فناوری نانو و صنعت ساختمان (1)

پژوهشگران فعال دربخش راه وساختمان به منظور بهبود ویژگی های مواد ومصالح ساخت وساز، به کاربردهای مختلف فناوری نانودراین حوزه روی آورده اند.فناوری نانو می تواند مشخصات بنیادی موادساختمانی همچون استحکام ،دوام وسبکی رابهبود بخشیده وویژگی ها وکارکردهای مفیدی همچون عایق بندی حرارتی ،خودپاک شوندگی ،پایش ایمنی ساختمان ها وسلامت ساختارها و...مورداستفاده قرارگیرند.

با گسترش روزافزون جمعیت وافزایش میزان ساخت وساز وهمچنین به دلیل محدود بودن منابع ومصالح مصرفی ،تقاضا برای استفاده از مصالح جدید درصنعت ساختمان افزایش پیدا کرده است .تلاش در جهت پیدا کردن راه حل هایی برای اصلاح کیفیت ،افزایش کارایی مصالح وکاهش مصرف ماده خام وانرژی موجب استفاده از فناوری نانو در این صنعت شده است .ازمزایای استفاده از این فناوری می توان به افزایش کیفیت مصالح ،صرفه جویی در مصرف انرژی و به تبع آن صرفه جویی اقتصادی اشاره کرد.

فناوری نانو و پوشش‌های ساختمانی

نانو پوشش‌های ساختمان در سطوح داخلی و خارجی ساختمان‌ها ازجمله: سطوح شیشه‌ای، پلاستیكی، چوبی، فولادی، سنگی، آجری، كاشی، سرامیكی، سیمانی، بتنی ،مرمر،سنگ معمولی ،سفال استفاده می‌شوند. در این سطوح (سطوح هوشمند) كه عموما فوق آبدوست یا فوق آبگریز هستند واكنش‌ها روی سطح صورت می‌گیرد.

لازم به ذكر است كه نانو پوشش‌های ساختمان آنتی‌باكتریال بوده و برای سلامت انسان بی‌ضرر هستند.مهمترین  مزیت های استفاده از نانو پوشش ها عبارت است از: ایجاد پوشش عایق مناسب،عدم نفوذ عوامل خوردگی به داخل این پوشش ها،افزایش مقاومت در برابر انتقال حرارت ،افزایش مقاومت در برابر عوامل خوردگی ،سایش وپوسیدگی وخاصیت خود تمیز شوندگی این سطوح.

نانو پوشش های سنگ وچوب

این نانو پوشش ها ی آنتی باکتریال، مقاوم در برابر آب، هوا، مواد ارگانیکی و غیر ارگانیکی هستند و یکی از  پوشش های اصلی صنعت ساختمان به شمار می روند. نانو پوشش های سنگ و چوب ترکیباتی هستند که ضمن حفظ ظاهر اصلی سطح باعث عدم ایجاد چسبندگی در سطح شده و آب، چربی وسایرو آلودگی ها را از سطح دفع می کنند. ضمنا" نانو پوشش های سنگ وچوب برای سطوح سنگی نفوذ پذیرکه خاصیت مکندگی دارند نیز موارد استفاده بسیاری دارند. ترکیبات این نانو پوشش ها معمولا" شامل الماس، نقره، شیشه و سرامیک می باشند و باتوجه به موارد مصرف  ممکن است متفاوت باشند، اما در اکثرآن ها فاز حامل آب والکل است وذرات آنها تا 300 درجه سانتیگراد مقاوم هستند.

مزیت های نانوپوشش های سنگ وچوب در پوشش سطوح منفذ دار، حفظ تنفس سطوح، حفظ سطوح در برابرعوامل محیطی، امکان تمیز شدن لکه ها ازجمله؛ چربی ها وروغن ها با آّب، جلوگیری از ایجاد کپک، جلبک و مشابه آنها و محافظت سطوح دربرابررطوبت وفساد میکروبی ،ظاهرواضح وافزایش کیفیت وکارایی سطوح وکف های چوبی درساختمان ها،پایداری دربرابراشعه فرابنفش وانواع ویژگی های ظاهری ازقبیل سختی ومقاومت دربرابرآتش می باشد.

استفاده از نانوپوشش ها در جهت بهبود خواص و افزایش عمر سنگ و چوب از کاربرد های فناوری نانو درحوزه ساختمان است. درخت های بزرگ اطراف ساختمان ها با به جا گذاشتن آثار خود برروی سطوح ساختمان ها باعث می شوند نمای ساختمان ها به مرور زمان رنگ سبز درختان رابه خود گرفته و برای تمیز کردن آن ها می بایست ازابزار تمیزکننده با فشارهای قوی استفاده شود، اما این عمل نیز باعث می شود پس از چند ماه درسطح ساختمان چسبندگی بیشتری ایجاد شود و سریع تر وراحت تراز قبل کثیفی ها رابه خود جذب کنند دراین گونه موارد نیز استفاده از با نانوپوشش های سنگ وچوب ضروری به نظر می رسد. همچنین این نانو پوشش ها باعث می شوند که ساختمان ها یی که دارای باغچه هستند و مجسمه های اطراف آن ها از تاثیرات محیطی محفوظ مانده و به مرورزمان در رنگ آن ها تغییری ایجاد نشود.

بتن گازی وماسه سنگ هایی که ساختار سفید رنگی دارند واغلب در آتلیه ها و ایوان ها به کار می روند، کثیفی ها وچربی ها را جذب کرده وظاهر آنها خیلی سریع به صورت نامطلوبی تغییرمی کند. در این شرایط استفاده ازتمیز کننده های بافشار بسیار قوی نیز کارساز نمی باشد. اما در صورت استفاده از نانو پوشش های سنگ وچوب درحالی که به سطح اجازه تنفس داده می شود، باعث عدم نفوذ مواد به سطح می شوند، بدین ترتیب رنگ وساختار اصلی سطح حفظ می شود.

