Dua tim peneliti dari UCO (Universidad de Córdoba) merancang reaktor plasma (gas yang diionisasi) yang dijaga oleh gelombang mikro yang memungkinkan untuk mendekontaminasi air dengan konsentrasi pewarna tinggi.
Plasma adalah gas yang diionisasi, artinya gas yang mengandung elektron, ion, atom, molekul, radikal, dan foton. Sering disebut sebagai keadaan materi keempat, dan, mengejutkannya, meliputi segalanya. Plasma, yang dihasilkan secara artifisial dengan mentransmisikan energi ke gas, dapat ditemukan dalam tabung fluoresen yang menerangi dapur, tetapi juga telah memungkinkan perangkat seluler menjadi lebih kecil dan lebih kecil.
Plasma telah menjadi revolusi nyata dalam dunia teknologi. Sebelumnya, untuk mengukir sirkuit pada piringan silikon yang digunakan dalam perangkat elektronik seperti ponsel, diperlukan penggunaan produk kimia yang mencemari lingkungan. Sekarang, penggunaan plasma telah memungkinkan proses ini dilakukan lebih bersih dan presisi, memungkinkan ukuran celah semakin kecil, dan dengan demikian, perangkat menjadi lebih kecil dan lebih kecil.
Namun, plasma juga memiliki aplikasi lain, seperti pengolahan air. Kelompok FQM-136 Physics of Plasmas dan FQM-346 Organic Catalysis and Nanostructured Materials di Universitas Cordoba bekerja sama dalam studi penelitian yang bertujuan menghilangkan kontaminan yang ada dalam air dengan menggunakan plasma untuk mempromosikan proses kimia.
Dengan tujuan mengatasi masalah peningkatan keberadaan polutan organik di perairan, seperti pewarna dan senyawa lain dari aktivitas pertanian dan industri yang dapat mengganggu ekosistem, para peneliti ini memilih untuk menggunakan plasma.
Pada tahun 2017, mereka pertama kali menunjukkan bahwa plasma argon yang diinduksi oleh gelombang mikro terbuka ke udara, ketika berinteraksi dengan air, menghasilkan spesies reaktif yang mengandung oksigen dan nitrogen (seperti radikal hidroksil, peroksida hidronus, radikal nitrogen) yang mampu mendekontaminasinya. Sekarang, para peneliti Juan Amaro Gahete, Francisco J. Romero Salguero, dan María C. García berhasil merancang reaktor plasma ini dan secara signifikan meningkatkan jumlah spesies aktif yang dihasilkan dalam air, sehingga memungkinkan penghancuran konsentrasi tinggi pewarna (dalam hal ini, metilena biru) hanya dalam hitungan menit.
Keberhasilan ini dicapai melalui modifikasi desain surfatron, sebuah perangkat logam yang mencampurkan energi dari generator mikrowave dengan plasma untuk menjaganya. Ini dilakukan dengan menempatkan potongan kecil silikon di dalam tabung pelepasan kuarsa, sehingga memungkinkan pembentukan plasma yang berbeda—plasma yang tidak bersifat filamen dan lebih efisien dalam menciptakan spesies aktif saat berinteraksi dengan air. Komponen plasma tersebut, ketika bersentuhan dengan air, menciptakan spesies oksidasi yang mampu menguraikan senyawa organik dan membunuh mikroorganisme, sehingga reaktor plasma ini dapat digunakan dalam aplikasi yang terkait dengan perbaikan air.
Konfigurasi baru ini memperluas aplikabilitas jenis plasmas ini. Desain ini sepenuhnya mengubah konfigurasi medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh surfatron untuk menciptakan plasma, menghasilkan plasma dengan properti yang berbeda dan lebih efisien, serta menghilangkan masalah filamentasi yang dapat membuatnya tidak stabil.
Selanjutnya, proses dekontaminasi dilakukan oleh spesies oksidasi yang sangat reaktif hasil dari aksi plasma. Spesies ini memungkinkan penghancuran materi organik di dalam air. Untuk mencapai ini, plasma tidak dimasukkan langsung ke dalam air, melainkan diatur untuk bertindak dari jarak jauh. Antara air dan plasma terdapat zona udara di mana terjadi berbagai reaksi akibat tabrakan antara spesies terexcitasi dan molekul oksigen, nitrogen, dan uap air. Hal ini menghasilkan spesies reaktif yang berdifusi ke dalam cairan dan akhirnya menghilangkan kontaminan.
Potensi dekontaminasi plasma yang dihasilkan dengan desain baru ini telah diuji untuk mengurangi konsentrasi tinggi pewarna metilen biru di dalam air. Hasilnya sangat efisien dari segi energi, berhasil menghilangkan sepenuhnya pewarna dengan waktu pengobatan yang singkat.
Dengan demikian, kemajuan ini dalam penelitian menyumbang pada salah satu aplikasi plasma, yaitu “keadaan materi keempat” yang diciptakan dengan memberikan gas yang stabil dengan energi dan mengubahnya menjadi gas yang diionisasi. Aplikasi ini mencakup hampir semua hal: pembuatan mikrochip, membersihkan permukaan, penyembuhan luka, melapisi kaca dengan lapisan anti-reflektif, meningkatkan perkecambahan benih, mendaur ulang limbah, mengaktifkan permukaan plastik untuk mencapai daya rekat cat yang lebih baik, dan banyak lagi.
Referensi :
[1] https://www.uco.es/investigacion/ucci/es/noticias-ingles/item/4489-a-new-design-improves-water-decontamination-via-plasma-jet diakses pada 04 Februari 2024
[2] https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240124132857.htm diakses pada 04 Februari 2024