نانوفناوري و فاضلاب!

افزايش جمعيت جهان و کاهش منابع آب آشاميدني ، نگراني هايي را در باره تامين آب آشاميدني مورد نياز کشورهاي مختلف در سراسر جهان به وجود آورده است و کمبود آب که در نتيجه افزايش آلودگي هاي زيست محيطي شدت پيدا مي کند ، سبب شده است تامين آب بهداشتي مورد نياز مردم به يکي از مشکلات اساسي  جهان امروز تبديل شود امراض ناشي از آلودگي منابع آب ، روزانه سبب کشته شدن هزاران و شايد ده ها هزار نفر از مردم جهان مي شود . اين در حالي است که امکان بازيافت آب دسترسي به يک منبع مناسب براي مصارف گوناگون را فراهم خواهد آورد . امروزه به کمک فناوري هاي نوين الکتريکي و مکانيکي ، به آساني مي توان آب آلوده را درکشاورزي و حتي مصارف خانگي استفاده کرد . استفاده از فيلترهاي نانومتري ، تحول عظيمي را در بازيافت و استفاده مجدد از منابع آب ايجاد کرده است.

فيلترهاي فيزيکي با منافذي درحد نانومتر مي توانند باکتري ها، ويروس ها و حتي واحدهاي کوچک پروتئيني را به صورت کامل و صد درصد غربال کنند؛ همچنين با استفاده از جداکننده هاي الکتريکي که به وسيله صفحات ابرخازن يون ها را جذب مي کنند ، مي توان نمک و مواد سنگين را نيز از آب جدا کرد.

نانوفيلترها

 با استفاده از فناوري هاي نوين توليد آب نانوفيلتر شده در مقياس انبوه امکان پذير خواهد شد . اين روش مي تواند بسياري از موانع و مشکلات موجود در روش هاي قبلي را ازميان بردارد . با استفاده از نانوفيلترها ، مواد معدني مورد نياز براي سلامت انسان در آب باقي مي ماند ومواد سمي و مضر از آن حذف مي شود . دانشمندان و محققان به روش ساده اي براي توليد فيلترها با استفاده از نانولوله هاي کربني دست يافته اند که علاوه بر حذف موثر آلاينده ها در مقياس نانو و ميکرو از منابع آب مي تواند هيدروکربن هاي سنگين را نيز از نفت خام جدا کند. استفاده از نانولوله هاي کربني در ساخت فيلترها سبب سهولت در پاکسازي ، افزايش استحکام ، قابليت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما مي شود . اين فيلترها از دقت بسيار زيادي برخوردارند و مي توانند ويروس هايي به اندازه 25 نانومتر را بخوبي عوامل بيماري زاي بزرگتر مانند باکتري اي – کولاي از آب حذف کنند . کاهش هزينه ها و همچنين کنترل مقدار آلاينده ها در آب تصفيه شده از ديگر مزاياي کاربرد اين روش به شمار مي آيد .

شيرين کننده هايي از جنس غشاي نانومتري

محققان توانسته اند عشاهايي از نانولوله هاي کربي بسازند که به کمک آن جداسازي گاز و مايع با کمترين هزينه امکان پذير خواهد شد . امروزه بيشتر غشاها از مواد پليمري ساخته مي شوند که در دماي بالا مشکلاتي را به وجود مي آورند .در اين نوع غشاها نمي توان توازن مناسبي را ميان ورودي غشا و قابليت انتخاب آن برقرار کرد. استفاده ازنانولوله هاي کربني امکان انتخاب پذيري مناسب در ورودي هاي بالا را فراهم مي کند .غشاهاي جديد باحفره هاي کوچک تر و متراکم تر وهمچنين امکان عبور شدت جريان زياد از هر حفره ،  از نظر گذردهي آب و هوا نسبت به غشاهاي ديگر بسيار موثرتر هستند و کاربردهاي فراواني در تصفيه آب دارند .از روش جداسازي غشايي ، در شيرين سازي آب استفاده مي شود . در اين روش آب شور داغ را روي ورقه نازکي از غشاي داراي حفرات ريز موسوم به نانو حفره مي ريزند . اين حفره ها آنقدر کوچک هستندکه فقط بخار مي تواند از ميان آنها عبور کند و آب ، مايع ، نمک هاو مواد معدني ديگر در پشت غشا باقي مي مانند. در طرف ديگر غشاء محفظه هايي از آب سرد قرار دارد که بخار با عبور از آن دوباره به مايع تبديل مي شود.

