در حال حاضر وجود آلاينده هاي سمي و خطرناك در محيط زيست و آبهاي آشاميدني كه منشأ آنها پساب و فاضلاب‏هاي صنايع شيميايي مختلف مي باشد، يكي از مشكلات عمده جوامع توسعه يافته است. پساب‌هاي رنگي حاصل از صنايع رنگ و نساجي به دليل ساختار پيچيده آروماتيكي و مصنوعي مواد رنگزا، از خطرناك‌ترين انواع پساب به شمار مي‌روند. رنگزاهاي آزو (-N=N-)به‌طور گسترده در صنعت نساجي، صنايع جوهر سازي، كاغذسازي، پلاستيك، مواد غذايي و لوازم‌آرايشي و بهداشتي استفاده مي‌شوند. تركيبات حاوي رنگزاي آزو براي موجودات آبزي، سمي، سرطان‌زا و جهش‌زا هستند. بنابراين حذف اين مواد رنگزا براي جلوگيري از آلوده سازي محيط‌زيست بسيار ضروري هست. روش‌هاي مختلف فيزيكي و شيميايي جهت حذف و تجزيه مواد رنگزا از پساب وجود دارد كه در اين ميان جذب سطحي يكي از فرآيندهايي است كه از گذشته تا كنون بيشتر مورد استفاده قرارگرفته و هدف اصلي انتقال آلاينده‌هاي موجود در محلول به سطح و جاذب و حذف كامل آلاينده است و از جاذب‌هاي مختلفي مانند كربن فعال، خاكستر، زغال كك و پليمرها استفاده‌شده است. دستيابي به جاذب هاي با كارآيي بالا و خواص مطلوب يكي از چالش‌هاي پيش روي فرآيندهاي جذب سطحي است. در اين اختراع نمونه نانوساختار لانتانيم منگنايت (LaMnO3) با مورفولوژي نانوميله به روش هيدروترمال در دماي پايين تهيه شد و مشخصه يابي هاي فيزيكي از قبيل XRD، TGA، FTIR و SEM انجام شد كه نتايج حاكي از تشكيل نانوساختار LaMnO3 خالص با مورفولوژي نانوميله بود. در ادامه جهت بررسي توانايي و قابليت جذب سطحي نمونه توليدشده، حذف متيل اورانژ از محلول آبي با استفاده از آن مورد مطالعه قرار گرفت و نتايج به دست آمده نشان داد كه با گذشت 15 دقيقه از شروع فرآيند جذب سطحي در pH مساوي 2 و مقدار جاذب 3/0 گرم بر ليتر و غلظت 10 ميلي گرم بر ليتر محلول آبي متيل اورانژ بيش از 96 درصد از رنگزاي مذكور حذف شد. فرآيند جذب سطحي مذكور از ايزوترم لانگموير تبعيت مي كند و ظرفيت جاذب بيش از 200 ميلي‏گرم بر گرم مي باشد. مطالعات سينتيكي نشان داد فرآيند جذب سطحي حذف رنگزاي متيل اورانژ از سينتيك شبه مرتبه دوم پيروي مي‌كند. همچنين از نمونه تهيه شده مي توان در پيل‏هاي سوختي جامد، يخچال مغناطيسي، كاربردهاي مغناطومقاومت، كاتاليزور استفاده نمود همچنين امكان تهيه كامپوزيت‏هاي نانوساختار مغناطيسي ا

در دهه‌هاي اخير پيشرفت ها در زمينه تصفيه شيميايي و كنترل و حذف آلاينده هاي آلي در آب منجر به بهبود روش هاي تجزيه اكسيداسيوني در به كارگيري روش هاي فوتوشيميايي و كاتاليزوري براي آلاينده هاي متعدد آلي موجود در آب شده است. پايه بسياري از روش‌هاي حذف و تصفيه آلاينده‌ها از آب‌هاي آلوده، فرآيندهاي اكسيداسيون پيشرفته است. در اين روش براي تجزيه مواد آلي از اكسنده‌هاي قوي، كاتاليست ها و تابش اشعه فرابنفش يا تركيبي از اين موارد استفاده مي‌شود. فرآيندهاي