نانوپوشش های چوب، علاوه بر استفاده در سطوح چوبی معمولی برای سطوح چوبی جلادار وسطوح چوبی رنگ شده هم مورد استفاده قرارمی گیرند. درسطوح چوبی جلادارسه ماه پس ازاعمال جلا مورد استفاده قرارمی گیرند وبرای سطوح چوبی  رنگ شده ازنانوپوشش های چند منظوره استفاده می شود.

گچ،آجر و سیمان متاثر از فناوری نانو

یکی از مشکلات اساسی گچ ها ،آجرها ،یا سیمان های رایج،خاصیت جذب بالای آن هاست که موجب می شود این مواد بسترهای بسیارخوبی برای نوشته ها یا نقاشی هایی باشند که به زیبایی نمای ساختمان ها آسیب می زند.برای غلبه بر این مشکل ،می توان از روکش های مبتنی بر فناوری نانو استفاده کرد که با ایجاد محافظت دایمی ،از نفوذ رنگ به داخل دیوار جلوگیری می کند .این روکش از دوجزء تشکیل می شود که پس از اعمال شدن روی دیوار ،باهم واکنش می دهند وپس ازآن هر نوشته یا نقاشی روی این سطح به راحتی  تمیز می شود.

ساختمان هایی که با سیمان های الیافی ساخته می شوند پس از مدتی به منبع لکه وکثیفی تبدیل می شوند. سیمان استفاده شده درنمای ساختمان ها، کثیفی ها و کپک ها رامکیده و ب اتاثیر نور خورشید آنها را بخوبی در داخل ماتریس جایگزین می کند و دورکردن این لکه ها  وکثیفی ها کار بسیار مشکلی است. استفاده ازنانوپوشش های سنگ وچوب که در بالا ذکر شد،در نمای ساختمان باعث عدم نفوذ کثیفی ها، باکتری ها وغیره به داخل ماتریس می شوند و ظاهر اولیه نما را به خوبی حفظ می نمایند.

نانو پوشش های شیشه

ازجمله کاربردهای فناوری نانو مرتبط با تولیدات شیشه ای ،می توان به پوشش های خود تمیز شونده وجلوگیری کننده ازتشکیل مه اشاره داشت. مشکل  آلودگی سطوح مخصوصا درمورد سطوح با انرژی بالا همانند شیشه که تمایل به جذب مولکول های دیگر دارند ،فراگیر است .راهبرد ارائه شده توسط فناوری نانو ،نانو کامپوزیت های آلی /معدنی هستند که ویژگی های پلیمری پرفلوئوره (همانند تفلون) ایجاد می کنند.معمولا زمانی که زاویه تماس آب بالای 100درجه است،ویژگی دفع روغن وآب افزایش می یابد .این ویژگی در سطوح نچسبی همانند تابه های نچسب (تفلون )مورد استفاده قرار می گیرد.

نانو پوشش های شیشه در صنایع ساختمان واتومبیل بیشترین کاربرد را دارند، در ادامه به برخی ازکاربرد های آنها در صنایع ساختمانی اشاره شده است.

شیشه های خود تمیز شونده

 این نوع نانو پوشش ها، باضخامت چند نانومتر در سطح شیشه یک فیلم آب دوست تشکیل می دهند، سطح هیدروفیل آنها از تاثیر نور خورشید یک فوتوکاتالیست تشکیل داده وآب جمع شده در سطح، درمقابل نیروی جاذبه زمین میزان آب/ هوا را برروی خود افزایش داده وبدین ترتیب آب جمع شده در سطح تماما" پخش شده وبخودی خود امکان تمیز شدن رابوجود می آورد.

نانوپوشش های استفاده شده برروی شیشه پس از شش هفته خاصیت خود تمیزشوندگی را از خود نشان می دهند. بنا به گفته متخصصین نانوذرات TiO2 موجود در این نانو پوشش ها دارای دو خاصیت است ؛ یکی از آن ها فوق العاده هیدروفیل بودن آن است، دیگر آن که دارای خاصیت ضد عفونی کنندگی است، زیرا TiO2 قادربه شکستن وتجزیه آلاینده های آلی است. این تاثیرپس ازگذشت چند هفته در شیشه ایجاد می شود، زیرا تیتانیوم دی اکساید باید در داخل ماتریس شیشه جایگزین شده و شیشه ها را از کثیفی های موجود رها کرده وسپس کثیفی های محیط رابه صورت کاتالیتیک تجزیه نموده واز بین ببرد. خاصیت پخش شوندگی مساوی آ ب در سطح باعث می شود بدون اینکه لکه‌ای باقی بماند سطح ازکثیفی‌ها عاری شود.

شیشه های کنترل کننده انرژی

این نوع شیشه ها ضمن دارابودن تنوع دررنگ وسایر خصوصیات، قادرند باکاهش شدید امواج ماوراء بنفش ومادون قرمز عبوری وتنظیم عبور نورمرئی، در زمستان تا 85درصد ودر تابستان تا 80درصد از هدر رفتن انرژی داخل ساختمان جلوگیری کرده ودر صرفه جوئی مصرف انرژی، نقش بسزائی داشته باشند.

 شیشه های محافظ در برابر آتش

شیشه های محافظ دربرابر آتش نیز یکی دیگراز دستاوردهای فناوری نانو است. این محصول از طریق قراردادن یک لایه شفاف محتوای نانو ذرات سیلیس (SiO2) درمیان دو صفحه شیشه ای ساخته می شود که در هنگام گرم شدن شیشه این لایه شفاف تبدیل به محافظی سخت، تیره ومقاوم دربرابر آتش می شود.

