بخشی از مقاله
بررسی اثرات نانو ذرات اهن صفر ظرفیتی در پایش و حذف آلاینده هاي اب
چکیده
آب این عنصر حیات از مهمترین وا سا سی ترین ضروریات زندگی محسوب می شود یکی از مشکلاتی که جوامع و انسانها راتهدید می کند کمبود منابع اب و الودگی اب می باشد واین امر سبب شده تامین اب اشامیدنی سالم به یکی از دغدغه هاي اصلی جامعه جهانی تبدیل شود. کمبود و یا نبود ان ادامه حیات را براي هر موجود زنده اي را دچار مشکل می سازد.چرخه تولید غذا وصنعت کشاورزي به ان وابسته است وبدون ان کیفیت و کمیت محصولات کشاورزي کاهش یافته و امنیت غذایی جامعه به خطر می افتد ر شد روز افزون جمعیت ، افزایش بیابانها و تغییرات اب وهوایی و از طرف دیگر ر شد صنعت باعث الوده شدن اب شده و تهیه اب سالم و کافی به یک چالش بزرگ تبدیل شده ا ست امروز می توان با ا ستفاده از فن اوري هاي نوینی همچون فناوري نانو استفاده کرد. با استفاده از فناوري نانو می توان نقش مهمی در بهینه سازي تکنیک هاي تصفیه و بازیابی اب غیر متعارف ایفا کرد ، استفاده از این فناوري بسیار کم هزینه و مقرون به صرفه می باشد و ابی با کیفیت ، بهتر وسالم در اختیار انسان و جانوران و گیاهان قرار می دهد.
کلمات کلیدي: فناوري نانو، الاینده ها، تصفیه ،
مقدمه
جمعیت جهان در حال افزایش و منابع اب اشامیدنی و به کاهش است بنابراین ممکن است جهان در اینده با مشکل کمبود اب مواجه شود افزایش مرف اب وکمبود حاصل از ان که بر اثر الودگی تشدید می شود باعث شده تا تامین اب بهداشتی به یکی از دغدغه هاي اساسی جامعه جهانی تبدیل شود. حدود %23 اب معدنی جهان به مصرف صنایع می رسد %69. صرف کشاورزي و ابیاري می شود و مصارف خانگی حدود %8 را شامل می شود .در کشورهاي توسعه یافته ، بخش کشاورزي و صنایع بیشترین مصرف اب را داشته و بالاترین نقش را در الودگی اب دارد وچالشی بزرگ نیاز به اب تصفیه شده و سالم روبرو است. براساس پیش بینی سازمان ملل تا سال 45 ,2025 کشور 32%)جمعیت جهان )دچار کمبود اب اشامیدنی خواهند شد . اب زیرزمینی از منابع مهم اب اشامیدنی هستند که ابهایی با کیفیت بالا را فراهم می نمایند .منابع ابهاي زیر زمینی در ایران وسایر مناطق دنیا به عنوان مهم ترین منابع تامین اب کشاورزي و اشامیدنی به کار می رود.
به دلیل محدودیت منابع ابی ، خطر بحران اب در کشور و اهمیت بازیابی مجدد اب و افزایش الودگی اب و همچنین افزایش الودگی ابهاي سطحی وزیر زمینی با الاینده هاي فاضلاب هاي صنعتی مانند، فلزات سنگین، یافتن راه حلهاي موثر و اقتصادي محیط زیستی براي حذف این موتد از اب ضروري است .براساس گزارش سازمان بهداشت جهانی الودگی اب منجر به مرگ بیش از 5/3میلیون نفردر سال در جهان شده که وجود فلزات سنگین در این ابها به دلیل سمیت زیاد و غیر قابل تجدید پذیري، الودگی انها را تشدید کرده است. سرب یکی از فلزات سنگین بسیار سمی که در کبد ، استخوان ها، ماهیچه ها و بافت مغز تجمع می یابد حد مجاز سرب در ابهاي اشامیدنی توسط اتحادیه اروپا ، سازمان بهداشت جهانی و موسسه استاندارد وتحقیقات صنعتی ایران 10 میلی گرم در لیتر تعیین شده است.تاکنون روشهاي شیمیایی مختلفی نظیر ترسیب شیمیایی ، فیلتراسیون غشایی، تبادل یونی و اسمز معکوس براي الاینده اي مانند سرب بکار رفته ولی این روشها بسیار هزینه بر بوده و یا اینکه معایب بسیاري مانند تولید پسابها یا مواد زائد دارند. دراین صورت لازم است از روشهاي نوین دیگر براي پالایش محیط زیست براي حذف سرب در مقادیر زیاد از ابهاي الوده توسعه یابد .
