بخشی از مقاله
چکیده
نانو مواد در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگ دارای سطوح بسیار وسیع تری هستند. بهعلاوه این مواد قادر به بر هم کنش با گروههای شیمیایی مختلف به منظور افزایش میل ترکیبی آنها با ترکیبات ویژه میباشندجاذب ها به طور وسیعی به عنوان جداساز محیطی در خالص سازی آب و برای حذف آلایندههای آلی از آب آلوده استفاده میشدند. رنگها یکی از مشخص-ترین آلودگیهای محیط زیست میباشند. این ترکیبات به مقدارهای زیادی در اکثر صنایع مثل نساجی، چرم، کاغذ، چاپ، پلاستیک، لوازم آرایشی، دارویی و غذایی و ...بهکار برده میشوند. تخلیه پسابهای رنگی به جریانهای طبیعی و رودخانهها مشکلات زیادی مانند سمی کردن حیات آبی و خسارت به زیبایی محیط زیست بهوجود میآورد. دو تکنولوژی موجود در دسترس برای حذف رنگ اکسیداسیون و جذب می باشند.
روش اکسیداسیون بهترین تکنولوژی برای حذف عمده کربن-های آلی میباشد اما آن ها معمولا برای پسابهای با غلظت کم ترکیبات آلی مناسب میباشند با توجه به این که در سال های اخیر، ایران در حال اوج گیری در زمینه پژوهش های نانو است، عقلانی به نظر میرسد که در سمت و سوی برنامههای کلان آب در کشور از فن آوری نانو به عنوان یک پشتیبان قوی استفاده گردد. آنچه از توانمندی های فنآوری نانو ارائه شد به این معنی است که می توان از این پژوهش ها برای حفظ محیط زیست در آینده ای نه چندان دور استفاده کرد و در کنار استفاده از منابع طبیعی با کمک فنآوری های پیشرفته بتوان به تعاملی پایدار با طبیعت رسید.
کلمات کلیدی: فلزات سنگین، تصفیه پساب، نانو مواد، جاذبهای مغناطیسی
مقدمه
آب مایع حیات و مهمترین عنصر بقای بشر و آبادانی است؛ آب همچنین سرآغاز زندگی و جز اصلی تمام موجودات است. در قرآن کریم پنجاه و شش آیه در خصوص پیدایش، اهمیت و وابستگی حیات به این ماده ارزشمند آمده است .خداوند در آیه 65 از سوره مبارکه نحل میفرمایند:»و خداوند از آسمانها باران را فرستاد تا زمین را پس از مرگ زنده گرداند و البته در این کار آیاتی است برای آنان که سخن حق را میشنوند.… میدانیم بیش از سه چهارم سطح کره زمین را آب پوشانده است. بیش از 97 درصد از این آب در اقیانوسها و دریاها وجود دارد و تنها حدود 28درصد از آبهای موجود قابل شرب است؛ به این ترتیب مقدار قابلتوجهی از آب، غیرقابل دسترس است.
از سوی دیگر همین مقادیر بسیار کم و منابع محدود آب شیرین قابل دسترس نیز در معرض انواع آلودگیهای صنعتی، میکروبی و شیمیایی قراردارد. به همین سبب، بشر به دنبال شیوههای نوینی برای تصفیه و تبدیل آب آلوده به آب قابل شرب است. یکی از روشهای تصفیه آبهای آلوده استفاده از فناوری نانو و نانو جاذب های مغناطیسی میباشد که در این کار مروری بر کارهای انجام شده در این زمینه می-پردازیم آب بعد از مصارف گوناگون - کشاورزی ، خانگی، صنعتی و ... - تبدیل به پساب میشود.
گذشته از روشهای مرسوم و قدیمی تصفیه آب که اکثرا وقت گیر و گران بوده، یا تصفیه بهصورت کامل صورت نمیگرفته است - فیلتراسیون ، هم رسوبی، استفاده از کربن اکتیو و - … امروزه فنآوری نانو مورد توجه چشمگیری در این زمینه قرار گرفته است. دستهای از جاذبهای نانو، نانو ذرات مغناطیسی هستند. نانو ذرات مغناطیسی معمولا به عنوان جاذب و نانوکاتالیست برای تصفیه آب بررسی شدهاند و میتوان ازآب بازیافت نموده و بدون هیچ محدودیت ویژهای دوباره استفاده کرد.1]و[2
نانو مواد
نانو مواد در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگ دارای سطوح بسیار وسیع تری هستند. بهعلاوه این مواد قادر به بر هم کنش با گروههای شیمیایی مختلف به منظور افزایش میل ترکیبی آنها با ترکیبات ویژه میباشند. همچنین نانومواد می توانند به عنوان لیگاندهای قابل بازیافت با ظرفیت و عملکرد انتخابی بسیار بالا برای یون های فلزی سمی با هستههای رادیواکتیو، حلال های آلی و معدنی به شمار می آیند. جاذب ها به طور وسیعی به عنوان جداساز محیطی در خالص سازی آب و برای حذف آلایندههای آلی از آب آلوده استفاده میشدند. تحقیقات وسیعی در این زمینه صورت گرفته است از جمله می توان به کاربرد نانو تیوپ های کربنی تک دیواره برای حذف یونهای سنگین مانند Pb، Cu، Cd، چیتوزان با گروههای عاملی فسفاته برای حذف Pb، ترکیب کربن نانوتیوپ- اکسید سدیم برای حذف As، نانو بلورهای - FeO برای جذب AS و Cr، زئولیتهای تعویض یون Na برای حذف فلزات سنگین از پساب های معدنی اسیدی مانند Cr، Ni، Zn، Cu، Cd، نانو مواد کربنی برای جذب مواد آلی فرار، رنگ های آلی و ترکیبات آلی و ترکیبات آلی کلره، فولرن برای جذب ترکیبات آروماتیک چند حلقوی مانند نفتالین اشاره نمود.[3 ]
ماهیت مغناطیسی نانو ذرات
در مواد مغناطیسی مولکولها و اتمهای سازندهی آن خاصیت مغناطیسی دارند به بیان سادهتر عناصری مانند آهن، کبالت، نیکل و آلیاژهای آنها که توسط آهن ربا جذب میگردد، مواد مغناطیسی نامیده میشود. طبقه بندی مواد مغناطیسی بر اساس رفتارپذیری مغناطیسی انجام میشود. بر این اساس مواد را به سه گروه فرومغناطیس، پارامغناطیس و دیامغناطیس دسته بندی میکنند. در مواد دیامغناطیس برایند گشتاور دوقطبی مغناطیسی صفر است و در حضور میدان مغناطیسی گشتاور دو قطبی در آنها القا میشود؛ اما جهت این دو قطبیهای القا شده بر خلاف جهت میدان مغناطیسی خارجی می باشد که مادهی مغناطیسی خارجی باعث میشود مادهی دیامغناطیس از میدان مغناطیسی دفع شود.