    ادامه دارد...

جادوی جوراب‌های نانویی

اکثرمردم ازعرق پا رنج می برندونمی توانند آن راتحمل کنند به طور طبیعی هرپا دارای 250 هزارغد دعرقی است که قادرند حدود 500میلی لیتر عرق درروز تولید کنند.جوراب های نانویی که به وسیله ی نانوذرات بهبود یافته اند از رشد باکتری ها وقارچ ها جلوگیری کرده وبدین وسیله از چرب شدن وبدبو شدن پا جلوگیری می کنند واز بسیاری از مشکلاتی که در زمینه ی بوی بد پا وجود دارد جلوگیری می کنند.در واقع این جوراب ها حکم جادوگر رابرای پادارند!

جوراب های نانویی  دارای خصوصیات زیر است

- جلوگیری از ایجاد بوی نا مطبوع

- از بین برنده باکتریها ، قارچها و عوامل بیماری زای پا

- عدم استفاده از هر گونه مواد شیمیایی و حساسیت زا

- تضمین کننده سلامت و بهداشت عمومی پا

- استفاده از تکنولوژی پیشرفته در ایجاد خاصیت آنتی میکروبیال

- عدم نیاز به شستشو با مواد شوینده قوی

- حفظ خاصیت ضد باکتری تا آخرین لحظه استفاده

- بافته شده از نخ کتان با کیفیت بالا

- حافظ طراوت بهداشتی و برقراری تعادل حرارتی بین پا و محیط پیرامون در جریان فعالیتهای ورزشی

- نگهدار‌ی پا به صورت نسبتاً خشك و با طراوت بدون ایجاد حساسیت

- جلوگیری از ایجاد الكتریسیته ساكن

- بهبود قارچ بین انگشتی پا

کاربرد این جوراب ها در محیط های ورزشی،بیمارستانی،مسافرتی،نظامی،تحصیلی ،كاری و شغلی،همگانی می باشد.

یکی از نانو ذراتی که در کاربربیشتری در جوراب های نانویی دارد ، نانوذرات  نقره می باشد که بدلیل خواص ضد باکتری و ضد قارچی که دارد برای مصارف بهداشتی وپزشکی استفاده می شود.در الیاف این جوراب ها از نانوذرات نقره استفاده می کنند.

نانوذرات نقره در زمان تماس با باکتری و قارچ های منفی ، سوخت و ساز آنها را مختل می کند و باعث مهار رشد سلولی آنها می گردد. نانوذرات نقره تنفس باکتری ها و قارچ های منفی را سرکوب می کند و با تاثیر گذاری مستقیم در غشای سلول میکروبی باعث مهار رشد باکتری و قارچ می گردد.نانوذرات  نقره می تواند در طیف وسیعی از محصولات درمانی نیز مانند مرهم برای سوختگی و تاول نیز بکار گرفته شود.

همچنین نانوذرات نقره می تواند در محصولات بهداشتی  جراحی ( پلاسترها ) و یا بصورت  ژل آبی برای نقاط آکنه و زخم های حفره ای و همچنین حوله های بهداشتی، شلوارهای چسبان و جوراب استفاده شود.

خواص نانوذرات نقره :

1- تاثیر بسیار زیاد

2- تاثیر سریع

3- غیر سمی

4- غیر محرک برای بدن

5- غیر حساسیت زا

6- قابلیت تحمل شرایط مختلف (پایداری زیاد)

7- آب دوست بودن

8- سازگاری با محیط زیست

9- مقاوم در برابر حرارت

10- عدم ایجاد و افزایش مقاومت و سازگاری در میکروارگانیسم

از دیگر قابلیتهای نانو سیلور، اضافه شدن به الیاف، پلیمر، سرامیک، سنگ، رنگ و... ، بدون تغییر دادن خواص ماده است.

کاربرد نانوذرات نقره

همان طور که می دانیم ذرات یون نقره در مقیاس نانو (نانوذرات نقره یا همان nano silver) خواص ضد عفونی‌کننده یا آنتی‌باکتریال دارند. البته، خواص ضد عفونی‌کنندگی نقره از گذشته نیز شناخته شده بود. مثلاً قرار دادن ظروف نقره‌ای بر روی جراحات زخمیان جنگ‌ها، یا نگه‌داری شیر و لبنیات در ظروف نقره‌ای از نمونه‌های خواص آنتی‌باکتریال نقره است که در زمان‌های گذشته نیز شناخته شده بود. اما کوچک شدن ذرات یون نقره موجب افزایش سطح نقره، و بنابراین افزایش واکنش‌پذیری آن می‌شود. پوشش دادن الیاف پارچه‌ها با نانوذرات نقره موجب ایجاد خواص ضد عفونی‌کنندگی در پارچه‌ها می‌شود. بدین ترتیب، باکتری‌ها و قارچ‌ها امکان رشد و تکثیر نمی‌یابند. این ویژگی، در مورد لباس‌ها و پوشش‌هایی که بیشتر در معرض عرق کردن هستند، مانند جوراب و کفش، موجب می‌شود که این لباس‌ها و پوشش‌ها، علی‌رغم عرق کردن، بو نگیرند.

توصیه ما به شما عزیزان این است که در موقع خرید این جوراب ها دقت فراوانی داشته باشند وبا توجه به تبلیغات فراوانی که در این زمینه انجام می شود هر جورابی را به اسم جوراب نانویی خریداری نکنید. چون بسیاری مدعی‌اند که محصولاتشان نانویی است اما لازم است بدانید که این ها محصولات آماده ای هستند که یک لایه نانو(مثلا نانوذرات نقره) روی آن قرار می گیرد و بعد از چندین بار شستشو خاصیت نانویی آن ها از بین می رود و ممکن است منجر به  بیماری شود.