اكسيداسيون فوتوكاتاليستي كه اخيرا مطالعات زيادي روي آنها انجام گرفته جزء يكي از مهم ترين تكنيك هاي فرآيندهاي اكسيداسيون پيشرفته با بازدهي بالا است كه در آنها، مواد آلوده كننده تحت تاثير تابش اشعه فرابنفش در حضور فوتوكاتاليست هاي اكسيدهاي فلزي نظير تيتانيم دي اكسيد(TiO2) تجزيه و تخريب مي گردند. از مزاياي اين فرآيند عدم نياز به افزودن مواد شيميايي اضافي و در نتيجه عدم ايجاد آلودگي هاي ثانويه مي باشد. همچنين پايين بودن هزينه ها، پايداري و راندمان بالا از امتيازات مهم اين فرآيند محسوب مي شود. دستيابي به فوتوكاتاليست‌هاي با كارآيي بالا و خواص مطلوب در ناحيه طيف نور مرئي جهت استفاده از انرژي خورشيد به عنوان يك منبع تجديدپذير يكي از چالش‌هاي پيش روي فرآيندهاي اكسيداسيون فوتوكاتاليستي است. منگنايت هاي ظرفيت مخلوط به عنوان نيمه هادي داراي كاربردهاي متنوعي هستند و روش هايي براي بهبود خواص و فعاليت فوتوكاتاليستي آن براي استفاده به عتوان فوتوكاتاليست وجود دارد. آلايش فلزات قليايي در تركيبات منگنايت يكي از بهترين روش ها براي بهبود خواص فوتوكاتاليستي تحت تابش نور مرئي مي باشد. بدين منظور نانوفوتوكاتاليست ميله اي منگنايت آلايش شده با كلسيم La0.7Ca0.3MnO3 به روش هيدروترمال در دماي پايين سنتز شد و به عنوان فوتوكاتاليست جهت تصفيه آب و تجزيه آلاينده هاي موجود در پساب و فاضلاب تحت تابش نور مرئي مورد مطالعه و بررسي قرار گرفت. براي اين كار ابتدا يك رأكتور كارا و ساده با قابليت تكرارپذيري، براي سنتز نانو ذرات La0.7Ca0.3MnO3 طراحي شد در اين تحقيق ابتدا يك رآكتور ناپيوسته (اتوكلاو) با قابليت تكرارپذيري از جنس فولاد 316 در ابعاد آزمايشگاهي طراحي و ساخته شد. اتوكلاو مجهز به فنجان تفلوني به ظرفيت 200 ميلي ليتر است كه واكنش سنتز نانوفوتوكاتاليست ميله اي منگنايت آلايش شده با كلسيم La0.7Ca0.3MnO3 در درون آن انجام شد. سپس مشخصه يابي هاي فيزيكي از قبيل XRD، TGA، SEM، FTIR، UV و ICP انجام شد و جهت بررسي خاصيت فوتوكاتاليستي نمونه توليد شده، تجزيه و تخريب محلول شامل متيل اورانژ و متيلن بلو تحت تابش نور مرئي مورد مطالعه قرار گرفت. مهمترين كاربرد هاي متمايز و قابليت هاي نانوميله هاي تهيه شده عبارت از امكان استفاده در فرآيند اكسيداسيوني فوتوكاتاليستي به منظور تجزيه آلاينده هاي شيميايي تحت تابش نور مرئي و تشعشعات خورشيد، امكان تهيه كامپوزيت با تيتانيوم دي اكسيد به منظور افزايش كارآيي فرآيند تجزيه آلاينده هاي شيميايي تحت تابش نور مرئي، امكان استفاده به عنوان فوتوكاتاليست در درمان سلول هاي سرطاني، امكان استفاده در فوتو راكتورهاي پايلوت و صنعتي به منظور حذف آلاينده هاي شيميايي، امكان استفاده از خاصيت آنتي باكتريال جهت گندزدايي آب، امكان استفاده در پيل هاي سوختي جامد، يخچال مغناطيسي، مغناطومقاومت و امكان استفاده در سيستم هاي رهايش دارو مي باشد.

