ابتكر علماء روس محفزات ضوئية جديدة، وهي مواد قادرة على تحويل الأوكسجين تحت تأثير الضوء المرئي إلى شكله النشط، الذي يمكنه تحليل المركبات العضوية السامة، وأرخص بعشرات المرات من استخدام التقنيات الحالية.
أثناء تشغيل شركات النسيج والأدوية، تنتج لدينا النفايات الكيميائية، على سبيل المثال، الهيدروكربونات العطرية أو المواد الوسيطة للأدوية التي تشكل خطرا على البيئة. عادة، يتم تنفيذ مثل هذه التفاعلات باستخدام ما يسمى بالأوكسجين المفرد، وهو جزيء ذو طاقة أعلى من الأوكسجين العادي. بفضل هذه الطاقة، يتحد الأوكسجين المفرد بشكل أكثر نشاطًا مع المواد العضوية ويؤكسدها بقوة أكبر، ولهذا السبب يتم تدمير هذه الأخيرة.
الآن يتم إنتاج الأوكسجين المفرد باستخدام مصابيح الأشعة فوق البنفسجية والمحفزات المعدنية، ولكن لها عيبان: فهي باهظة الثمن وخطيرة أيضًا على الكائنات الحية في الماء، على سبيل المثال، تقتل العوالق النباتية التي تتغذى عليها الأسماك. ولذلك، يبحث العلماء عن طرق أرخص وأكثر أمانا لإنتاج الأوكسجين المفرد لتحليل النفايات العضوية الخطرة وصنع الأدوية.
وقام علماء من جامعة إيفانوفو للتكنولوجيا الكيميائية بتوليف ستة محفزات ضوئية "تنتج" الأوكسجين المفرد تحت تأثير الضوء المرئي (المصابيح الشمسية أو مصابيح "ليد"). ويرجع ذلك إلى حقيقة أن المحفز يستقبل الطاقة الضوئية ثم ينقلها إلى جزيئات الأوكسجين، وبالتالي تنشيطها.
وجد مؤلفو الدراسة أنه في الضوء، قامت هذه المحفزات الضوئية بتحويل الأوكسجين العادي إلى أوكسجين منفرد بكفاءة تتراوح بين 49% إلى 62%. وبالمقارنة، فإن المحفزات المستخدمة على نطاق واسع والتي تعتمد على مركبات التيتانيوم والتنغستن توفر كفاءة تحويل تصل إلى 30%.
يقول إيفان سكفورتسوف، رئيس المشروع في جامعة إيفانوفو للتكنولوجيا الكيميائية: "نحن نخطط لاختبار المحفزات الضوئية بتركيبات كيميائية مختلفة، وكذلك اختبارها جنبًا إلى جنب مع المواد الأخرى التي تحلل الملوثات، مثل ثاني أكسيد التيتانيوم، ونيتريد الكربون، والغرافين. وهذا لن يؤدي فقط إلى تحسين خصائص المحفزات الضوئية المستخدمة حاليًا، بل سيؤدي أيضًا إلى تطوير جديدة منها وبالتالي تحسين تقنيات تحلل المركبات الكيميائية السامة في الماء".
ووفقًا للباحثين، يمكن استخدام المحفزات الضوئية الناتجة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي في المصانع، لأنها تحت تأثير الضوء منخفض الطاقة الصادر عن مصابيح "ليد" الرخيصة نسبيًا، يمكنها تحويل الأوكسجين العادي إلى شكل فردي. وهو بدوره سوف يدمر الوسطيات الدوائية والهيدروكربونات العطرية ويتحول إلى ماء وثاني أكسيد الكربون.
ووفقًا للعلماء، فإن استخدام الضوء المرئي لإنتاج الأوكسجين المفرد سيقلل بشكل كبير من تكلفة عملية التنقية، نظرًا لأن مصابيح "ليد" أرخص بنسبة 65-70 مرة في المتوسط من مصابيح الأشعة فوق البنفسجية.
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت التجارب أن المحفزات الضوئية التي حصل عليها العلماء تحول الكبريتيدات إلى سلفوكسيدات، وهي جزء من أدوية العلاج المضاد للسرطان وعلاج أمراض الجهاز العصبي، بكفاءة تصل إلى 100%.
ووفقا للدراسة التي صرحت بها مؤسسة العلوم الروسية لوكالة "سبوتنيك"، يعتقد المؤلفون أنه يمكن استخدام المحفزات الضوئية الجديدة حتى ألف مرة دون فقدان الكفاءة، وهو ما يشبه المحفزات الضوئية المستخدمة في الصناعة لتكوين السلفوكسيدات.