ارتقای مقاومت سازه‌های آبی با فناوری نانو

فناوری نانو و صنعت آب و فاضلاب(3)

قسمت اول ،  قسمت دوم

 تنها منبع آب شیرین، آب برف و باران سرازیر شده از کوه‌ها است که توسط نهرها و رودخانه‌های طبیعی به جریان می‌افتد و در امور آبیاری زمین‌های برای کشاورزی و آشامیدن بکار می‌رود.با توسعه فناوری نانو در صنعت آب و فاضلاب، می‌توان شگرف در تأمین آب مصرفی و بخش‌های مرتبط با آن به وجود آورد.

ارتقای مقاومت سازه‌های آبی با استفاده از فناوری نانو

امروزه پیشرفت‌های چشمگیر در صنعت و فناوری بتن و نوپا بودن فناوری نانو ایجاب می‌کند تا در زمینه مصالح و روش‌های ساختمانی، امکان تولید و دستیابی به بتن‌های مبتنی بر فناوری نانو، به صورت کاربردی فراهم شود. بهره گیری از فناوری نانو در مواد سازنده سازه‌های آبی همچون سدها می‌تواند تأثیر قابل ملاحظه‌ای در افزایش مقاومت و طول عمر سازه‌های داشته باشد. به کارگیری برخی نانوذرات از جمله نانوذرات سیلیس در سازه‌های آبی، افزایش سرعت حرکت سیال و بهبود خواص مکانیکی بتن حاوی این نانوذرات نسبت به نمونه‌های بتنی دیگر را به دنبال خواهد داشت.

نقش نانوفتوكاتالیست ها در پاکسازی آلاینده ها از آب

همان طور که می دانیم فتوكاتالیست ماده‌ای است كه در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز یك واكنش شیمیایی شود، در حالی كه خود ماده، دست خوش هیچ تغییری نشود. فتوكاتالیست‌ها مستقیماً در واكنش‌های اكسایش و كاهش دخالت ندارند و فقط شرایط موردنیاز برای انجام واكنش‌ها را فراهم می‌كنند.

TIO2 (با گستره اندازه بین خوشه‌ها تا كلوئیدها – پودرها و تك بلوهای بزرگ)، نزدیك به یك فتوكاتالیست ایده‌آل است و تقریباً تمامی این خصوصیات رادارد. تنها استثناء آن این است كه نور مرثی را جذب نمی‌كند. نانو ذرات دی اكسید تیتانیم، بر سطح زیرلایهای مناسبی از جمله شیشه و یا تركیبات سیلیسی، پوشش داده می‌شوند و در حوضچه‌های تحت تابش نور ماوراء بنفش، قرار می‌گیرند.

بسیاری از آلاینده‌های موجود در آب‌های صنعتی كه TIO2 آن‌ها را با آب و دی‌اكسید كربن تبدیل می‌كند عبارتند از: آلكان‌ها، آلكن‌ها، آلكین‌ها، اترها، آلدئیدها، الكل‌ها، تركیبات آمینی، تركیبات سیانیدی، استرها و تركیبات آمیدی.

کاربرد مواد نانوحفره ای درصنعت آب

مواد نانو حفره ای به عنوان یک زیر مجموعه مواد نانو ساختار با دارا بودن سطح منحصر به فرد، شکل ساختمانی و خواص حجمی در زمینه های مختلف از جمله، فرایندهای تعویض یونی، جداسازی، کاربردهای کاتالیستی، ساخت حسگرها، ایزولاسیون ملکولی های زیستی و خالص سازی کاربرد دارند.

به طور کلی مواد نانو حفره ای را می توان براساس دامنه قطر منافذ نانویی به سه دسته میکروپور، مزوپور و کاروپور تقسیم نمود. براساس سیستم آیوپاک، حفره های مواد میکروپور دارای قطری کمتر از 2 نانومتر می باشند. مزوپورها دارای حفره های به قطر بین 2 تا 50 نانومتر و ماکروپورها دارای حفره هایی با قطر بیشتر از 50 نانومتر هستند.

مواد نانوحفره ای را می توان براساس جنس، از قبیل آلی یا معدنی، سرامیک یا فلز و یا خواص آنها دسته بندی نمود. در سیستم های پلی مری، 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 ای می باشد.

این مواد شامل :

** کربن های نانوحفره ای ترکیبات دارای کاربردهای متنوعی از جمله، جذب گازهای آلاینده، بسته های کاتالیستی، فیلترهای تصفیه آب، مخزن نگهداری گاز و... باشند.

** زئولیت های نانوحفره ای عمده کاربرد زئولیت های در فرایندهای تصفیه ای آب (شامل تصفیه آب شرب و پساب های صنعتی) حذف یون های فلزات سنگین می باشد.

** پلیمرهای نانوحفره ای ،عمده کاربرد پلیمرهای نانوحفره ای براساس عملکرد آنها به عنوان جاذب تعریف می گردد. از جداسازی ملکول های آلی خاص از سیستم های بیولوژیکی تا کاربرد آن ها را در تصفیه آب به منظور حذف آلودگی های ناشی از ترکیبات آلی نظیر فنل ها شامل می شود.

سفره‌های آب زیرزمینی، سرمایه‌های پنهان شده در خاک

تزریق برخی نانوذرات به سفره‌های آب زیرزمینی، یک راه حل عملیاتی با استفاده از فناوری نانو برای تصفیه آب سفره‌ها خواهد بود. تزریق نانوذرات باعث پیوند مواد آلاینده به یکدیگر شده و آن‌ها را از حالت منفرد به حالت کمپلکس تبدیل خواهد کرد. کمپلکس های حاصله، نه تنها قادر به عبور از لایه‌های خاک نیستند بلکه به دلیل افزایش وزن، در ته سفره‌های زیرزمینی رسول خواهند کرد.