• تصفيه آب به کمک نانوذرات

نانوذرات لانتانيوم ، فسفات را از محيط هاي آبي جذب مي کند .کاربرد اين نانوذرات درحوضچه ها و استخرهاي شنا مي تواند به طور موثري فسفات موجود را از ميان برده و در نتيجه از رشد جلبک ها جلوگيري کند .نانوپودرها نيز ميتوانند به عنوان مواد مناسبي براي پاکسازي خاک هاي آلوده و آب هاي زيرزميني به کار روند ؛ همچنين نانوذرات آهن سبب اکسيد شدن و درهم شکستگي ترکيبات آلوده  کننده مي شود و آنها را به ترکيبات کربني با درجه سميت بسيار پايين تبديل مي کند .ارسنيک از آلاينده هاي بسيار سمي است که به طور طبيعي با پساب هاي انساني سبب آلودگي آب مي شود .مصرف اين ماده سبب افزايش شيوع سرطان مثانه و روده مي شود .آمار مسموميت با ارسنيک در سطح جهان بسيار زياد است و در بسياري از کشورهاي درحال توسعه که بيش از 10 تا20 درصد جمعيت آنها به مسموميت ارسنيک مبتلا شده اند ، چنين اتفاقي يک فاجعه بهداشتي به شمار مي آيد . بيشتر آلايندگي هاي ناشي از ارسنيک در کشورهاي جهان سوم گزارش شده است و به همين دليل اين کشورها بشدت نيازمند فناوري هاي نوين هستند تا به کمک آن بتوان آلاينده هاي فلزي سنگين مانند ارسنيک را از آب آشاميدني حذف کرد . در روش هاي جديد از نانوبلورهاي مغناطيسي به عنوان هسته اصلي سيستم هاي تصفيه آب استفاده مي شود سطوح معدني آهني نه تنها تمايل شديدي به جذب ارسنيک دارند. بلکه با انتخاب اندازه متناسب مي توان براحتي اين ذرات مغناطيسي را که به کمک روش هاي جداسازي مغناطيسي از آب جداکرد. درحقيقت نانوذرات درجذب ارسنيک همانندتوده آهني عمل مي کنند. درواقع نه تنها ظرفيت جذب ارسنيک در نانوذرات بالاتر است بلکه به محض قرار گرفتن ارسنيک در کنار نانوذرات، جداسازي آن از اين ذرات بسختي انجام خواهد شد. با توجه به نتايج به دست آمده از بررسي ها و تحقيقات انجام شده در اين زمينه ميتوان گفت نانوذرات مغناطيسي ، جاذب هاي بسيار خوبي براي آلاينده ارسنيک بويژه در آب هاي اسيدي هستند وخاصيت جذبي غير قابل بازگشت اين ذرات ، مخزن مناسبي براي جمع آوري آلاينده ها فراهم مي کند .

• تصفيه فاضلاب

محققان به دنبال توسعه روش منحصر به فردي براي تصفيه فاضلاب هستند که بدون استفاده از مواد شيميايي گران قيمت ، کيفيت آب را در مقايسه با روش هايي که در حال حاضر مورد استفاده قرار مي گيرند ، به ميزان قابل توجهي افزايش خواهد داد . آخرين مرحله تصفيه آب ، حذف موجودات زنده بسيار ريز است در حال حاضر از کلر به عنوان ماده ضدعفوني کننده استفاده مي شود . اما در اين صورت حتي پس از تصفيه نيز ترکيبات ارگانيک زيادي در آب وجود خواهد داشت . کلر موجودات زنده ريز را از آب حذف مي کند . اما با آلاينده هاي ارگانيک واکنش مي دهد و محصولات جانبي تجزيه ناپذير و سمي توليد مي کند که نمي توان آنها را از آب حذف کرد. انتقال اين مواد به محيط زيست و استفاده از آنها در کشاورزي وصنايع ديگر ميتواند مشکلات بهداشتي خطرناکي ايجاد کند .

تصفيه فاضلاب به کمک نانو کاتاليزور نوري مي تواند جايگزين سومين مرحله تصفيه يعني ضدعفوني با کلر شود تا موجودات زنده و ترکيبات آلي را به طور همزمان حذف و فاضلاب را به يک منبع آب مناسب تبديل کند . به طور طبيعي موجودات زنده ريز ، ترکيبات ارگانيک بزرگ را به ذرات کوچک تري تبديل مي کنند. اما از آنجاييکه اين ترکيبات از نظر زيستي تجزيه ناپذيرند براي تجزيه آنها بايد از نوع انرژي استفاده کنيم . اين انرژي از اشعه فرابنفش نور خورشيد تامين شده و به همراه کاتاليزورهاي نوري مورد استفاده قرا رمي گيرد . انرژي آزاده شده از واکنش سلول کاتاليزور نوري مي تواند موجودات زنده ريز را از ميان برده و ترکيبات تجزيه ناپذير را تجزيه کند . اين فرآيند به دليل امکان استفاده  مجدد از کاتاليزورهاي نوري از نظر اقتصادي مقرون به صرفه است. ذرات کاتاليزوري يا بصورت همگن در محلول پراکنده مي شوند يا به صورت ساختارهاي غشايي رسوب داده شده هستندکه تجزيه شيميايي آلاينده ها را امکان پذير مي کنند . با توجه به کاربردها و قابليت هاي فناوري نانو در صنعت آب و فاضلاب بسياري از شرکت ها از اين فناوري در تصفيه آب و فاضلاب استفاده مي کنند وبه همين دليل امروزه استفاده از محصولات و توليدات بر پايه فناوري نانو افزايش يافته است . اين محصولات اغلب شامل نانو فيلترها وانواع حسگرهايي است که به منظور تشخيص مواد و ذرات موجود در آب مورد استفاده قرار مي گيرند.

تصفيه پساب هاي صنعتي

پساب هاي صنعتي صنايع شوينده ، حاوي اکسيژن بيوشيميايي و مواد فعال شيميايي است . که بايد در فرآيندهاي تصفيه از آب جدا شوند . يکي از ديگر موادي که در پساب هاي صنعتي يافت مي شود مواد نامحلول روغني است . حضور اين مواد فرآيند تصفيه آب را با مشکل مواجه مي کند .يکي از روش هاي اقتصادي براي تصفيه اين مواد ، استفاده از سيستم هاي ترکيبي حاوي ميکروفيلترها و نانو فيلترهاست . در اين سيستم براي حذف ذرات معلق مانند روغن ها و گريس ها از ميکروفيلترها و براي حذف پاک کننده ها از نانو فيلترها استفاده مي شود .

منبع: روزنامه جام جم