پساب رنگي توليد شده از صنايع نساجي و توليد رنگ بيشتر، داراي آثار سمي روي اكوسيستم¬هاي آبي است. اين رنگ¬ها و محصولات ناشي از تخريب آن¬ها، داراي خواص سمي و سرطان¬زايي براي انسان¬ و گونه¬هاي ميكروبي آبزيان است كه مشكلات زيست محيطي فراواني ايجاد ميكند. در سال¬هاي اخير فرآيند اكسيداسيون پيشرفته به عنوان روشي جايگزين به جاي روش¬هاي مرسوم حذف آلاينده¬هاي آلي پيشنهاد شده است. از آنجائي كه دي اكسيد تيتانيوم از نظر شيميايي و بيولوژيكي خنثي بوده و داراي فعاليت بالا، پايداري زياد در برابر تابش نور، ارزان، غير سمي با قابليت فعال‌سازي مجدد و آسان است، لذا به طور گسترده به عنوان فتوكاتاليست در فرآيند هاي تخريب فتوكاتاليستي مورد استفاده قرار گرفته است. يكي از اهداف اختراع مورد نظر، تغيير در اندازه شكاف انرژي دي اكسيد تيتانيوم و اصلاح آن با بارگذاري اكسيد آهن و افزايش مساحت سطح فتوكاتاليست از طريق مونت موريلونيت مي باشد كه با استفاده از آناليزهاي XRD ، SEM ، FT-IR و DRS به شناسايي كامپوزيت سنتز شده تاييد مي¬شود. روش سنتز كامپوزيت مورد نظر در اين اختراع دو مرحله اي بوده كه در مرحله اول سنتز تيتانيوم دي اكسيد/ اكسيد آهن به روش بارورسازي با كمك امواج اولتراسونيك و مرحله دوم نشاندن جاذب مونت موريلونيت به روش تلقيح بر روي كامپوزيت دو جزيي است. در اين روش از حلال اتانول به عنوان حلالي ارزان، بي خطر و قابل دسترس در كليه مراحل سنتز استفاده شد. از امواج التراسونيك براي سنتز كامپوزيت استفاده شد كه كاهش زمان را در پي داشت. همچنين از لامپ هاي مرئي جهت نور دهي و تخريب استفاده شد كه در مقايسه با نور فرابنفش خطرات بسيار كمتري داشت. از مونت موريلونيت به عنوان جاذبي قوي، در دسترس و نسبتا ارزان با مساحت سطح ويزه بالا و قابليت بازيابي مجدد استفاده شد. با اصلاح سطح تيتانيوم دي اكسيد به واسطه افزودن آهن اكسيد باند گپ انرژي كاهش يافته و فعاليت نوري كامپوزيت به محدوده نور مرئي انتقا يافت. عملكرد اين فوتوكاتاليست براي تخريب رنگ مورد ارزيابي قرار گرفت كه تخريب بسيار بالايي را در پي داشت.

از آن‌جايي كه فرآيندهاي فوتوكاتاليستي زمينه تحقيقاتي مهم در حل مسائل زيست محيطي بشر محسوب مي‌گردند، پژوهش‌هاي بسيار زيادي براي سنتز فوتوكاتاليست‌هاي جديد با شرايط بهينه و بازدهي بالا جالب توجه بوده و در حال انجام مي‌باشند. اخيرا به كارگيري دسته جديدي از تركيبات متخلخل به نام چارچوب‌هاي آلي- فلزي (MOFs) به عنوان فوتوكاتاليست توجه محققان را به خود جلب كرده‌اند. كه اين توجه به دليل اندازه حفرات و مساحت سطح بالاي آن‌ها بوده كه در جذب آلاينده‌ها در فرآيند تخريب فوتوكاتاليستي حائز اهميت بسيار بالايي مي‌باشد. بنابراين يافتن روش‌هاي سنتز آسان و مؤثر اين تركيبات كاربردي، مي‌تواند بهره‌مندي از آنها را به عنوان فوتوكاتاليست‌هايي با پتانسيل بالا تسهيل نمايد. در اين بررسي، چارچوب آلي- فلزي آهن-1و3و5 بنزن تري كربوكسيليك (Fe-BTC) به روش اولتراسونيك در فشار محيط سنتز شده است. تأثير دما (50 و 70 درجه سانتيگراد) و زمان تابش امواج مافوق صوت (90 و 120 دقيقه) در سنتز نمونه هاي Fe-BTC براي به دست آوردن بازدهي بالاي آنها به عنوان فوتوكاتاليست بررسي شده است. از مزاياي اين روش مي‌توان به هزينه پايين و آساني فرآيند سنتز، سازگاري با محيط و كاهش زمان واكنش نام برد. هم‌چنين دستيابي به ذرات كوچك‌تر و يكنواخت‌تر نسبت به نمونه‌هاي سنتزي به روشهاي متداول مانند هيدروترمال (در مقياس ميكرومتر) اشاره كرد. نتايج تخريب فوتوكاتاليستي عملكرد خوب نمونه‌هاي Fe-BTC سنتزي ( تقريبا 50% تخريب) را نشان داده است. افزايش دما و زمان تابش اولتراسونيك موجب افزايش عملكرد فوتوكاتاليستي نمونه Fe-BTC70-120 به علت دستيابي به ذراتي با اندازه كوچك‌تر و مورفولوژي همگن‌تر و بازتركيبي كم‌تر الكترون/حفره نسبت به نمونه‌هاي ديگر گرديده است.

