بخشی از مقاله
چکیده
موضوع علم نانو تولید، شناخت خصوصیات و کاربردهای نانو مواد است. در این تحقیق کاربردهای زیست محیطی نانو مواد بررسی شده و با توجه به تحقیقات اخیر تأثیر روشهای مختلف تولید نانو مواد بر راندمانهای به دست آمده در کاربردهای زیست محیطی ارائه شده است.
بر اساس نتایج این تحقیق، روش تولید نانو مواد حتی بیش از اندازه و مورفولوژی آنها بر راندمان کاربرد زیست محیطیشان تاثیرگذار بوده است. همچنین نانو مواد تولیدی با روشهای تولید در فاز مایع و در فاز گاز به دلیل همگنی، بیشترین مصرف را در کاربردهای زیست محیطی داشتهاند. بر اساس تحقیقات صورت گرفته میتوان نانو ذرات تولیدی با روشهای سل-ژل و سنتز فیزیکی بخار را برای مصارف فوتوکاتالیستی زیست محیطی پیشنهاد کرد.
مقدمه
نانوتکنولوژی، ساخت مواد در مقیاس نانومتری همراه با بهرهبرداری از خصوصیات و پدیدههای جدید حاصل از آن در این مقیاس است. یک نانومتر یک میلیاردمتر و تقریباً چهار برابر قطر یک اتم منفرد میباشد. این ابعاد کوچک سبب شده توانایی آنالیز، سازماندهی و کنترل مواد در بسیاری از زمینههای علم نانو فقط در بیست سال گذشته ممکن گردد. در حالیکه نانو مواد از دیر باز در طبیعت وجود داشتهاند و شاید بتوان قدمت آن را به شروع حیات بر کره زمین نسبت داد
در یک تعریف کلی نانو مواد به نانو پودرهای فلزی و سرامیکی، نانو میلهها، نانو لولهها، نانو فیبرها، سیمهای کوانتومی، نانوکریستالها، نانوکامپوزیتها و لایههای با ضخامت کمتر از 100nm اطلاق میگردد. در جدول - - 1 دستهبندی نانو مواد بر اساس پارامترهای مختلف ارائه شده است
خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نانو ساختار مانند جذب نور، نقطه ذوب، خاصیت مغناطیسی، هدایت الکترونی و حرارتی در ابعاد نانو قابل کنترل و بهبود میباشند. این خصوصیات و ویژگیهای نانو مواد، به طور تقریبی به بزرگی نسبت سطح به حجم مواد جامد مرتبط است. برای مثال در یک نانو پودر با قطر 10 nm تنها 20 درصد اتمها در لایههای سطحی قرار میگیرند در حالیکه در یک ذره با قطر 1nm بیش از 90 درصد اتمها در سطوح خارجی قرار دارند. افزایش در نسبت سطح به حجم به افزایش انرژی سطحی ذرات منجر میشود که سبب کاهش نقطه ذوب، بالا رفتن سرعت واکنش از لحاظ سینتیکی و ... میگردد
از میان انواع نانو مواد، نقاط کوانتومی، نانو پودرهای فلزی، مواد نانو کریستال و نانو ساختار قابل استفاده در کاربردهای زیست محیطی هستند
جدول:1 دستهبندی نانو مواد بر اساس پارامترهای مختلف
ارائه اطلاعات اولیه مربوط به علم نانو فرصت زیادی میطلبد و برای بررسی کاربرد این علم و فناوریهای مربوط به آن در علوم زیستمحیطی نیز نیاز به دانستن اطلاعات پایه مربوط به نانو مواد است. نظر به اینکه تاکنون روش خاصی برای تولید نانو مواد مصرفی در محیطزیست پیشنهاد نشده است،
در این مقاله به منظور پیشنهاد روشهای مناسب تولید برای نانو مواد مصرفی در کاربردهای زیستمحیطی، پس از ذکر اهمیت بررسی روشهای تولید نانو مواد در کاربردهای زیستمحیطی، روشهای مختلف تولید نانو مواد ارائه شده و تاثیر روش تولید نانو مواد بر راندمان کاربرد زیستمحیطی آنها با توجه به تحقیقات پیشین مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روشها
نظر به این که اندازه، توزیع، مورفولوژی، خلوص و درجه کریستالی بودن نانو ذرات به روش تولید آنها بسیار وابسته است و هر یک از موارد مذکور اثری شگرف بر قابلیت کاربرد آنها در مصارف زیست محیطی دارد لذا یکی از اولویتهای بررسی راندمان نانو ذره در فرایندهای زیست محیطی، شناخت روش تولید نانو ذره است.