  ادامه دارد...

معرفی،خواص وکاربردهای زئولیت‌ها(2)

قسمت اول

زئولیت هاهمچنین در جذب و حذ ف آلاینده های محیط زیست ازجمله فلزات سنگین و مضر از آبهای آلوده و فاضلابهای شهری و صنعتی مورد استفاد ه قرارمی گیرند.فاضلابها ممكن است حاوی كاتیونهای عناصر سنگین مانند روی-کادمیوم-مس-آهن-جیوه وآنیونهای مضر چون سیانیدها باشند كه می توانند موجب زیانهای اكولوژیكی و زیست محیطی فراوانی گردند و زئولیت ها نقش اساسی در پالایش این كاتیونها و آنیونها دارند.

در این قسمت در ادامه قسمت قبل به بیان تولید زئولیت ها وخواص عمومی زئولیت ها می پردازیم.

تولید زئولیت ها 

تولید زئولیت ها تحت شرایط گرمابی انجام می گیرد. اصطلاح گرمابی در اینجا به معنی تبلور زئولیت ها از محلول آب دار حاوی اجزای شیمیایی لازم است.  پلیمرهای آلومینا سیلیس آبدار با وزن مولکولی کم یعنی Si(OH)4 و Al(OH)3 مونومر هایی هستند که در اثر ترکیب با هم واحدهای ساختاری ثانوی را در فاز محلول به وجود می آورند ، واحدهای ثانوی یا به طور مستقیم به روی هسته یا وجهی از بلور در حال رشد می نشینند  و یا قبل از اتصال به صورت چند وجهی بزرگتر شکل می گیرند ، بسیاری از واحدهای ساختاری از این قبیل ممکن است در محلول شکل بگیرند ، لکن فقط تعداد معدودی از آن ها هستند که با موفقیت به بلور در حال رشد متصل می شوند  .نوع زئولیت به دست آمده توسط شرایط تولید تعیین می شود .از جمله ی این شرایط می توان به غلظت مواد واکنشگر ،pH ، دما و غلظت مواد افزودنی اشاره نمود.

فاکتور های موثر بر فرایند تولید عبارتند از :

1.طبیعت مواد شرکت کننده در واکنش و فرایند آماده سازی آن ها

2.روشی که از طریق آن، مخلوط واکنش آماده می شود و ترکیب کلی اجزای مخلوط پس از آماده شدن

3.همگن بودن یا غیر همگن بودن

4.pH مخلوط

5.زمان ماند در دمای پایین برای ژل ها

6.نطفه بندی ( هسته زایی )

7.اضافه کردن افزودنی های خاص

8.دما و فشار

فاکتور اول نشانگر این هستند که نطفه بندی به وسیله ی متغیر های ترمودینامیکی ای چون ترکیب ، دما یا فشار کنترل نمی شود .بلکه با فاکتورهای حساس محیطی کنترل می گردد. به طور کلی واکنشگر ها عبارتند از : سدیم آلومینات ، سدیم سیلیکات ؛ سیلیسیک اسید ، سدیم هیدروکسید که برای تنظیم pH اضافه می شود . زئولیتها به روش طبیعی دردریاچه‌های (قلیایی نمکی)، سیستم بازآبهای زیرزمینی، خاکهای محیط قلیایی و رسوبات عمیق دریا تشکیل می‌شوند.

خواص عمومی زئولیت ها

ازجمله خواص منحصر به فرد زئولیتها میتوان به موارد زیر اشاره نمود:

تبادل كاتیونی

این خاصیت به یونهای با اتصال ضعیف در زئولیت مربوط است كه به آسانی با یونهای دیگر جابجا میشوند . زئولیت های مختلف ازنظر تبادل كاتیونی برای كاتیونهای مختلف ترتیب مشخصی دارند. در كلینوپتیولیت، جانشینی ازCs به سویMg  كاهش می یابد:

Cs>Rb>K>NH4>Ba>Sr>Na>Ca>Fe>Al>Mg>Li

در شابازیت، جانشینی ازK به سوی Ca کاهش می یابد:

Ti>Cs>K>Ag>Rb>NH4>Pb>Na=Ba>Sr>Ca>Li

زئولیت برای جداسازی یونهای منیزیم و كلسیم در پاك كننده ها، كود و خاك، غذای حیوانات و نیز برای جداسازی نیتروژن به صورت آمونیاك و فلزات سنگین در كشاورزی آبی،غذای حیوانات خانگی فاضلاب كشاورزی و جداسازی NH3،H2S ،SO2 ،CO2از فضولات جانوری ،گازهای زائد، گازطبیعی شور و آلوده به كار می رود.

فیلتر(غربال) مولكولی

چنانچه زئولیتها در دمای  350 تا 400  درجه سانتیگراد برای چند ساعت حرارت داده شوند، آب موجود در مجاری و فضای كانال مانند آنها آزاد میشود و زئولیتهای بی آب بدست می آیند. قطر فضاهای كانال مانند، مشخص و تابع تركیب شیمیایی، زئولیتها است. قطر این فضاها در زئولیت های پتاسیمدار، سدیم دار و كلسیم دار به ترتیب 4،3 و5 آنگستروم است.موادی كه ابعاد مولكولی آنها كمتر از قطر فضای زئولیت باشد، جذب میشوند و آنهایی كه بزرگتر هستند، دفع خواهند شد.