در طي چند سال اخير شبكه هاي آلي-فلزي كه نوع جديدي از مواد با خاصيت دوگانه ي آلي-غيرآلي هستند با سرعت چشم گيري در حال پيشرفت هستند. استفاده از اين مواد در فرايند هاي تصفيه پساب هاي آلي از جمله فرايندهاي غشايي، جذب، كاتاليستي و فتوكاتاليستي در ميان ديگر موارد استفاده ي اين گونه مواد توانسته است جايگاه ويژه اي را در ميان علاقه مندان به اين رشته و محققان اين زمينه به دست آورند. در مقايسه با فتوكاتاليست هاي نيمه هادي معمولي، اين شبكه ها در تخريب آلاينده هاي آلي، از برتري هايي برخوردارند كه از جمله ي آن ها مي توان به اين نكات اشاره كرد: دارا بودن ساختار هاي قابل تعريف كريستالي در خصيصه يابي و مطالعه بر روابط خصوصيات ساختاري اين فتوكاتاليست هاي جامد مؤثر است، اين مواد با توجه به ماهيت سنتزي خود كه قابل مدل كردن مي باشد، مي توانند در سطح مولكولي نيز مورد بررسي قرار گيرند، قابل تنظيم بودن مراكز فعال فلزي و ليگاند هاي آلي. در اين بين از جمله بهترين ساختار ها مي توان به كريستال هاي زئوليتي با اتصال دهنده هاي ايميدازولايت اشاره كرد كه يكي از پايدارترين آن ها شبكه ZIF-11 مي باشد. از اين ساختار مي توان در تخريب فتوكاتاليستي آلاينده هاي آلي از جمله رنگ ها (متيلن بلو، ردامين، متيل اورانژ و ...)، پساب هاي دارويي (تترا سايكلين، استامينوفن و ...) و ساير پساب هاي صنعتي كه حاوي مواد آلي باشند، تحت تابش نور فرابنفش استفاده كرد. از اين اختراع در جهت تخريب فتوكاتاليستي رنگ متيلن بلو در يك راكتور فتوكاتاليستي ناپيوسته استفاده شده و نتيجه ي مطلوبي نيز دريافت شده است كه حاكي از تخريب سريع، آسان و مقرون به صرفه اين آلاينده مي باشد. ZIF-11 توانسته است در مدت زمان كوتاه 30 دقيقه مقدار متيلن بلو را به ميزان 84 درصد كاهش دهد. همچنين با استفاده از آناليز هاي مشخصه يابي اين فتوكاتاليست (PXRD، FESEM، EDX، DRS، FTIR) به شناسايي مشخصات آن پرداخته ايم.

مطالعات بسياري با هدف درك فرآيندهاي اساسي و ساختاري و افزايش كارآيي فتوكاتاليست ها به ويژه براي كنترل آلودگي آب، هوا و خاك انجام شده است. در روش تجزيه فتوكاتاليستي از كاتاليزورهاي نيمه هادي استفاده مي شود و دليل افزايش جذابيت اين روش امكان استفاده از اكسيژن اتمسفري به عنوان اكسيد كننده، انجام فرآيند تحت شرايط محيطي و امكان معدني شدن كامل مواد آلي به آب، دي اكسيد كربن و اسيدهاي معدني مي باشد. به همين دليل، اخيرا فرايند فتوكاتاليزوري به عنوان يك روش سبز در تصفيه آب از آلاينده‌هاي آلي و معدني بسيار مورد توجه قرار گرفته است. در اين اختراع، نانوفتوكاتاليست صفحه اي شكل اكسيد روي/ اكسيد آهن به روش رفلاكس ساده سنتز شد. ويژگي اين نانوفتوكاتاليست با استفاده از آناليزهاي XRD، SEM، EDX و DRS مورد ارزيابي قرار گرفت. آناليز XRD ساختار شش وجهي اكسيد روي و ساختار شش وجهي اكسيد آهن را به صورت فاز هماتيت بدون هيچ گونه ناخالصي نشان داد. تصاوير SEM الگوي نانوصفحه اي را با ابعادي حدود 30 نانومتر براي نانوكامپوزيت سنتز شده نشان داد. پهناي باند نانوكامپوزيت با استفاده از آناليز DRS مورد بررسي قرار گرفت و برابر با (eV) 2.27 و 3.29 به ترتيب در دو محدوده فرابنفش و مرئي بدست آمد. از مزاياي اين روش مي توان به پايين بودن دماي واكنش و آساني روش تهيه آن اشاره نمود.