با توجه به گستردگی کاربرد نانو ذرات، روشهای مختلفی برای تولید آنها به کار گرفته میشود که نوع روش بستگی به نوع ماده مورد نظر و نیز مورد کاربرد آن دارد. گاهی ذرات به طور خالص تهیه می شوند تا پس از تولید مورد استفاده قرار گیرند و در بعضی موارد آنها را در بستری که مورد استفاده قرار میگیرند، تولید میکنند. روش تولید نانو ذرات را میتوان به دو نوع کلی شیمیایی و فیزیکی، تقسیم کرد.
البته در کنار این روشها، میتوان فرآیندهای مکانیکی- شیمیایی را جهت تولید برخی ذرات استفاده نمود. نانو ذرات در روشهای فیزیکی بدون انجام واکنش شیمیایی و فقط توسط فرآیندهای فیزیکی تولید می- شوند، ولی در روشهای شیمیایی ابتدا یک واکنش شیمیایی بین تولید کنندهها صورت گرفته، سپس نانو ذرات تولید شده بر حسب نوع فرآیند، به روشهای مختلفی از محیط استحصال میشوند. در روشهای مکانیکی- شیمیایی نیز ترکیبی از هر دو روش فوق وجود دارد .[
در تقسیمبندی دیگری روش تولید نانو ذرات بر حسب فاز تولید نانو ذره به قرار زیرتقسیمبندی میگردد :
- فراوری نانو ذرات در فاز جامد مانند استفاده از آسیابهای ماهوارهای و لرزشی.
- فراوری نانو ذرات در مایعات: شامل سل-ژل، سونوشیمی، رسوب دهیالکتروشیمیایی، ژل سیتراتی، تجزیه حرارتی،
- احیای نمکهای فلزی، سنتز احتراقی در دمای پائین، روشهای آبی حرارتی و روشهای حلالی حرارتی، نانوامولسیون.
- فراوری نانو ذرات در گازها: شامل روشهای سنتز فیزیکی بخار - با فرآیندهای مختلف نظیر تحریک با لیزر، چگالش گاز خنثی، بمباران اتمی و انفجار الکتریکی سیم - ، سنتز شیمیایی بخار - با فرآیندهای مختلف نظیر تحریک با لیزر، چگالش گاز خنثی، بمباران اتمی، انفجار الکتریکی سیم - و آئروسل.
تاکنون راندمان نانو ذرات تولیدی به روشهای فراوری در فاز مایع - فرآیندهای سل-ژل، سل-ژل حرارتی، سونو شیمی، آبی-حرارتی و حلالی -حرارتی - و فراوری در فاز گاز - برخی از فرآیندهای سنتز فیزیکی بخار و سنتز شیمیایی بخار - به دلیل یکنواختی ذرات، در کاربردهای زیستمحیطی مورد بررسی قرار گرفته است ولی تاکنون تحقیقی در رابطه با راندمان زیست-محیطی نانو ذرات تولیدی به روشهای سنتز در فاز جامد، تحریک با لیزر، نانوامولسیون، چگالش گاز خنثی، بمباران اتمی، انفجار الکتریکی سیم، رسوب دهی الکتروشیمیایی، ژل سیتراتی، تجزیه حرارتی، احیای نمکهای فلزی، سنتز احتراقی در دمای پائین و آئروسل انجام نشده است.
نتایج و بحث
معمولا در مقایسه با روشهای بیولوژیکی استفاده از نانو مواد در تصفیه آلایندهها از نظر اقتصادی قابل توجیه نیست و فقط در مواردی که به دلیل سمیت بسیار زیاد، راندمان روشهای بیولوژیکی پایین است استفاده از روشهای هزینهبر توجیه پذیر است. لذا در اکثر تحقیقات برای بررسی راندمان نانو ذرات تولیدی از فاضلاب رنگی حاوی ترکیبات شیمیایی حلقوی استفاده شده است. تحقیقات صورت گرفته در زمینه بررسی تاثیر روش تولید نانو مواد بر راندمان کاربرد زیستمحیطی آنها به صورت خلاصه در جدول - - 2 ارائه شده است.
جدول:2 بررسی تاثیر روش تولید نانو مواد بر راندمان کاربرد زیست محیطی آنها
