بخشی از مقاله
چکیده _
در این مقاله سعی شده است فیلترهای نانو ساختار مورد استفاده در صنعت برق و انرژی در سطح جهانی و سپس داخل کشور معرفی و مورد بررسی و رصد قرار گیرند. به همین منظور ابتدا توضیحاتی در مورد انواع فیلترهای هوا و آب، مکانیزهای حاکم بر آنها و کاربردهای فناوری نانو در مورد آنها پرداخته شده و در ادامه با بررسی شاخص های تأثیر گذار، تحلیل بر روی نتایج صورت گرفته تا روند و سمت و سوی حرکت جهان در این حوزه به دست آید.
مقدمه
نیاز به تصفیه هوا، آب و پساب یکی از مهمترین مطالبات امروز و از الویتهای مهم و اساسی بشر است. فیلترها یکی از مهمترین اجزاء تصفیه هستند که به مرور زمان پیشرفت کرده و کارایی و بازده آنها افزایش یافته است. کارایی فیلتر با کیفیت بهتر هوا و آب رابطه مستقیم دارد. برای افزایش راندمان و کیفیت فیلترها مطالعات و کارهای زیادی صورت گرفته است. با گسترش فن آوری نانو، نانو مواد، نانو کاتالیست ها و نانو ذرات جدیدی گسترش یافتهاند که در تصفیه هوا و آب دارای بازدهی بالاتری بوده و می توانند به طور موثرتری مواد آلاینده را حذف کنند.
برخی از این تکنولوژی ها همچنان در مراحل تحقیقاتی هستند و با تکمیل اطلاعات مورد نیاز امکان استفاده از آن ها در آینده میسر خواهد شد. تکنولوژیهای مدرن و پیشرفته به کمک صنایع، منابع طبیعی و محیط زیست می شتابد که از جمله آنها میتوان به فناوری نانو در فیلترها برای تصفیه پساب های صنعتی، تصفیه گازهای آلاینده خروجی از دودکش صنایع، تصفیه آب مصرفی نیروگاهها، تصفیه هوای ورودی به کمپرسورها و توربینهای گازی و... اشاره کرد.
فیلترها یکی از مهمترین اجزاء تصفیه هستند که به مرور زمان پیشرفت کرده و کارایی و بازده آنها افزایش یافته است. کارایی فیلتر با کیفیت بهتر هوا و آب رابطه مستقیم دارد. برای افزایش راندمان و کیفیت فیلترها مطالعات و کارهای زیادی صورت گرفته است. با گسترش فناوری نانو، نانو مواد، نانو کاتالیست ها و نانو ذرات جدیدی گسترش یافتهاند که در تصفیه هوا و آب دارای بازدهی بالاتری بوده و می توانند به طور موثرتری مواد آلاینده را حذف کنند.
برخی از این تکنولوژی ها همچنان در مراحل تحقیقاتی هستند و با تکمیل اطلاعات مورد نیاز امکان استفاده از آن ها در آینده میسر خواهد شد. تکنولوژیهای مدرن و پیشرفته به کمک صنایع، منابع طبیعی و محیط زیست می شتابد که از جمله آنها میتوان به فناوری نانو در فیلترها برای تصفیه پساب های صنعتی، تصفیه گازهای آلاینده خروجی از دودکش صنایع، تصفیه آب مصرفی نیروگاهها، تصفیه هوای ورودی به کمپرسورها و توربینهای گازی و... اشاره کرد.
در این مقاله سعی شده است فیلترهای نانو ساختار مورد استفاده در صنعت برق و انرژی در سطح جهانی و سپس داخل کشور رصد شوند. به همین منظور پس از استخراج مقالات و پتنتهای مختلف از منابع و پایگاه دادههای معتبر، بررسی شاخصهای تاثیرگذار بر روند پیشرفت آنها در سطح جهانی و تحلیل نتایج صورت گرفت.