در اين اختراع، يك روش ساده و موثر جهت سنتز دي اكسيد تيتانيوم با دي اكسيد آهن و نقره با هدف تخريب آلاينده¬هاي آلي، دارويي، رنگ¬¬ها در فرآيند فتوكاتاليستي ارائه شده است. روش سنتز مورد استفاده بارورسازي به كمك آلتراسونيك بوده و سايز ذرات سنتز شده كم¬تر از 50 نانومتر مي¬باشد. حضور دي اكسيد آهن موجب كاهش انرژي باندگپ و افزايش دامنه فعاليت فتوكاتاليست به نور مرئي مي¬شود. تلقيح ذرات دي اكسيد آهن و نقره بر روي ذرات دي اكسيد تيتانيوم به كمك اختلاط با دستگاه همزن-مگنت صورت گرفته و پس از آن جهت تلقيح بهتر و موثرتر از حمام آلتراسونيك نيز استفاده شده است. ذرات نقره هم چون واسطي عمل كرده و با جلوگيري از تركيب مجدد حفره و الكترون، منجر به افزايش راندمان فرآيند فتوكاتاليستي مي-شود. نانومتر بودن سايز ذرات موجب افزايش سطح تماس و نيز افزايش سايت¬هاي موثر براي انجام واكنش فتوكاتاليستي مي¬شود.

زئوليت يك ماده معدني است كه بيشتر از آلومينوسيليكات تشكيل شده و كاربرد تجاري عمده آن در صنايع به عنوان جاذب سطحي است. زئوليت‏ها به‏سبب ويژگي‏هايي مانند پايداري حرارتي و بازيابي مجدد، به‏عنوان يكي از پراهميت‏ترين پايه‏هاي كاتاليست‏ها شناخته شده‏اند. زئوليت كلينوپتيلوليت براي اولين بار در چك اسلواكي كشف شد و از نظر شكل بلور: پهن و كوتاه و از نظر رنگ بسته به پتاسيم و كلسيم موجود رنگ‏هاي مختلفي از جمله سفيد، قرمز، سبز دارد، در رده‌بندي سيليكات قرار داشته و منشأ تشكيل آن هيدروترمال مي‏باشد. از ميان روش‏هاي مختلف تصفيه اكسيداسيون پيشرفته، روش فتوكاتاليستي به علت بهره بالا، قيمت مناسب، سازگاري با محيط‏زيست و تجهيزات مورد نياز كم از اهميت ويژه‏اي برخوردار است. كلمه فتوكاتاليست تركيبي از دو كلمه فتو و كاتاليست است و نقش نور و كاتاليست را توأماً در تسريع يك واكنش شيميايي نشان مي‏دهد. در فتوكاتاليست بر اثر تابش نور يك جفت الكترون - حفره ايجاد مي‏شود كه در واكنش شركت مي‏كند و باعث تسريع واكنش مي‏شود. كاربرد فتوكاتاليست‏ها در تصفيه آب تقريبا بازار پويايي به‏خود اختصاص داده‏است. در اين اختراع، ابتدا زئوليت كلينوپتيلولايت با روش مايكرويو سنتز شده و نقره به آن افزوده مي شود. نقره به دليل خواص منحصر به فردش از جمله، سازگاري با محيط زيست، مضر نبودن براي انسان و همين طور خاصيت ميكروب كشي بالا كاربردهاي بسيار وسيعي در عرصه صنعت پيدا كرده است. زئوليت كلينوپتيلولايت به طور خالص براي اولين بار به روش تابش امواج مايكروويو در 90 دقيقه در دماي 145 درجه سانتي‏گراد سنتز گرديد، سپس با داپ كردن نقره بر روي آن نوتركيب فتوكاتاليست زئوليت كلينوپتيلولايت - نقره براي اولين بار به روش امواج مايكروويو تهيه شد. ويژگي اين فتوكاتاليست با استفاده از آناليزهاي XRD، SEM، FTIR و DRS مورد ارزيابي قرار گرفت. از مقايسه الگوي پراش اشعه ايكس زئوليت‏هاي كلينوپتيلولايت و كلينوپتيلولايت – نقره، به‏جز كاهش جزئي در شدت پيك‏هاي زئوليت كلينوپتيلولايت – نقره هيچ‏گونه تغيير ديگري مشاهده نمي‏شود و اين خود دليلي بر اين مدعاست كه ساختار زئوليت در حين فرآيند تبادل يوني و كپسوله‏شدن كاتيون‏هاي نقره دچار تخريب نشده است. ذرات نقره هم چون واسطي عمل كرده و با جلوگيري از تركيب مجدد حفره و الكترون، منجر به افزايش راندمان فرآيند فتوكاتاليستي مي شوند. از مزاياي اين روش مي‏توان به كوتاه بودن زمان واكنش و صرفه جويي در انرژي و وقت اشاره كرد. از اين محصول مي توان براي تصفيه پسابهاي صنعتي و تبديل آنها به مواد كم خطر مانند دي اكسيد كربن و آب استفاده نمود.

