Keşfedilen Yeni Bir Yöntem, Balık Atığını Saniyeler İçinde Değerli Nanomalzemeye Dönüştürüyor!

Araştırmacılar, balık pullarından kaliteli karbon nano soğanları sentezlemek için basit, hızlı ve enerji açısından verimli bir yaklaşım oluşturuyor.

Karbon bazlı nanomalzemeler, düşük toksisiteleri, kimyasal kararlılıkları ve olağanüstü elektriksel ve optik özellikleri nedeniyle elektronikte, enerji dönüşümü ve depolamasında, katalizinde ve biyotıpta giderek daha fazla kullanılmaktadırlar. KBN’lar veya karbon nano soğanlar hiçbir şekilde bir istisna değildirler. İlk olarak 1980’de tanımlanan KBN’lar, kafeslerin içindeki kafeslere benzeyen eşmerkezli fulleren kabuklarından oluşan nanoyapılardır. Geniş bir yüzey alanı ve yüksek elektriksel ve termal iletkenlikler dahil olmak üzere istenen birkaç kaliteye sahiptirler.

Ne yazık ki, KBN’ları üretmek için geleneksel yöntemleri kullanmanın da önemli dezavantajları vardır. Bazıları, yüksek sıcaklıklar veya vakum dahil olmak üzere zorlu sentez koşulları gerektirirken, diğerleri çok fazla zaman ve enerji gerektirir. Bazı yöntemler bu sınırlamaların ötesine geçebilirken, yine de karmaşık katalizörlere, pahalı karbon kaynaklarına veya potansiyel olarak tehlikeli asidik veya bazik koşullara ihtiyaç duyarlar. Bu, KBN’ların potansiyelini ciddi şekilde kısıtlar.

Neyse ki,  biliminsanlarının hala umutları var.  Japonya’daki Nagoya Teknoloji Enstitüsü’nden bir grup araştırmacı, yakın zamanda balık atıklarını son derece yüksek kaliteli KBN’lara dönüştürmek için basit ve kolay bir yöntem keşfettiler. Bulguları yakın zamanda Green Chemistry dergisinde yayınlandı. Doçent Dr. Takashi Shirai, Yüksek Lisans öğrencisi Kai Odachi ve Yardımcı Doçent Yunzi Xin’den oluşan grup, temizlendikten sonra balık atıklarından çıkarılan balık pullarının mikrodalga pirolizi ile hızla KBN’lara dönüştürüldüğü bir sentez yöntemi oluşturdular.

Ancak balık pulları nasıl bu kadar kolay KBN’lara dönüştürülebilir? Kesin neden tam olarak açık olmasa da, araştırmacılar bunun balık pullarında bulunan ve sıcaklıkta hızlı bir artışa neden olacak kadar mikrodalga radyasyonu emebilen kolajen ile ilgili olduğuna inanmaktadırlar. Bu, KBN’ların birleşmesini destekleyen belirli gazlar üreten termal ayrışmaya veya “pirolize” yol açmaktadır. Bu yaklaşımla ilgili dikkat çekici olan şey, karmaşık katalizörlere, zorlu koşullara veya uzun bekleme sürelerine ihtiyaç duymamasıdır; balık pulları 10 saniyeden daha kısa sürede KBN’lara dönüştürülebilir!

Ayrıca, bu sentez işlemi, çok yüksek kristalliğe sahip KBN’lar vermektedir. Başlangıç ​​malzemesi olarak biyokütle atığı kullanan proseslerde bunu başarmak oldukça zordur. Ek olarak, sentez sırasında, KBN’ların yüzeyi (−COOH) ve (−OH) grupları ile seçici ve tamamen işlevselleştirilmektedir. Bu, tipik olarak çıplak olan ve ek adımlarla işlevselleştirilmesi gereken geleneksel yöntemlerle hazırlanan KBN’ların yüzeyiyle tam bir zıtlık içerisindedir.

Bu “otomatik” işlevselleştirme, KBN’ların uygulamaları için önemli etkilere sahiptir. KBN yüzeyi işlevselleştirilmediğinde, nanoyapılar, pi-pi yığınlaması olarak bilinen çekici bir etkileşim sayesinde birbirine yapışma eğilimindedir. Bu, çözelti bazlı işlemler gerektiren herhangi bir uygulama için gerekli olan solventlerde dağılmalarını zorlaştırır. Bununla birlikte, önerilen sentez işlemi işlevselleştirilmiş KBN’lar ürettiğinden, çeşitli çözücülerde mükemmel dağılabilirliğe izin vermektedir.

İşlevselleştirme ve yüksek kristallik ile ilişkili bir başka avantaj da olağanüstü optik özelliklerdir. Dr. Shirai şöyle açıklıyor: “KBN’lar, %40 verimlilik (veya kuantum verimi) ile ultra parlak görünür ışık emisyonu sergiliyor. Daha önce hiç ulaşılamayan bu değer, geleneksel yöntemlerle sentezlenen daha önce rapor edilen KBN’lardan yaklaşık 10 kat daha yüksektir.”

Araştırma ekibi, KBN’larının birçok pratik uygulamasından bazılarını sergilemek için LED’lerde ve mavi ışık yayan ince filmlerde kullanımlarını incelediler. KBN’lar, hem katı cihazların içinde hem de su, etanol ve izopropanol dahil olmak üzere çeşitli çözücüler içinde dağıldığında oldukça kararlı bir emisyon üretti.

Dr. Shirai, “Kararlı optik özellikler, geniş alanlı yayıcı esnek filmler ve LED cihazlar üretmemizi sağlayabilir” diye tahminde bulunmaktadır. “Bu bulgular, yeni nesil ekranların ve katı hal aydınlatmasının geliştirilmesi için yeni yollar açacak.”

Ayrıca, önerilen sentez tekniği çevre dostudur ve balık atıklarını sonsuz derecede daha kullanışlı malzemelere dönüştürmek için basit bir yol sağlamaktadır. Araştırma ekibi, çalışmalarının BM’nin Sürdürülebilir Kalkınma Hedeflerinden bazılarının yerine getirilmesine katkıda bulunacağına inanmaktadır. Ek olarak, KBN’lar yeni nesil LED aydınlatma ve QLED ekranlara girerlerse üretim maliyetlerini düşürmeye büyük ölçüde yardımcı olabilirler.

Bu bilim insanlarının çabalarının, daha pratik uygulamalar için ölçekleri KBN’ların lehine çevireceğini umalım! ^[1]“New Method Converts Fish Waste Into Valuable Nanomaterial in Seconds” https://scitechdaily.com/.

[cite]