بخشی از مقاله
چکیده
فیلترهاي فیزیکی با منافذي درحد نانومتر می توانند باکتري ها، ویروس ها و حتی واحدهاي کوچک پروتئینی را به صورت کامل و صد درصد غربال کنند؛ همچنین با استفاده از جداکننده هاي الکتریکی که به وسیله صفحات ابرخازن یون ها را جذب می کنند ، می توان نمک و مواد سنگین را نیز از آب جدا کرد.
مقدمه
فیلترهاي فیزیکی با منافذي درحد نانومتر می توانند باکتري ها، ویروس ها و حتی واحدهاي کوچک پروتئینی را به صورت کامل و صد درصد غربال کنند؛ همچنین با استفاده از جداکننده هاي الکتریکی که به وسیله صفحات ابرخازن یون ها را جذب می کنند ، می توان نمک و مواد سنگین را نیز از آب جدا کرد.
بررسی فعالیت هاي پژوهشی در سطح دنیا نشان می دهد که تصفیه آب یکی از مهم ترین زمینه هاي کاربرد فناوري نانو در صنعت آب است و با بهره گیري از آن ، هزینه هاي تصفیه آب به میزان قابل توجهی کاهش خواهد یافت . استفاده از فیلترهاي نانومتري به منظور افزایش بازیابی آب در سیستم هاي موجود و کاربرد نانو حسگرهاي زیستی براي تشخیص سریع و کامل آلودگی آب از مهم ترین موارد کاربرد نانو فناوري در صنعت آب و فاضلاب است.
نانو مواد
نانومواد در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگ داراي سطوح بسیار وسیع تري هستند. به علاوه این مواد قادر به بر هم کنش با گروه هاي شیمیایی مختلف به منظور افزایش میل ترکیبی آنها با ترکیبات ویژه می باشند. همچنین نانومواد می توانند به عنوان لیگندهاي قابل بازیافت با ظرفیت و عملکرد انتخابی بسیار بالا براي یون هاي فلزي سمی به هسته هاي رایواکتیو، حلال هاي آلی و معدنی به شمار می آیند.
جاذب ها به طور وسیعی به عنوان جداساز محیطی در خالص سازي آب و براي حذف آلاینده هاي آلی از آب آلوده استفاده می شدند. تحقیقات وسیعی در این زمینه صورت گرفته است از جمله می توان به کاربرد نانو تیوپ هاي کربنی تک دیواره براي حذف یون هاي سنگین ماننده Pb2، 2Cu، 2Cd، چیتوزان با گروه هاي عاملی فسفاته براي حذف2Pb ، ترکیب کربن نانوتیوپ- اکسید سدیم براي حذف As - V - ، نانو بلورهاي - FeO - OH - براي جذب AS - V - و Cr - VI - ، زئولیت هاي تعویض یون NaP1 براي حذف فلزات سنگین از پساب هاي معدنی اسیدي مانند Cr3، 2Ni، 2Zn، 2Cu، 2Cd، نانو مواد کربنی براي جذب مواد آلی فرار، رنگ هاي آلی و ترکیبات آلی و ترکیبات آلی کلره، فولرن براي جذب ترکیبات آروماتیک چند حلقوي مانند نفتالین اشاره نمود.
نانو مواد حفره اي
مواد نانو حفره اي به عنوان یک زیر مجموعه مواد نانو ساختار با دارا بودن سطح منحصر به فرد، شکل ساختمانی و خواص حجمی در زمینه هاي مختلف از جمله، فرایندهاي تعویض یونی، جداسازي، کاربردهاي کاتالیستی، ساخت حسگرها، ایزولاسیون ملکولی هاي زیستی و خالص سازي کاربرد دارند. به طور کلی مواد نانو حفره اي را می توان براساس دامنه قطر منافذ نانویی به سه دسته میکروپور، مزوپور و کاروپور تقسیم نمود .براساس سیستم آیوپاك، حفره هاي مواد میکروپور داراي قطري کمتر از 2 نانومتر می باشند. مزوپورها داراي حفره هاي به قطر بین 2 تا 50 نانومتر و ماکروپورها داراي حفره هایی با قطر بیشتر از 50 نانومتر هستند.
مواد نانوحفره اي را می توان براساس جنس، از قبیل آلی یا معدنی، سرامیک یا فلز و یا خواص آنها دسته بندي نمود .در سیستم هاي پلی مري، سرامیکی و یا کربنی نیز مشابه این چنین حفره هایی دیده می شود که البته شکل حفره ها در آن متفاوت هست. در واقع جنس ماده، شکل حفره ها، اندازه آنها و توزیع و ترکیب حفره ها است که در نهایت مشخص کننده نوع کاربرد ماده نانو حفره اي می باشد. این مواد شامل - کربن هاي نانوحفره اي ترکیبات داراي کاربردهاي متنوعی از جمله، جذب گازهاي آلاینده، بسته هاي کاتالیستی، فیلترهاي تصفیه آب، مخزن نگهداري گاز و... باشند.
- زئولیت هاي نانوحفره اي عمده کاربرد زئولیت هاي در فرایندهاي تصفیه اي آب - شامل تصفیه آب شرب و پساب هاي صنعتی - حذف یون هاي فلزات سنگین می باشد.
- پلیمرهاي نانوحفره اي - نانوپروس پلی مرها عمده کاربرد پلی مرهاي نانوحفره اي براساس عملکرد آنها به عنوان جاذب تعریف می گردد. از جداسازي ملکول هاي آلی خاص از سیستم هاي بیولوژیکی تا کاربرد آن ها را در تصفیه آب به منظور حذف آلودگی هاي ناشی از ترکیبات آلی نظیر فنل ها شامل می شود.