دي اكسيد تيتانيوم در ميان فوتوكاتاليست¬هاي نيمه¬هادي كه براي حذف تركيبات آلي در فاز آبي و گازي مورد بررسي قرار گرفته‌اند، داراي فعاليت فوتوكاتاليستي بالايي است. با اين حال سطح ويژه نسبتا پائين (m2/g 50) همچنين شكاف انرژي بزرگ آن (eV 2/3)، استفاده بهينه از بخش اعظم نور خورشيد و دستيابي به راندمان بالا در فرايند¬هاي تخريب فوتوكاتاليستي را با محدوديت روبرو مي¬كند. سنتز ساختار¬هاي متخلخل از فوتوكاتاليست و حساس¬سازي تيتانيا به جذب نور مرئي، راهكاري است كه در پژوهش¬هاي بسياري براي غلبه بر اين موانع مورد بررسي قرار گرفته است. در اين اختراع، دي اكسيد تيتانيوم اصلاح شده از طريق دوپ همزمان با گونه¬هاي فلز و نافلز (مس و نيتروژن) بر پايه مزوپور سيليكا بفرم آئروژل به روش سل-ژل و در فشار محيط سنتز شده است. اصلاح تيتانيا به كمك مس و نيتروژن علاوه بر فعال¬سازي فوتوكاتاليست تحت تابش نور مرئي (كاهش شكاف انرژي تا 22 درصد) موجب كاهش ميل بازتركيبي حامل¬هاي بار مي¬گردد. از مزاياي اين روش مي¬توان به استفاده از پيش ماده¬ ارزان قيمت براي سيليكا (سديم سيليكات)، عدم نياز به تجهيزات خاص و گران قيمت براي سنتز به دليل استفاده از فرايند¬هاي سل-ژل و خشك¬سازي آئروژل در فشار محيط، همچنين دستيابي به ساختار بلوري از تيتانيا و مساحت سطح بالا (m2/g 87/493) از فوتوكاتاليست اشاره كرد. استفاده از پايه سيليكا بفرم آئروژل در نمونه سنتزي موجب افزايش راندمان تخريب اتيل بنزن از 33% تا 90% شده است. همچنين بكارگيري دو دوپنت متناسب فلز/نافلز بصورت همزمان در نمونه سنتزي موجب افزايش راندمان تخريب اتيل بنزن از 78% تا 90% شده است.