کاربردهای فیلترهای نانوساختار در صنعت برق و انرژی
با توجه به اهمیت فیلتراسیون در کاهش آلایندههای زیست محیطی و کاربرد آن در تصفیه هوا اعم از دود خروجی از نیروگاهها و همچنین تصفیه هوای ورودی به توربین به لحاظ افزایش راندمان، تصفیه آب و پساب نیروگاهی و نقش بسیار موثر نانوفناوری برخی از کاربردها عبارتند از:
فیلترهای تصفیه هوا:
افزایش مصرف آب و کمبود حاصل از آن که بر اثر آلودگی نیز تشدید میشود سبب شده تا تأمین آب به یکی از دغدغههای اساسی جامعه جهانی تبدیل شود. توانایی بازیافت آب، امکان دسترسی به یک منبع مناسب برای مصارف گوناگون را ایجاد میکند. با بهکارگیری فناوری الکتریکی و مکانیکی به سادگی میتوان آب آلوده را برای استفاده در کشاورزی و یا حتی مصارف خانگی بازیافت نمود. بدین ترتیب فیلتر نمودن آب با فیلترهای نانومتری، تحولی عظیم در بازیافت و استفاده مجدد از آبهای صنعتی و کشاورزی ایجاد میکند.
تصفیه آب با استفاده از نانو غشاها - نانوفیلتراسیون - :
از جمله کاربردهای نانوفیلتراسیون میتوان به حذف فلزات سنگین مثل جیوه، تصفیه آبهای آشامیدنی، رنگ زدایی، خذف آلودهکنندهها و حذف مواد شیمیایی اشاره کرد.
پژوهش و توسعه بر روی نانوالیاف در سالهای اخیر، بهدلیل قابلیت قابل ملاحظه آنها در افزایش عملکردی المانهای فیلتری رشد چشمگیری داشته است. هوای ورودی به کمپرسور نیروگاه گازی باید کاملا تمیز و خشک - عاری از هرگونه ذرات معلق در فضای اطراف خود - باشد. زیرا از طرفی رسوب گرد و غبار روی پره کمپرسور و توربین، شکل آیرودینامیکی پره های آنها را بهطور محسوس تغییر داده و باعث صدمه دیدن آنها میشود و از طرف دیگر باعث ایجاد احتراق نامناسب خواهد شد.
با استفاده از فیلترهای نانویی استهلاک پرههای توربین نیز کاهش مییابد، به طوری که برای هر دوره تعمیر برای هر نیروگاه حدود یک میلیارد تومان صرفهجویی خواهد شد. در مورد مزایای فیلترهای نیروگاهی اصلاح شده با نانو الیاف باید گفت : افزایش طول عمر فیلتر تا حدود 2 برابر، کنترل و عدم افزایش افت فشار، افزایش قابل توجه کارآیی فیلتراسیون، افزایش راندمان تبدیل انرژی در صنایع خودرویی و نیروگاهی به همراه کاهش استهلاک تجهیزات و زمان خواب و تعمیر آنها و افزایش سطح حفاظت از توربین از جمله این مزایاست. مزیت اصلی این فناوری شامل ارتقای راندمان فیلتراسیون از طریق کاهش اندازه سوراخها و همچنین افزایش عمر فیلتر با بهرهگیری از فیلتراسیون سطحی میباشد.
فیلترهای تصفیه آب و پساب:
آب خون حیاتی یک نیروگاه به شمار میرود. مقادیر بسیار زیادی از آب برای تولید بخار و همچنین مصارف تمیزکاری در این مراکز مصرف میشود.
تصفیه آب با استفاده از نانولولهها:
از جمله غشاءهای مصرف شده در نانو فیلترها، میتوان به نانولولههای کربنی اشاره کرد. نانولولههای کربنی میتوانند برای تشکیل غشاهایی با تخلخل نانومتری و دارای قابلیت جداسازی آلودگیها، به طور یکنواخت هم راستا شوند . تخلخلهای نانومتری نانولولهها دارای سطح ویژه بسیار بالا، نفوذپذیری زیاد، پایداری حرارتی و مکانیکی مناسبی هستند.
تصفیه آب به کمک نانو ذرات:
نانو ذرات آهن:
نانو ذرات آهن سبب اکسید شدن و در هم شکستگی آلاینده میشود. و آنها را به ترکیباتی با درجه سمیت بسیار پایین تبدیل میکند. استفاده از این نانوذرات باعث حذف آرسنیک، کروم، مس، کبالت، نیکل، آلایندهها و ترکیبات آلی آب میشود.