نانو ذرات
- حذف آرسنیک با نانو ذرات سریم
- حذف آرسنیک با نانو ذرات اکسید آهن
- حذف کروم با نانو ذرات آهن
- حذف مس، کبالت و نیکل با نانو ذرات آهن
- حذف ترکیبات آلی با نانو ذرات آهن
- حذف آلاینده ها با نانو ذرات آهن در محل
- کاهش نیترات با نانوذرات دوفلزي پالادیم- مس
- گندزدایی آب با نانو ذرات نقره
شیرین کننده هایی از جنس غشاي نانومتري
محققان توانسته اند عشاهایی از نانولوله هاي کربی بسازند که به کمک آن جداسازي گاز و مایع با کمترین هزینه امکان پذیر خواهد شد . امروزه بیشتر غشاها از مواد پلیمري ساخته می شوند که در دماي بالا مشکلاتی را به وجود می آورند .در این نوع غشاها نمی توان توازن مناسبی را میان ورودي غشا و قابلیت انتخاب آن برقرار کرد. استفاده ازنانولوله هاي کربنی امکان انتخاب پذیري مناسب در ورودي هاي بالا را فراهم می کند .
غشاهاي جدید باحفره هاي کوچک تر و متراکم تر وهمچنین امکان عبور شدت جریان زیاد از هر حفره ، از نظر گذردهی آب و هوا نسبت به غشاهاي دیگر بسیار موثرتر هستند و کاربردهاي فراوانی در تصفیه آب دارند .از روش جداسازي غشایی ، در شیرین سازي آب استفاده می شود . در این روش آب شور داغ را روي ورقه نازکی از غشاي داراي حفرات ریز موسوم به نانو حفره می ریزند . این حفره ها آنقدر کوچک هستندکه فقط بخار می تواند از میان آنها عبور کند و آب ، مایع ، نمک هاو مواد معدنی دیگر در پشت غشا باقی می مانند. در طرف دیگر غشاء محفظه هایی از آب سرد قرار دارد که بخار با عبور از آن دوباره به مایع تبدیل می شود.
ابزاري که در این روش به کار رفته است، عبارت است از دستگاهی مستطیل شکل با مجموعهاي از غشاهاي الیاف مانند توخالی که مایع به طور عرضی در آن جریان می یابد. این غشاها به صورت هزاران لوله به شکل تار مو در آمده، سپس آنها را به صورت بسته هایی داخل یک جعبه قرار میدهند. در این شکل نمونه آزمایشی از این دستگاه آب شیرینکن نشان داده شده است. در قسمت وسط، دسته اي از هزاران لوله توخالی شبیه تارمو قرار دارد. جداره این لولهها را هم غشاهایی با نانوحفرههاي کوچک تشکیل میدهد
تصفیه آب به کمک نانوذرات
نانوذرات لانتانیوم ، فسفات را از محیط هاي آبی جذب می کند .کاربرد این نانوذرات درحوضچه ها و استخرهاي شنا می تواند به طور موثري فسفات موجود را از میان برده و در نتیجه از رشد جلبک ها جلوگیري کند .نانوپودرها نیز میتوانند به عنوان مواد مناسبی براي پاکسازي خاك هاي آلوده و آب هاي زیرزمینی به کار روند ؛ همچنین نانوذرات آهن سبب اکسید شدن و درهم شکستگی ترکیبات آلوده کننده می شود و آنها را به ترکیبات کربنی با درجه سمیت بسیار پایین تبدیل می کند
.ارسنیک از آلاینده هاي بسیار سمی است که به طور طبیعی با پساب هاي انسانی سبب آلودگی آب می شود .مصرف این ماده سبب افزایش شیوع سرطان مثانه و روده می شود .آمار مسمومیت با ارسنیک در سطح جهان بسیار زیاد است و در بسیاري از کشورهاي درحال توسعه که بیش از 10 تا20 درصد جمعیت آنها به مسمومیت ارسنیک مبتلا شده اند ، چنین اتفاقی یک فاجعه بهداشتی به شمار می آید . بیشتر آلایندگی هاي ناشی از ارسنیک در کشورهاي جهان سوم گزارش شده است و به همین دلیل این کشورها بشدت نیازمند فناوري هاي نوین هستند تا به کمک آن بتوان آلاینده هاي فلزي سنگین مانند ارسنیک را از آب آشامیدنی حذف کرد .
در روش هاي جدید از نانوبلورهاي مغناطیسی به عنوان هسته اصلی سیستم هاي تصفیه آب استفاده می شود سطوح معدنی آهنی نه تنها تمایل شدیدي به جذب ارسنیک دارند. بلکه با انتخاب اندازه متناسب می توان براحتی این ذرات مغناطیسی را که به کمک روش هاي جداسازي مغناطیسی از آب جداکرد. درحقیقت نانوذرات درجذب ارسنیک همانندتوده آهنی عمل می کنند.
درواقع نه تنها ظرفیت جذب ارسنیک در نانوذرات بالاتر است بلکه به محض قرار گرفتن ارسنیک در کنار نانوذرات، جداسازي آن از این ذرات بسختی انجام خواهد شد. با توجه به نتایج به دست آمده از بررسی ها و تحقیقات انجام شده در این زمینه میتوان گفت نانوذرات مغناطیسی ، جاذب هاي بسیار خوبی براي آلاینده ارسنیک بویژه در آب هاي اسیدي هستند وخاصیت جذبی غیر قابل بازگشت این ذرات ، مخزن مناسبی براي جمع آوري آلاینده ها فراهم می کند