قابلیت جذ ب سطحی بعضی از زئولیت ها تا 30درصد وزن آنها است . جانشینی كلسیم به جای سدیم به میزان 30 درصد قطر كانال های زئولیت را افزایش می دهد و جانشینی پتاسیم به جای سدیم موجب كاهش قطر كانال می شود. زئولیتها میتوانند مواد سمی یا مواد با فعل و انفعال زیاد را در خود جذب كنند و به این ترتیب استفاده از مواد سمی جذب شده امكان پذیرگشته است. از زئولیتها در پلیمریزه كردن پلیمرها ولاستیكها و همچنین در چاپهای رنگی استفاده می شود.

جذب و دفع          

كانالهای زئولیت پس از تخلیه آب، برای جذب سایر مولكولهای كوچك آماده میشوند.این مولكولهای كوچك، بی آنكه راهی برای مولكولهای بزرگتر وجود داشته باشد، به سوی داخل جذب میشوند . در روند رقابت در جذب مولكول ها،مولكولهای پلاریزه كه نتیجه فعل و انفعالات الكترواستاتیك، پر شدن چارچوب و یونهای شناور است، بر سایر مولكول ها ترجیح داده میشود. اندازه حفره های مؤثر توسط ابعاد شبكه كنترل میشود. یك زئولیت ممكن است توسط تبادل یونی و نوع جذب تغییر كند. ظرفیت جذب و همچنین ثبات زئولیت، با استخراج یون آلومینیوم از چارچوب آن افزایش می یابد.

یون آلومینیوم خارج شده از این چارچوب جای خود را به یونهای هیدروژن می دهد. در نتیجه، ساختمان بدست آمده شبیه4 (oH)جایگزین شده برای sio4 است .یونهای جذب شده را میتوان با افزایش فشار یا حرارت بیرون كرد یا یونهای دیگر را جانشین آن كرد یا به آن افزود تا جایی كه در اثر حرارت، تخریبی در این فعل وانفعال بوجود نیاید.

جذب آب و برخی تركیبات آلی

قدرت جذب آب زئولیت و از دست دادن آن بدون تخریب ماتریكس میتواند سطح رطوبت را در مناطق كم رطوبت كنترل كند. با تغییر در مقدار رطوبت خاك انرژی گرمایی توده خاك نیز به مقدار قابل ملاحظه ای تغییر می كند. بنابراین نوسانات درجه حرارت در خاكهای مرطوب به مراتب كمتر از خاكهای خشك است. زئولیتها همچنین قادرند حمل كننده بسیاری ازحشره كشها، آفت كشها و قارچ كشها باشند.

جذب انتخابی

جذب و جانشینی یونی در زئولیتها انتخابی است. زئولیتها مولكولهایی را كه دارای گشتاور قطبی دائمی باشند، در بیشترموارد جذب می كنند. شعاع و شكل هندسی مولكول و فضاهای خالی موجود در زئولیتها از عاملهای مهم در جذب وجانشینی به شمار می آیند.

زئولیتهای سدیم دار می توانند  H2o،Co2،So2  و هیدروكربنهایی را كه دست كم دو اتم كربن داشته باشند، جذب كنند همچنین زئولیتهای كلسیم دار می توانند پارافین و الكل را جذب كنند.

  ادامه دارد...

40 سال با  فناوری نانو

فناوری نانو علم دستكاری و بازچینی اتم ها برای ساخت مواد، ابزارها و سیستم های مفید در مقیاس یك میلیاردم متر است به بیانی منظور از مقیاس نانو ابعادی حدود nm 1 تا nm  100 است.

به عقیده ما یکی از برترین فناوری های امروز علم نانو است که در این نوشتار به مزایای آن و خلاصه ای از کاربردهای نانو می پردازیم

اولین جرقه فناوری نانو در سال 1959 توسط ریچارد فاینمن زده شد، وی نظریه ای ارائه کرد كه در آینده‌ می‌توان مولكول‌ها و اتم‌ها را به صورت مسقیم دستكاری كرد و در سال 1947 کلمه فناوری نانو برای اولین بار توسط استاد دانشگاه توكیو بیان شد . 

استفاده از خواص ماده در مقیاس نانو، دارای فواید و منافعی است که موجب تحولات اساسی در زندگی انسان می شود. صرفه جوئی در مصرف انرژی، صرفه جویی اقتصادی، صرفه جویی در زمان، تامین محصول بیشتر باهزینه کمتر، افزایش کیفیت محصول و درنتیجه افزایش استانداردهای زندگی، ایجاد زندگی سالم، کاهش وابستگی های اقتصادی به سایر تکنولوژیهای پیشرفته و افزایش درآمدهای ملی از جمله فوایدی است که می توان نام برد. بوسیله نانو می توان از مواد که در حالت عادی ممکن است خاصیت خاصی نداشته باشند و فقط یک ماده معمولی باشند، خاصیتی جدید بوجود آورد.

فناوری نانو در صنعت

امکان سنتز مولکول های ساختمانی نانو با اندازه و ترکیب بدقت کنترل شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگتر که دارای خواص و کارکرد منحصر بفرد باشند وجود دارد، این امر انقلابی در مواد و فرایند تولید آنها ایجاد میکند.

محققان قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد شده اند که در طبیعت موجود نیست. بعضی از مزایای نانو در ساختمان عبارتست از ساخت مواد سبک تر، قویتر و قابل برنامه ریزی.

کاهش هزینه، عمر کاری از طریق کاهش دفعات نقص فنی، ابزارهای نوین بر پایه اصول معماری جدید، بکارگیری کارخانجات مولکولی یا خوشه ای که مزیت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

فناوری نانو در الکترونیک

می توان ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات را در حدهزار برابر و حتی بیشتر افزایش داد و همچنین می توان وسایل ابر محاسباتی را به اندازه یک ساعت مچی کاهش داد. اگر ظرفیت نهائی ذخیره اطلاعات به حدود 1TB در هر اینچ مربع برسد، ذخیره سازی 50 عدد DVD در یک هارددیسک به ابعاد یک کارت اعتباری میسر خواهد شد!

