بخشی از مقاله
چکیده:
در سال های اخیر، الیاف نانولوله کربنی به عنوان نسل جدیدی از نانوساختارهای کربنی توجه محققان بسیاری را به خود معطوف داشته است. این ساختار جدید، به دلیل دارا بودن شیمی کربن، هدایت الکتریکی و حرارتی بالا، ساختاری فیبری شگفت انگیز، مقاومت مکانیکی بالا و... از دیگر مواد نانوساختار متمایز شده است. پیش از کشف الیاف نانولوله کربنی، تارهای عنکبوت به عنوان مستحکم ترین ماده در میان مواد طبیعی و مصنوعی محسوب می شدند، اما این نانوساختارهای کربنی از نظر ساختاری و استحکام الیاف بسیار قوی تار عنکبوت و کولار را نیز پشت سر گذاشته است. در این مقاله، سعی شده است روش های سنتز و کاربردهای این الیاف معرفی شود.
یکی از پرکاربردترین ساختارهای مورد بحث درفن آوری نانو که به عرصه علوم زیستی وارد شده است،نانولولههای کربنی هستند.این نانوساختارها، بهجهت بهرهمندی از ویژگیهای منحصربهفرد فیزیکی و شیمیایی بالقوه، از قابلیتهایی برای استفاده در حسگرهای زیستی، حمل و نقل مولکولی، جستجوی الکتروشیمیایی نمونههای زیستی، داربست بافتی، فرستنده پیام به سلولها و روشهای تشخیصی برخوردارند.اما پیش از به کارگیری نانولولههای کربنی در موجودات زنده، باید از سازگاری این ساختارها در بافت زنده مطمئن شد.
.1مقدمه:
امروزه منابع محدود آب شیرین قابل دسترس در معرض انواع آلودگیهای میکروبی و شیمیایی قرار گرفته و آلایندههای فراوانی از طریق فاضلابهای صنعتی و کودهای شیمیایی منابع حیاتی انسانها را به طور جدی تهدید مینماید. متأسفانه با توسعه تمدن جدید و صنعتی شدن جوامع، فاضلابهای صنعتی، مواد سمی، فلزات سنگین و آلودگیهای مضر که برای سلامتی موجود تهدید به حساب میآید، از قبیل اسیدیته آزاد، مواد قلیائی، گازهای سمی، مواد رادیواکتیو، میکروارگانیسمهای بیماریزا، چربی و روغن و … را وارد آبهای شیرین قابل دسترس می نماید.
نانوتکنولوژی، فناوری جدید است که تمام دنیا را فرا گرفته است و به تعبیر دقیق تر "نانوتکنولوژی بخشی از آینده نیست بکله همه آینده است.نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر میشود
از همین تعریف ساده برمیآید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست.برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر،ارتباطات،حملونقل، انرژی،محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده اند.کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فن آوری را به عنوان یک زمینه فرا رشتهای و فرابخش مطرح نموده است.
