Seryum Oksit (CeO2) veya Seria, benzersiz oksijen depolama kapasitesi, yüksek termal kararlılığı ve redoks özellikleri sayesinde modern katalitik konvertörlerden yakıt hücrelerine ve UV filtrelerine kadar sayısız uygulamada kritik öneme sahiptir. Seria'nın performansı, nanopartikül formunda kullanıldığında, yüksek yüzey alanı nedeniyle maksimuma ulaşır.
Ancak, geleneksel nanopartikül sentez yöntemleri (hidrotermal sentez, sol-jel vb.), toksik çözücüler, yüksek enerji tüketimi ve tehlikeli kimyasal atıklar üreterek çevreye zarar verebilir. Bu nedenle, nanoteknolojinin büyümesiyle birlikte, Yeşil Kimya ilkelerini benimseyen sürdürülebilir Seria nanopartikül üretim yöntemlerine olan ihtiyaç artmıştır.
Yeşil Kimyanın temel ilkelerinden biri, tehlikeli çözücülerin kullanımını azaltmaktır.
Sulu Ortamda Sentez: Geleneksel organik çözücüler (örneğin etanol veya metanol) yerine suyun reaksiyon ortamı olarak kullanılması, en basit ve en etkili yeşil yaklaşımdır. Su bazlı hidrotermal sentez ve çökeltme yöntemleri, organik atık oluşumunu ve toksisiteyi sıfıra indirir.
Süperkritik Karbondioksit (scCO2): Sıvı ve gaz arası bir faz olan süperkritik Karbondioksit, toksik çözücülerin yerine temiz ve geri dönüştürülebilir bir alternatif sunar. Bu ortamda gerçekleştirilen Seria sentezleri, yüksek saflıkta ve dar boyut dağılımına sahip nanopartiküllerin elde edilmesini sağlar.
Biyolojik sentez (Yeşil Sentez) yaklaşımı, Seria nanopartiküllerini üretmek için toksik kimyasallar yerine bitki özlerini, mikroorganizmaları veya mantarları kullanır.
Bitki Özleri ile İndirgeme: Bitki özleri (örneğin, çay, meyve veya yaprak ekstreleri) doğal olarak indirgeyici ve stabilizör görevi gören biyoaktif bileşikler (örneğin, polifenoller, flavonoidler) içerir. Bu bileşikler, Serium tuzlarını nanopartikül formunda Seryum Oksit'e indirger ve oluşan nanopartikülleri aglomerasyona karşı stabilize eder.
Düşük Enerji Tüketimi: Bu yöntemler, genellikle oda sıcaklığı veya ılıman sıcaklıklarda gerçekleştirilir, bu da geleneksel yüksek sıcaklık proseslerine kıyasla enerji tüketimini ve karbon ayak izini önemli ölçüde azaltır. Elde edilen nanopartiküller genellikle biyouyumlu ve çevre için daha güvenlidir.
Yeşil Kimya, reaksiyonlarda oluşan atık miktarını en aza indirmeyi ve reaksiyona giren tüm atomların nihai ürüne dahil olmasını (Atom Ekonomisi) hedefler.
Tek Kapta Sentez (One-Pot Synthesis): Birden fazla reaksiyon adımını tek bir reaktörde birleştiren yöntemler, ara ürün saflaştırma adımlarını ortadan kaldırır. Bu, hem zaman hem de çözücü/kimyasal atık miktarını azaltır.
Yan Ürünlerin Azaltılması: Reaksiyon rotalarının, zararlı veya bertarafı maliyetli yan ürünler yerine sadece su veya tuz gibi zararsız yan ürünler oluşturacak şekilde tasarlanması. Örneğin, Serium nitrat yerine Serium karbonat kullanmak, daha az zararlı yan ürün oluşumuna yol açabilir.
Geleneksel nanopartikül üretimi, uzun süreli ısıtma ve yüksek basınç gerektirebilir.
Mikrodalga Destekli Sentez: Mikrodalga enerjisi, reaksiyon karışımını geleneksel ısıtmaya göre daha hızlı ve homojen bir şekilde ısıtır. Bu, reaksiyon süresini önemli ölçüde kısaltır ve nanopartiküllerin daha küçük, daha tek tip boyutta oluşmasını sağlar. Kısa reaksiyon süreleri, toplam enerji maliyetini düşürür.
Ultrasonik Sentez: Ultrasonik dalgaların kullanılmasıyla oluşturulan kavitasyon, reaksiyonların oda sıcaklığında bile hızlanmasını sağlayabilir. Bu, ısıtma gereksinimini ortadan kaldırarak enerji verimliliğini artırır.
Seria nanopartiküllerinin üretimi, toksik kimyasallardan bitki özlerine, enerji yoğun fırınlardan mikrodalga reaktörlere doğru evrilmektedir. Yeşil Kimya yaklaşımları, sadece çevreye duyarlı olmakla kalmaz, aynı zamanda safsızlıkları azaltarak ve enerji maliyetlerini düşürerek ekonomik açıdan da avantajlar sunar. Biyolojik sentez, sulu çözücüler ve enerji verimli tekniklerin yaygınlaşması, Seria nanopartiküllerinin sürdürülebilir nanoteknolojideki rolünü pekiştirecektir.