فناوری نانو در خودرو

در زمینه ساخت خودرو نیز، می توان به ساخت بدنه سبک تر و مقاوم، لاستیک هایی با مقاومت بیشتر در برابر سایش، قطعات موتور با عمر چند برابر، کاهش مصرف سوخت خودرو ، باطری های با انرژی و دوام بالا، حسگرهای چندمنظوره به منظور کنترل فرایندهای مختلف در خودرو و ... اشاره کرد.

فناوری نانو در فضا

طبق نظر دانشمندان NASA، خطر قرار گرفتن در معرض تابش های فضائی مهمترین عامل محدود کننده طول مدت سفرهای فضایی است. طراحان سفینه های فضایی به دنبال روشی هستند که بدنه سفینه های فضایی، در برابر تابشهای فضایی حفاظت کرده و از ذخیره انرژی خوبی هم برخوردار باشند.

یک فضانورد با خروج از میدان مغناطیسی و اتمسفر محافظ زمین، در معرض تابش های یونیزه کننده ای بصورت ذرات اتمی باردار قرار می گیرد که با سرعتی به اندازه سرعت نور حرکت می کند. این ذرات پرانرژی ( HZE ) دارای بار زیادی بوده و بیشترین خطر را برای انسان در فضا ایجاد می کنند. همچنین قرار گرفتن طولانی مدت در برابر این تابشها موجب آسیب دیدن DNA و بروز سرطان می گردد.

از جمله مواد محافظتی که دانشمندان مشغول تحقیق در رابطه با قابلیت آن هستند می توان به 10 Bure  اشاره کرد،  کاربردهای احتمالی این ماده در ماموریت های فضایی و نیز کاربردهای احتمالی نانو لوله های 10  Bure است.

در زمینه گرایش مهندسی

نانو تا به امروز بیشترین کاربرد را در زمینه های بهداشت، نساجی و کشاورزی داشته است، در صنایعی نظیر رنگ، اتومبیل، کامپیوتر، شیمی، تصفیه آب و غیره نیز درحال توسعه است. محصولات نساجی حاصل از فناوری نانو در کشورهای آلمان و انگلیس نیز رواج دارند. تولید کفشها و لباسهایی که با حفظ گرمای بدن و تاثیر درگردش خون، باعث کاهش خستگی و راحتی می شوند، پارچه های ضد آب، رنگ های ضد زنگ و .. نیز ازدستاوردهای نانو است.

همان طور که در مطالب بالا ذکر شد، فناوری نانو در همه زمینه های زندگی بشر دخیل شده و امور را به سمت استفاده مفیدتر سوق می دهد.

الک‌های نانومتری(2)

قسمت اول

انواع فیلتراسیون

میکروفیلتراسیون

میکروفیلتراسیون فرایندغشایی کم فشاری است که برای جداسازی ذرات، جامدات معلق کوچک و موادی دیگر مثل باکتری‌ها و کیست‌ها از آب استفاده می شودو مولکول‌هـا و ذراتی بزرگتر از 2/0 میکرون راجدا می کند.این فرایند با اختلاف پایین تر از 2barصورت می گیرد.

آلترافیلتراسیون

آلترافیلتراسیون جهت جداسازی پروتئین ها ومواد آلی استفاده می شود ودر آلترافیلتراسیون مولکول‌هایی بزرگ‌تر از 005/0 میکرون جدا می‌شوند. ابعاد حفره‌های فیلتر بین 2 تا 50 نانومتر است.فرایند دیالیز در این محدوده قرار می گیرد.این فرایند با اختلاف فشار بین 1barتا10barصورت می گیرد. این فرایند برای جداسازی و تغلیظ مواد کلوئیدی و سوسپانسیونی به کار می‌رود.موادی با تخلخل نانومتری در دستگاه های آلترافیلتراسیون برای تصفیه آب استفاده شده است.

اسمز معکوس

اسمز معکوس فرایندغشایی پرفشاری است که آب در اثر اختلاف فشار از یک غشای نازک عبور می‌کند تا محتویات و مواد معدنی شامل نمک، ویروس‌ها، سموم و سایر ترکیبات آلوده غیر آلی را جدا کند و اتم ها و مولکول‌هایی در مقیاس کوچکتر از 001/0 میکرون را در محدوده یونی جدا می‌کند .بااعمال فشاری بالاتراز فشاراسمز به محلول نمکی آب ازغشا عبورمی کندویون ها پشت غشا می مانند.پربازده ترین روش ازنظرکیفی برای پاکسازی آب اسمز معکوس است .فرایند اسمز معکوس با اختلاف بین 10barتا100barصورت می گیرد.درفیلترهای مربوط به اسمز معکوس ،ابعاد حفرات به صفر می رسدوعبور محتویات از فضاهای بین مولکولی است.

اسمز معکوس تکنیکی است که در دیالیز طبی هم از آن استفاده می‌شود. دیالیز مورد استفاده‌ی افرادی است که مشکل کلیوی دارند. کلیه‌ها باعث تصفیه خون شده، مواد زائد مثل اوره و آب را از خون جدا، و به شکل ادرار از بدن خارج می‌کنند. یک دستگاه دیالیز به تقلید از عملکرد کلیه‌ها، کار می‌کند. خون از بدن عبور کرده، وارد دستگاه دیالیز شده و از فیلتر اسمزی عبور می‌کند تا مواد زائد از آن جدا شود و خون تصفیه شده دوباره به بدن برگردد.