در سالهاي اخیر با ظهور نانوذرات اهن صفر ظرفیتی با اندازه کمتر از 100 نانومتر توجه همگان را به خود جلب کرد نانو ذرات اهن صفر ظرفیتی، انرژي سطحی زیاد و واکنش پذیري بالایی دارند که این امر ناشی از سطح ویژه بالاي انهاست تا کنون از نانو ذرات اهن صفر ظرفیتی براي حذف بسیاري از الاینده هاي محیط زیستی مانند حلال هاي کلرینه ، نیترات و فلزات سنگین
نظیر کروم، سرب، کادمیوم و ارسنیک استفاده شده است .( ژانگ و همکاران در سالهاي ( 2010
در سالهاي اخیر مطالعاتی براي حذف سرب از محلول ابی یا استفاده از nZVI انجام شده است . ژا نگ و همکاران در سال 2010 از nZVI با پایدار کننده کائولینیت براي حذف سرب استفاده کردند. نتایج پژوهش انها نشان داد K-nZVI داراي توانایی زیادي در حذف سرب از محلول ابی را دارد .به طور کلی واکنش پیشنهادي
آلودگی اب
الودگی اب بر اساس سازمان بهداشت جهانی وجود هر نوع ماده اي از قبیل گازها، ذرات معلق، مواد شیمیایی یا بیولوژیکی در اب که تاثیر نامطلوب بر سلامت موجودات زنده بگذارد ومانع استفاده مطلوب از ان شود را الودگی اب گویند.برهمین اساس دو نوع منبع الودگی براب اب مشخص شده است که اي منابع الودگی در (شکل(1مشاهده می شود..
اثرات الودگی اب
کیفیت ابهاي سطحی و زیرزمینی به دلیل مختلفی چون افزایش الودگی محیط زیست و وارد شدن فاضلاب هاي شهري و صنعتی ، نشت شیرابه هاي ناشی از دفن غیر اصولی زباله و ورود روان ابها و زه اب کشاورزي به منابع اب ، رو به کاهش است(شکل.(2 اب الوده سطحی و زیر زمینی از طریق گوناگونی سلامتی انسان و جامعه را به خطر می اندازدکه از این جمله موارد می توان به م صرف و تماس م ستقیم ان سان با این ابها، م صرف مح صولات ک شاورزي ابیاري شده با ابهاي الوده و م صرف ابزیان موجود در این ابها اشاره کرد. براساس گزارشی که در روز جهانی اب در سال 2010 در موسسه Pacific ارائه شد، روزانه حدود 2 میلیون تن اجن و فاضلاب صنعتی و کشاورزي به درون رودخانه ها، دریاها، دریاچه ها و اقیانوس ها تخلیه می شود و 2,5 میلیارد نفر از جمعیت جهان در تماس مستقیم با اب الوده هستند که از این میزان حدود 6/1 میلیارد نفر در اسیا زندگی می کنند.در کشورهاي در حال توسعه حدود %70 از فاضلاب هاي صنعتی بدون هیچ گونه تصفیه اي به منبع اب وارد می شوند ، %50 از ابزیان در معرض انقراض قرار می گیرند و 1/3 درصد از مرگ و میر هاي جهان نیز ناشی از مصرف ابهاي الوده می باشد.(شکل.(2
بخشی از این فاضلاب ها سالانه به عنوان کود در زوین کشاورزي استفاده می شود، در حالی که این فاضلاب ها داراي عناصر سمی چون کادمیوم، سرب، جیوه، نیکل و سایر عناصر مضر می باشد در استفاده مکرر از این فاضلاب ها در ابیاري مزارع و گیاهان ، در خاك تجمع پیدا کرده و تو سط گیاهان جذب می شود ، با همه این شرایط جذب عنا صر ضروري مانند اهن، روي، منیزیم، کل سیم تو سط گیاه کاهش یافته ودر رشد گیاه اختلال ایجاد کرده و در نتیجه رشد ریشه، ساقه و برگ گیاه کاهش یافته و حتی منجر به خشک شدن گیاه می شود .بدین منظور محققان درصد ابداع راهکارهایی هستند تا میزان الودگی منابع اب را به حداقل ممکن کاهش دهند ودر نتیجه سازگاري با محیط زیست داشته ومقرون به صرفه باشد.