به طور كلي در اين اختراع مي خواهيم روشي جديد را براي سنتز نانو ذرات KTP معرفي نماييم كه در مقايسه با ساير روش ها ي بكارگرفته شده قبلي داراي مزاياي متعددي مي باشد. روش گرمابي ، روشي آسان و مقرون به صرفه با قابليت ارتقا به مقياس صنعتي مي باشد. كه در آن امكان كنترل اندازه ، شكل، توزيع اندازه ذره، خلوص و كيفيت اپتيكي و ساختاري با استفاده از پارامترهاي مختلف سنتز از جمله منبع تامين يون Ti ، pH محلول و استفاده از سورفكتانت وجود دارد بنابراين امكان توليد نانو ذرات KTP با خواص بهينه اپتيكي و الكتريكي براي توليد هارمونيك مرتبه دوم و استفاده در ابزار الكترواپتيك در مقياس صنعتي دست يابيم. همچنين تغيير شكل و اندازه به حالت بهينه متناسب با كاربردهاي مختلف وجود دارد. روش گرمابي به عنوان يك روش با قابليت هاي ذكر شده در اين اختراع معرفي مي گردد.اين روش براي اولين بار است كه براي سنتز نانو ذرات KTP مورد استفاده قرار گرفته است. در پژوهش انجام شده با تغيير منبع يون Ti توانستيم به نانو ذراتي با ابعاد nm40 تا nm 60 دست يابيم كه داراي اشكال مختلف مكعبي وكروي و توزيع اندازه بسيار يكنواخت بودند.

زمينه فني اختراع حاضر در حوزه شيمي و مهندسي شيمي مي باشد. استفاده از فرآيند تجزيه فوتوكاتاليستي جزء يكي از جديدترين روش هاي مورد تحقيق براي تصفيه شيميايي پساب ها و فاضلاب هاي صنعتي مي باشد. در اين روش پرتوهاي فوتوني در طول موج هاي ناحيه ماوراء بنفش يا مرئي به محلول يك اكسيد فلزي (نيمه هادي) و آلاينده تابيده مي شود و در اثر انرژي فوتون هاي تابيده شده الكترون از نوار ظرفيت به نوار هدايت مي رود و زوج هاي الكترون - حفره پديد مي آيد كه طي فعل و انفعالات شيميايي و واكنش هاي اكسيداسيون و احيا مي توانند تجزيه آلاينده را در پي داشته باشند. به مجموعه منبع تابش پرتوهاي فوتوني و ظرف واكنش و ملحقات آن فوتوراكتور گفته مي شود. امروزه محققين و پژوهشگران جهان از فوتوراكتورهاي ساخته شده توسط شركت هاي مشهوري همانند رايونت (Rayonet) و لوزكم (Luschem) و يا ساخته شده توسط خودشان (Homemade) براي انجام تحقيقات خود استفاده مي كنند. محدوديت هايي از قبيل تامين پرتوهاي تابشي توسط منابع پرتوهاي مرئي و ماوراء بنفش از قبيل لامپ هاي حجيم، پرخطر و كم بازده جيوه اي و فلوئورسنت و غير قابل استفاده بودن چند نوع منبع انرژي تابشي قابل جايگزين در فوتوراكتور ها وجود دارد. همچنين فضاهاي زيادي در اطراف راكتور وجود دارد كه منجر به اتلاف انرژي و هزينه مي شود. در اختراع حاضر از جديدترين تكنولوژي منبع تامين پرتوهاي مرئي و ماوراء بنفش يعني لامپ هاي LED پربازده و بادوام استفاده شده است و سيستم تابش، ماژولار و منعطف است و بنا به شرايط مي توان از منبع تابش مونوكروميك يا مولتي كروميك استفاده كرد. همچنين در فضاي مابين راكتور و منبع نور، محافظ هاي استوانه اي انعكاسي نصب شده است كه داراي سطح دروني آينه اي مي باشد كه منجر به افزايش بهره وري و صرفه جويي در انرژي و كاهش زمان فرآيند مي شود. محافظ هاي استوانه اي متناسب با اندازه راكتور در قطر و ارتفاع هاي مختلف و به صورت ماژولار وجود دارند كه مي توانند در حالت ثابت بودن منبع انرژي تابشي، نقش تغيير شدت تابش (لوكس) به سطح محلول را ايفا كنند. فوتوراكتور اختراعي مي تواند توسط محققين و پژوهشگران حوزه هاي شيمي، زيست شناسي، پزشكي، كشاورزي و ... جهت مطالعه و بررسي فرآيندهاي فوتوكاتاليستي، رشد و مرگ و مير ميكروارگانيسم ها و باكتري ها در محيط هاي كشت، كند شدن و تخريب سلول هاي سرطاني، گرما درماني، رشد و نمو گونه هاي گياهي و ... مورد استفاده قرار گيرد. همچنين در مقياس پايلوت و نيمه صنعتي مي تواند براي تصفيه فاضلاب و پساب هاي صنعتي مورد استفاده قرار گيرد.