نانوذرات لانتانیوم:
نانوذرات لانتانیوم، فسفات را از محیطهای آبی جذب میکنند. کاربرد این نانوذرات به طور موثری فسفات موجود را از میان برده و در نتیجه از رشد جلبک جلوگیری میکند
نانوذرات دی اکسید تیتانیم، به دلیل خاصیت فوتوکاتالیستی خود قادر به حذف آلایندهها در آب و تبدیل آنها به مواد بی خطر نظیر دی اکسید کربن و آب هستند. از این نانوذرات میتوان برای رفع آلایندهها، ویروسها و مواد شیمیایی آلی خطرناک استفاده کرد.
زئولیتها:
زئولیتها یکی دیگر از ساختارهای نانومتری قابل استفاده برای تصفیه آب هستند. زئولیتها سالهاست که مورد استفاده قرار دارند، ولی امروزه با کنترل اندازه ذرات تشکیل دهنده غشاء و ایجاد غشاهایی همگن از این مواد، امکان بالابردن بازدهی فراهم شده است.
تصفیه آب دیگ بخار:
از آنجاییکه دیگهای مورد استفاده در تولید بخار در دما و فشار بالا کار می کنند، آب وارد شده به این دیگها باید تا کیفیت بسیار بالایی تصفیه شود. مواد معدنی همچون سیلیکا و ترکیبات مبتنی بر سیلیکا و یونهای سختی آب همچون کلسیم و منیزیم میتوانند موجب جرم گرفتگی دیگ شده و کارایی واحد را کاهش دهند. دیگهای بخار به صورت منظم تمیز میشوند تا ناخالصیهای جمع شده از درون آ نها پاک شوند - فلزاتی همچون مس، آهن، نیکل، روی، منیزیم و کروم و افزودنیهای شیمیایی - ؛ بدین ترتیب از جرم گرفتگی دیگ بخار و خوردگی اجزای ژنراتور جلوگیری میشود. تصفیه این نوع از پساب که به نام boiler blowdown نامیده میشود، دشوار بوده و در برخی موارد در بخش پسابهای مضر قرار میگیرد.
تصفیه آب خنککننده:
در نیروگاههای برق حرارتی آب به بخار با فشار بالا تبدیل میشود تا توربین ها را چرخانده و برق تولید شود. سپس بخار خارج شده از توربین سرد میشود تا دوباره تبدیل به آب شده، حرارت داده شده و توربینها را به گردش درآورد. فرایند میعان نیاز به سامانه خنککننده آبی مجزایی دارد؛ این سامانه به طور معمول از تعداد زیادی لولههای یک اینچی تشکیل میشود که حرارت بخار را جذب میکنند. آب خنککننده با استفاده از یکی از دو فرایند چرخه بسته یا سامانه عبوری منفرد هزاران بار از لولههایی که در آ نها آب و بخار جریان دارند، عبور داده میشود. آب خنک کننده در معرض آلودگیهایی نظیر رسوبات و فلس های معدنی، خوردگی، کثیف شدن و رشدمیکرواُرگانیسمها قرار دارد.
رصد آخرین محصولات و تحولات فناوری در حوزه انواع فیلترهای
نانوساختار مورد استفاده در صنعت برق و انرژی
بهمنظور رصد آخرین محصولات و تحولات نانو فناوری در حوزه انواع فیلترهای مورد استفاده در صنعت برق و انرژی در سطح جهانی و کشور، ابتدا با استفاده از کلید واژه های مناسب، استخراج اطلاعات مربوطه از بانکهای اطلاعاتی معتبر صورت گرفت و پس از بررسی موارد حاصله، دسته بندی و اولویت دهی موضوعی تخصصی صورت گرفته و مورد تحلیل قرار گرفتند. در راستای استخراج اطلاعات و بررسی مقالات و پتنتها، کشورها، مراکز بین المللی پیشرو و شرکت های فعال در سطح بین المللی و ملی مشخص شدند که نتایج آن در ادامه آورده شده است.
