت را بررسی کردند. کارشناسان دریافتند که ساپونیت در هنگام کم بودن رطوبت، جذب قوی دی‌اکسید کربن دارد. این رفتار با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته طیف‌سنجی و وزن‌سنجی تأیید شد.

این اولین باری است که محققان نشان داده‌اند که چگونه یک ماده معدنی رسی می‌تواند هم دی اکسیدکربن و هم بخار آب را در شرایطی نزدیک به آنچه در زندگی روزمره تجربه می‌کنیم یعنی غلظت‌های محیطی دی‌اکسید کربن و دمای اتاق جذب کند.

مقابله با بحران آب‌وهوا

پیامدهای این کشف امیدوارکننده است. با توجه به فراوانی و ارزان بودن خاک رس، می‌تواند راهی مقیاس‌پذیر برای جذب دی اکسید کربن از هوا ارائه دهد.

افراد می‌توانند از آن برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای از کارخانه‌ها یا ذخیره دی‌اکسیدکربن در زیر زمین استفاده کنند و آن را برای مدت طولانی از جو دور نگه دارند.

در جهانی که به دنبال راه‌حل‌های مقرون به صرفه و مقیاس‌پذیر برای بحران آب و هواست، ذرات ریز رس ممکن است نقش بسیار بزرگی داشته باشند.

طبق گزارش فیز، این تحقیق می‌تواند سبد مواد جاذب را برای پرداختن به یکی از چالش‌برانگیزترین مشکلات کره زمین گسترش دهد. رس‌ها می‌توانند منبعی ارزان، در دسترس و فراوان برای جذب دی‌اکسیدکربن از هوا و ابزاری قدرتمند در مقابله با تغییرات اقلیمی باشند.

نتایج کامل این تحقیق در مجله The Journal of Physical Chemistry C منتشر شده است.

انتهای پیام