با حذف میدان مغناطیسی خارجی خاصیت مغناطیسی این مواد باقی نمیماند. در ماده ی پارامغناطیسی دوقطبی مغناطیسی دارای سمت گیری مشخص و منظمی نیستند، در نتیجه این مواد خاصیت مغناطیسی ندارند. اگر آنها درون یک میدان مغناطیسی قرار داده شوند در راستای خطهای میدان مغناطیسی منظم می شوند. با حذف میدان مغناطیسی دوقطبی های مغناطیسی دوباره به سرعت به وضعیت قبلی که در غیاب میدان داشتند بر میگردند به این ترتیب مواد پارامغناطیس در میدانهای مغناطیسی قوی خاصیت مغناطیسی پیدا می کنند. مواد فرومغناطیس مانند مواد پارامغناطیس است با این تفاوت که مجموعهای از دوقطبیهای مغناطیسی در یک جهت و راستا قرار دارند حوزه ی مغناطیسی میگویند.
خاصیت مغناطیسی این مواد به سرعت تغییر مسیر این حوزه ها و قرار گرفتن در جهت میدان بستگی دارد. خاصیت مغناطیسی به مقدار بسیار زیادی به اندازهی ذره وابسته است هر مادهی مغناطیس در حالت توده از حوزههای مغناطیسی تشکیل شده است . هر حوزه دارای هزاران اتم است که در آن جهت چرخش الکترونها یکسان و گشتاورهای مغناطیسی به صورت موازی جهت یافته اند اما جهت چرخش الکترون هر حوزه با حوزههای دیگر متفاوت است. هر گاه یک میدان مغناطیسی بزرگ تمام حوزههای مغناطیسی را همجهت کند، تغییر فاز مغناطیسی رخ داده و مغناطیسی شدن به حد اشباع می رسد. هر ذرهای که تنها شامل یک حوزه باشد میتواند نانو ذره به شمار رود.
نانو ذرات مغناطیسی دارای تعداد حوزههای کمی هستند و مغناطیسی شدن آنها سادهتر میباشد. در مواد فرومغناطیس وقتی اندازه یک ذره از یک حوزه مغناطیسی منفرد کوچکتر گردد پدیدهی سوپر پارامغناطیس - متصل نشدن ذرات مغناطیسی در ابعاد نانو در شرایط عادی و حساسیت بالای آن ها به میدان مغناطیسی - به وقوع می پیوندد. چندین نوع آهن اکسید در تهیهی نانو ذرات مگنتیت، هماتیت، ماگمیت، که از بین همه انها مگنتییت و ماگمیت به دلیل زیست سازگاری آن ها کاربردهای بیشتری دارند. نانو ذرات مغناطیسی دارای سطح وسیع و زیست سازگاری مناسبی میباشند و توانایی جداسازی و شناسایی مولکولها و سلولهای مخصوص را دارند.4]و[5
در طی تحقیقاتی با پوشش دادن نانو ذرات SPM بر روی پلیمرها به ترکیبی دست یافته اند که میتوانند در سطح وسیعی کاربرد داشته باشند و به دلیل ذرات و میل ترکیبی بسیار بالای آنها، قادر به حذف تقریبا صد درصد عوامل آلودگی از آب هستند. اندازه ذرات در این فنآوری در بین 15-20 نانومتر است که برای جداسازی مغناطیسی اندازه مناسبی است. این دانشمندان معتقدند که این نانوذرات مغناطیسی به همان خوبی کانیهای آهنی قادر به جذب آرسنیک و حذف آن از آب هستند. این تحقیقات نشان داده است که نانوذرات مغناطیسی در جذب آرسنیک بسیار موثر واقع شدهاند، مخصوصا که در pH پایین هم میتوانند کار کنند[ 6 ]
حذف کادمیوم
در مطالعه عابدی و همکاران نانوذرات مغناطیسی آهن اصلاح شده توسط جاذب کربن طبیعی جهت حذف فلزسنگین کادمیوم مورد استفاده قرار گرفت. سپس جاذب کربن SEM شد. ابتدا نانو ذرات مغناطیسی به روش همرسوبی سنتز شده و مورد آنالیزهای مختلفی ازجمله طبیعی طبق یک روش خاص برروی نانوذرات نشانده شد. درمرحله بعدی، نانوذرات