روشهاي حذف الودگی از اب
از دیرباز تا کنون روشهاي مختلفی به منظور حذف الودگی از منابع اب ابداع شده است که می توان این روشها را در پنج دسته کلی قرارداد. این روشها داراي معایبی هستند که از جمله انها می توان به غیر اقتصادي بودن این روشها، عدم سهولت در انجام این مراحل وتولید مواد زائد زیاد اشاره نمود.به طور مثال روش اسمز معکوس وتبادل یونی موجب تولید اب شور می شوند ویا دنیتریفیکاسیون بیولوژیکی نیاز به تامین بستر الی دارد واز مشکلات این روش می توان به تولید لجن اشاره نمود.به همین دلیل محققان به دنبال فناوري هایی هستند که م شکلات بیان شده را ندا شته با شد و یا به حداقل بر ساند ویا براي حذف طیف و سیعی از الاینده ها نیز کاربرد دا شته با شد.به همین منظور فناوري نانو توجه محققان محیط زیست را به خود جلب کرد وبه طور گسترده اي مورد مطالعه قرار گرفته است.برخی از نانو ساختارهایی که براي حذف الودگی اب استفاده می شوند عبارتند :
شکل.3 روش هاي مرسوم حذف الایندگی از اب
-1نانو جاذب ها (کربنی، فلزي، پلیمري) -2غشاهاي نانویی(نانو فیبر، نانو کامپوزیت و بیولوژیکی) -3نانو فوتوکاتالیست ها -4نانو ذرات اهن ضفر ظرفیتی
در دو دهه اخیر اهن صفر ظرفیتی Fe به عنوان ماده تامین کننده الکترون توجه محققان محیط زیست را به خود جلب کرده وبه طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفت از این نانو فلزات تاکنون براي پالایش محیط زیست از انواع الاینده ها ي الی و معدنی نظیر مواد الی هالوژنه، فلزات سنگین ، احیاء الاینده هاي الی و غیر الی، ارسنات ، پرکلرایت ،نیترات ، نیترواروماتیک ها و اکسیدان هاي سمی استفاده شده است.اهن صفر ظرفیتی به طور نسبی فراوان و ارزان وقابل دسترس است. نانو ذرات اهن صفر ظرفیتی نسبت به میکرو ذرات اهن صفر ظرفیتی داراي سطح ویژه واکنش پذیري بسیار بالاتري هستند.اکثر صنایع داراي پساب الوده می باشندکه در رهاسازي این پساب ها در محیط زیست موجب الودگی ان و ایجاد خطر بر گیاهان،جانوران و انسان می شود.نانو ذرات اهن صفر ظرفیتی از طریق واکنش هاي اکسیداسیون و احیا و جذب سطحی، الاینده ها را از محیط حذف می کند.مکانیزم عملکرد این نانو ذرات بدین صورت است که این ذرات بخشی از الاینده هاي موجود در اب نظیر نیترات،نیتریت و ترکیبات کلریدداررا یا به طور کلی از محیط حذف کرده ویا با تبدیل الاینده ها به شکل هاي دیگر، درجه سمیت را کاهش می دهد.نانو ذرات اهن صفر ظرفیتی گونه هاي دیگري از الایند ها نظیر فلزات سنگین، فسفات، ارسنات را روي سطح اکسید شده خود جذب سطحی می کنند بدین ترتیب غاظت این الایند ها را محیط کاهش می دهد.
جدول.1لیستی از موادي که نانو ذرات اهن قادر به تغییر شکل انهاست
