روشی نوین برای حذف آلاینده ها و پاک سازی آلودگی هوا

درک بیشتر از پویایی واکنش های شیمیایی منجر به مدل های بهتر شیمی جوی می شود. دانشمندان، از طریق این یافته در حال کشف یک ماده شیمیایی کلیدی هستند که می تواند برخی از آلودگی های مهم هوا را از بین ببرد. دانشمندان معتقدند که این مولکول ها به مسائل بهداشتی کمک می کنند.
تقریباً تمامی سوخت‌های فسیلی دارای گوگرد هستند که در جریان احتراق به صورت دی‌اکسید گوگرد وارد هوا می‌شود. تقریبا همه دی‌اکسید گوگرد انسان ساخت، ناشی از مصرف سوخت‌های فسیلی است. مقدار گوگرد در سوخت‌ها و فرآورده‌های نفتی با هم تفاوت دارد.
تنگ شدن راه‌های هوایی تنفس، اسپاسم برونش (Bronchospasm)، سرفه شدید، سوزش چشم و مجاری تنفسی، کاهش کارایی تنفسی و تنگی نفس، کم شدن عمق تنفس و در نهایت تشدید عوارض قلبی و عروقی و تنفسی از اثرات بهداشتی منتسب به دی‌اکسید گوگرد به شمار می‌رود. اگر چه دی‌اکسید‌گوگرد و دیگر اکسیدهای گوگرد بسیار مورد مطالعه قرارگرفته‌‌اند، اما بسیاری از سؤالات در مورد اثرات دی‌اکسید‌گوگرد بر سلامت بدون پاسخ مانده‌‌اند. به دلیل اینکه اکسیدهای گوگرد تمایل دارند که در اتمسفر آلوده حاوی مواد معلق و رطوبت بالا وجود داشته باشند، در نتیجه مطالعات اپیدمیولوژیک بسیار کمی قادرند که اثرات آلاینده‌های مجزا را به قدر کافی از هم متمایز سازند.
از اکسیدهای نیتروژن، دی اکسید نیتروژن بالاترین غلظت را در هوای آزاد دارد.
دی اکسید نیتروژن به رنگ قرمز مایل به نارنجی نزدیک به قهوه‌ای و دارای نقطه جوش 21/1 درجه سانتیگراد و فشار جزئی کم است که آن را در حالت گازی نگه می‌دارد. این گاز خورنده، اکسیدان قوی و از نظر فیزیولوژیکی محرک مجاری تحتانی تنفسی و سمی است. سمیت آن چندین برابر NO است. مهم‌ترین منابع انسانی انتشار NO2 فرآیندهای احتراق نظیر وسایط نقلیه، سیستم‌های گرمایش و نیروگاه‌ها می‌باشد.
ساکنان برخی کشورهای درحال توسعه با سطح خطرناکی از آلودگی هوا مواجه هستند.
تحقیقات اخیر، که تحت نظارت آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی ایالات متحده انجام شده، منجر به کشف جدیدی از یک ماده شیمیایی کلیدی شده است که می تواند برخی از آلاینده های مهم هوا را از بین ببرد.
استفن کلیپنشتاین و همکارانش در دانشگاه پنسیلوانیا، بر Criegee intermediate که یک کربونیل اکسید است و شامل مولکولهایی که قادر به تجزیه دی اکسید گوگرد و دی اکسید نیتروژن هستند، را مورد بررسی قرار داد.
به گفته ی کلیپنشتاین: “از تطابق کار نظری و داده های تجربی ما به طور شگفت انگیزی منجر به ارائه دیدگاه های مهم در پویایی واکنش های شیمیایی شده است”
طبق گفته کلیپنشتاین، این تحقیق، مدل هایی برای شیمی جوی را بهبود می بخشد. همچنین کار تیمی یک نظریه عمده برای پیش بینی واکنش های شیمیایی را تایید می کند.
این کار به محققان اجازه می دهد که تجزیه – یا جدا شدن مولکول به اتم ها -Criegee intermediate به روش جدید را درک کنند. به گفته ی کلیپنشتاین “این تحقیق نشان می دهد که درک ما از تونل زدن بر روی یک سیستم مولکولی اهمیت حیاتی در درک شیمی جوی دارد، او یک متخصص برجسته در بخش شیمیایی و مهندسی آرگون است که محاسبات نظری را انجام داد.
محققان نشان دادند که تونل زنی مکانیک کوانتومی میزان تولید رادیکال های هیدروکسیل در واکنش های اکسیدشدن آلکن ها توسط ازن(واکنش ارگانیک) را به شدت افزایش می دهد که باعث ایجاد اختلالات چندگانه در شرایط جو می شود. رادیکال های هیدروکسیل به علت نقش آنها در شکستن بسیاری از آلاینده ها مهم هستند، گرچه در غلظت های زیاد، رادیکال های هیدروکسیل نیز به تشکیل دود کمک می کنند.
تیم تحقیقاتی که شامل مارشا لستر و آمی گرین از دانشگاه پنسیلوانیا است، نیز نتایج مطالعه ی قبلی را به دست آورد. این تحقیق نشان داد که چگونه ترکیب آزمایش های مبتنی بر لیزر با فرض علمی و یافته های آرگون محققان می توانند تجزیه Criegee intermediate را بهتر درک کنند.
این تیم با استفاده از جایگزینی اتمهای دتریم برای اتمهای هیدروژن موفق به مطالعه نحوه تولید هیدروکسیل شد. خواص شیمیایی اتمهای دتریم همانند اتمهای هیدروژن هستند، اما چون آنها دو برابر بزرگتر در جرم هستند، سرعت تونل شدن آنها بسیار کم است.
محققان از شیمی مصنوعی برای تولید مولکول های تبدیل شده به دتریم استفاده کردند، که به آنها اجازه دادند که اتم های هیدروژن را به صورت های مختلف جایگزین کنند، در حالی که همه چیز را بدون تغییر باقی می گذارند.
این تحقیق در آرگون توسط وزارت انرژی پشتیبانی شد و در حالیکه کار در دانشگاه پنسیلوانیا توسط بنیاد ملی علوم پشتیبانی شده است.
اخیرا این تیم نتایج خود را در یک مقاله با عنوان “Selective deuteration illuminates the importance of tunneling in the unimolecular decay of Criegee intermediates to hydroxyl radical products.”منتشر کرده است.

زیر نویس:

1A Criegee intermediate (also called a Criegee zwitterion or Criegee biradical) is acarbonyl oxide with two charge centres. These molecules help to break

2Ozonolysis is an organic reaction where the unsaturated bonds of alkenes, alkynes, or azo compounds are cleaved with ozone

اوزونولیز یک واکنش ارگانیک است که در آن اوربیت های غیر اشباع آلکن ها، آلکین ها یا ترکیبات آزوئی با ازن اتمسفر از هم جدا می شوند.

3-دوتریوم یا هیدروژن سنگین همان عنصر هیدروژن است که علاوه بر پروتون یک نوترون نیز درون هسته ی آن وجود دارد. در ترکیب با اکسیژن و تشکیل آب اگر مولکول آب توسط دوتریم تشکیل شود به آن آب سنگین می‌گویند. درهسته ی هیدروژن سبک نوترون وجود ندارد.

منبع:

Materials provided by DOE/Argonne National Laboratory. Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

1. Amy M. Green, Victoria P. Barber, Yi Fang, Stephen J. Klippenstein, Marsha I. Lester. Selective deuteration illuminates the importance of tunneling in the unimolecular decay of Criegee intermediates to hydroxyl radical products. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017; 114 (47): 12372 DOI: 1073/pnas.1715014114