زندگي بشر وابستگي بسيار زيادي به محيط‌زيست دارد. ازاين‌رو تصفيه پساب‌هاي رنگي قبل از تخليه آن‌ها به محيط‌زيست بسيار حائز اهميت است. براي حذف رنگ‌ها و كاهش غلظت آن‌ها از روش‌هاي زيادي ازجمله فتوكاتاليست استفاده مي‌شود كه با سرعت زيادي در حال پيشرفت هستند. ازجمله بهترين ساختارها مي‌توان به منيزيم اكسيد و زئوليت كلينوپتيلوليت اشاره كرد. از اين ساختار مي‌توان در تخريب فتوكاتاليستي آلاينده‌هاي آلي ازجمله رنگ‌ها (متيلن‌بلو، متيل‌اورانژ و ...)، پساب‌هاي نساجي و ساير پساب‌هاي صنعتي كه حاوي مواد آلي باشند، تحت تابش نور مرئي و فرابنفش استفاده كرد. از اين اختراع در جهت تخريب فتوكاتاليستي رنگ متيلن‌بلو در يك راكتور فتوكاتاليستي استفاده‌شده و نتيجه‌ي مطلوبي نيز از خود نشان داد كه حاكي از تخريب آسان، سريع و مقرون‌به‌صرفه اين آلاينده مي‌باشد. تمامي نمونه‌هاي MgO/Cp در مدت‌زمان 60 دقيقه توانسته‌اند عملكرد خوبي از خود نشان دهند. اين ماده فتوكاتاليست توانست به‌صورت جذب 99.64 درصد آلاينده را تخريب كند و با تابش نور UV مقدار متيلن بلو را به ميزان 99.96 درصد تخريب كند و همچنين با استفاده از نور مرئي توانسته است اين مقدار تخريب را به 23/99 درصد برساند. همچنين براي شناسايي فتوكاتاليست، از آناليزهاي مشخصه يابي XRD، FESEM، EDX، DRS،FTIR و BET استفاده شد.

اين اختراع مرتبط با حوزه‌ي تصفيه پساب‌هاي داروئي مي‌باشد. امروزه بسياري از آلاينده هايي كه در آب شناسايي شده اند به عنوان آلاينده نوظهور تلقي مي شوند. يكي از مهم ترين اين آلاينده ها، آلاينده هاي دارويي نوظهور هستند. تركيبات دارويي به دليل كاربرد وسيع در درمان بيماري ها، ممانعت از نفوذ نور به داخل آبها، انتشار ژن هاي مقاوم آنتي بيوتيكي، تغييرات زيستي و انواع بيماري هاي خطرناك، افزايش ميزان اكسيژن خواهي شيميايي آب ها، آلودگي خاك مزارع و در نتيجه توليدات كشاورزي و ... به عنوان يك گروه از مواد شيميايي آلاينده محيط زيست، نگرانـي هـاي بسياري را ايجاد كرده اند كه به دليل مصرف بالا، پتانسيل آسيب قابل ملاحظه اي به محيط زيست دارند. هدف از اين اختراع سنتز يك فتوكاتاليست جديد به منظور تخريب و حذف تركيبات دارويي موجود در پساب هايي همچون پساب صنايع داروسازي، فاضلاب بيمارستاني، فاضلاب خانگي، پرورش ماهي و ...است. فلذا در اين اختراع امكان‌سنجي تخريب آلاينده مدل تتراسايكلين طي فرآيند فتوكاتاليستي، تحت تابش نور هاي مرئي و فرابنفش و توسط ماده اي است كه براي اولين بار به وسيله مخترع سنتز شده است

يكي از معضلاتي كه بشر، بحران كم آبي مي‌باشد. پساب خارج شده از كارخانجات نساجي نه تنها عامل از بين رفتن محيط زيست مي‌شود بلكه تاثيرات اجتناب ناپذيري بر روي سلامت انسان‌ها و موجودات زنده دارد. فيلتراسيون غشايي به دليل كيفيت بالاي آب خروجي و مناسب براي جداسازي اكثر آلاينده‌ها مورد توجه محققان قرار گرفته است. اخيراً از تكنيك ژئوپليمريزاسيون به دليل مقرون به صرفه بودن و همسازگاري با محيط زيست براي سنتز غشاها استفاده شده است تا جايگزين سنتز غشاهاي سراميكي معمولي شود. ما نيز به سنتز غشاي ژئوپوليمري بر پايه سرباره فسفر به همراه فعال كننده هاي قليايي براي تصفيه انواع پساب‌ها از جمله پساب كارخانجات نساجي پرداخته ايم. بدين منظور در سنتز اين غشا از سرباره فسفر به عنوان ماده پايه(86 درصد وزني)، مولايت براي افزايش استحكام غشا(8درصد وزني)، ميكروسيليس براي افزايش تخلخل (6درصد وزني) و فعال كننده‌هاي قليايي (سديم سيليكات و سديم هيدروكسيد) با مدول سيليس 0.57 به همراه آب مقطر استفاده شده است. غشا دايره اي عمل آوري شده داراي قطر mm65 و ضخامت mm5 بوده و نتايج بررسي عملكرد غشا، جداسازي بيش از 96.9%پساب متيلن بلو در غلظت هاي متفاوت از آن و مقاومت فشاري MPa 50 را نشان مي دهد.