کاربردهای بالقوه فناوری نانو در تصفیه آب:
-1 تولید آب تمیز،سالم و عاری از آلاینده هایی که با روش معمولی تصفیه ،نمی توانند از آب جدا شوند
-2 تولید آب تمیز و سالم و با هزینه کمتر
-3 افزایش امکان بهره گیری از آب های غیرقابل استفاده از طریق نمک زدایی و بازیافت
-4 حفظ اجزای مغذی ضروری در آب
-5 تصفیه فاضلاب و رفع آلودگی آب های زیرزمینی آلوده
-6 ارائه روشی قابل اجرا و مقرون به صرفه برای نمک زدایی از آب دریا و آب های لب شور
-7 خالص سازی آب فرآیندی
-8 تصفیه آب مناطق مسکونی
این گزارش مروری بر انواع کاربردهای فناورینانو در تصفیه آب است و برای نشان دادن هر یک از آنها، به مثالهای ویژهای از نوآوریهای فناورینانو اشاره میشود.روش های بسیاری جهت جداسازی آلاینده ها در فرایندهای تصفیه مورد استفاده قرار گرفته است.با توجه به توانمندی های فراوان فناوری نانو در حذف و کنترل آلودگی های محیطی، تصفیه و جلوگیری از انتشارآن ها می توان آن را به عنوان یک تکنولوژی سبز و ابزاری موثر برای دستیابی به توسعه پایدار در نظرگرفت
نانولوله های کربنی میتوانند برای تشکیل غشاهایی با تخلخل نانومتری و دارای قابلیت جداسازی آلودگیها مورد استفاده قرار گیرند.تخلخلهای نانومتری نانولوله ها، این فیلترها را از دیگر فناوریهای تصفیه آب بسیار انتخاب پذیرتر نموده است.همچنین نانولوله های کربنی دارای سطح ویژه بسیار بالا، نفوذپذیری زیاد و پایداری حرارتی و مکانیکی خوبی هستند، لذا استفاده از این فناوری در استفادهطولانی مدت، نسبتاً کم هزینه است چرا که آن ها میتوانند بدون از دست دادن قابل توجه ظرفیت جذب، احیا شده، استفاده شوند.
.2مواد و روش ها:
نانولوله های کربنی یک عامل تصفیه ابداعی است که می تواند آلاینده های زیادی را حذف نماید.
نانولوله ها بر اساس ساختمان گرافیت بنا می شوند .گرافیت از لایه های مجزایی متشکل از اتمهای کربن تشکیل شده است که به صورت واحدهایی شش ضلعی که در شش رأس آن اتم کربن قرار دارد آرایشی یافته اند.قطر نانولوله بین یک تا دو نانومتر و طول آن گاه تا چند میکرومتر نیز میرسد.انتهای هر دو سوی نانولوله ها میتواند با نیمهای از یک فولرن 4 مسدود باشد یا نباشد و لذا میتواند در انتهای خود علاوه بر اجزای شش ضلعی دارای اجزای پنج ضلعی نیز باشد.اما مهمترین ویژگی که در تعیین خصوصیات نانولوله ها نقش بازی میکند، با عنوان پیچش شناخته میشود.از دیگر ویژگیهای ساختاری نانولوله ها حضور آنها به دوفرم نانولوله چند لایه و نانولوله های تک لایه است؛ هر یک از این انواع دارای کاربردهای متفاوتی هستند.
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نانولوله ها:
نانولوله ها علیرغم برخورداری از قطر بسیار کم، استحکام کششی بالا یی در حدود صد گیگا پاسکال دارند.از دیگر خصوصیات نانولوله ها وجود پیوندهای واندروالس بین اتمها و لذا توانایی بسیار پایین آنها،برای چسبیدن به یکدیگر - خواص الکتریکی منحصر به فرد - در نانولوله فلزی و نیمه هادی رسانایی تنها در جهت طولی،رسانایی حرارتی و خاص یت نشر میدانی است. خاصیت نشرمیدانی در ساختارهایی که دارای نسبت طول به قطر بالا - بزرگ تر از هزار - ، دارای رأس اتمی تیز، ثبات بالای حرارتی و شیمیایی و هدایت بالای الکتریکی و گرمای باشند، دیده می شود.
روشهای تولید نانولوله های کربنی:
تبخیر یا سایش لیزری رسوبدهی شیمیایی بخار به کمک حرارت
رسوبدهی شیمیایی بخار به کمک پلاسما رشد فاز بخار الکترولیز
روش های سنتز الیاف نانولوله های کربنی: الیاف نانولوله کربنی به وسیله ی سه نوع فرآیند اصلی تولید می شوند که عبارتند از روش ریسیدن مستقیم، روش ریسیدن محلول و روش فرآیند سازی الکتروفورتیک و دی الکترو فورسیس. به نظر می رسد روش ریسیدن محلول، عملی ترین تکنیک برای افزایش مقیاس تجاری است.