نانوفیلتراسیون

نانوفیلتراسیون برای جداسازی مواد آلی طبیعی استفاده می شود وابعاد بزرگتر از 1نانومتر را جدا می کند.ابعاد حفره‌های نانوفیلتر بین 5/0 تا 2 نانومتر است. روش نانوفیلتراسیون طی چند سال گذشته رونق گرفته است. در نانوفیلتراسیون جداسازی بر اساس اندازه مولکول صورت می‌گیرد.این روش از نظر هزینه انرژی ودفع یون وابعاد سوراخ در بین روش های دیگر شرایط بهینه ای را ایجاد کرده است.این فرایند با اختلاف فشار بین 5barتا40bar صورت می گیرد. اساساً این روش، جهت حذف اجزای آلی نظیر آلوده‌کننده‌هایی در اندازه میکرونی و یون‌های چند ظرفیتی می‌باشد.

از دیگر کاربردهای نانوفیلتراسیون می‌توان به حذف مواد شیمیایی که به منظور کشتن موجودات مضر به آب اضافه شده‌اند، حذف فلزات سنگین مانند جیوه، تصفیه‌ی آب‌های مصرفی، رنگ‌زدایی و حذف آلوده‌کننده‌ها اشاره کرد. نانوفیلتراسیون می‌تواند تقریباً از هر منبع آبی، آب پاک به وجود آورد و تمام باکتری‌های موجود در آب را حذف کند. نانو فیلتراسیون نسبت به اسمز معکوس و اولترا فیلتراسیون برتری دارد، چرا که در اولترا فیلتراسیون مقدار آلاینده های مصرفی نسبت به حد مجاز بالاتر بوده و در اسمز معکوس میزان خلوص آب حاصله بیشتر از حد محصول است که پیامد آن افزایش قیمت این روش است.

فناوری نانو وفیلتراسیون

همان طور که بیان کردیم یکی از کاربردهای فناوری نانو استفاده از نانو فیلترها است که گام مؤثری در حفظ محیط زیست و صرفه جویی در انرژی شناخته می شود. از فناوری نانو در تهیه فیلتر استفاده می‌شود. این فیلترها با کاربردهای مختلف برای استفاده در یخچال، اتومبیل، محیط خانه و بیمارستان‌ها و مراکز درمانی برای حذف باکتری، قارچ، بو و ترکیبات آلی فرار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

گازهای مضری مانند فرمالدئید، تولوئن و بنزن که از مبلمان، موکت، فرش، لوازم چوبی و چرمی، وسایل پلاستیکی، سطوح رنگ شده، لوازم آرایش و ... متصاعد می‌شوند سبب بسیاری از سردردها، سرگیجه، سوزش چشم، مشکلات تنفسی و تشدید آسم می‌گردند و مقدار این گازها در محیط خانه 2 تا 5 برابر محیط خارج است که نانو فیلتراسیون می تواند نقش مهم و موثری در رفع این مشکلات داشته باشد.

فیلترهای نانو لوله های کربنی

دانشمندان روش ساده ای برای تولید فیلترها با استفاده از نانو لوله های کربنی ابداع کرده اند که حتی قادر به حذف هیدروکربن های سنگین از نفت خام می باشد. ساخت فیلترها از نانولوله های کربنی فوایدی مانند سهولت نظافت، افزایش استحکام، قابلیت مصرف مجدد و مقاومت آنها در برابر حرارت، دارا می باشد.نانو لوله های کربنی می توانند به طور انتخابی برخی از مواد را از محیط جدا کنند .این قابلیت برای جداسازی مواد شیمیایی خاص قابل استفاده است.

فیلترهایی از جنس نانو الیاف

نانو الیاف در فیلتراسیون آب ،هواوروغن استفاده می شوند .این الیاف به خاطر داشتن مساحت سطح بالا کارایی بیشتری از فیلترهای پیشین دارد.برخلاف فیلترهای معمولی ، لایه های نانوالیاف توانایی فیلتراسیون ذرات در مقیاس میکرون را دارد که با استفاده از آن می توان فیلترهای ارزان قیمت و با کارایی بالا به دست آورد.

مکانیزم فیلتراسیون نانو الیاف با الیاف معمولی متفاوت است. همین ویژگی سبب گسترش محدوده کاربرد این الیاف در جوانب مختلف زندگی روزمره انسان ها شده است. با کاهش قطر الیاف پلیمری از میکرومتر به نانومتر، خواص منحصر به فردی مانند نسبت سطح به حجم بسیار بالا، انعطاف پذیری و خواص مکانیکی عالی در الیاف ایجاد می شود که سبب گسترش کاربرد آنها خواهد شد.

فیلترهای ساخته شده ازنانو الیاف  قابلیت بسیار بالایی در فیلتراسیون ذرات آلوده دارند و از راندمان بالاتری در مقایسه با فیلترهای سلولزی معمولی برخوردارند. با استفاده ازنانو الیاف می توان فیلترهای تمیز شونده با راندمان بالا و وزن کمتر طراحی و تولید کرد که در نتیجه سبب می شود تفاوت محسوسی را در روش فیلتراسیون نسبت به استفاده از فیلترهای متداول الیافی ایجاد کنیم. تاکنون روشهای متعددی برای تولید الیاف نانومتری در نظر گرفته شده است که از میان آنها روش الکتروریسندگی علاوه بر سادگی از  بازده بالاتری برخوردار است و در واقع می توان گفت این روش تنها روشی است که در آینده می توان از آن برای تولید نانو الیاف به صورت هم جهت و پیوسته استفاده کرد.

پیش بینی می شود استفاده از نانو الیاف در فیلتراسیون تحول عظیمی را در این بخش به وجود آورد و فیلترهایی با ویژگی های متفاوت خواهیم داشت.

به عنوان مثال اگر از یک فیلتر با کیفیت بالا در فرآیند فیلتراسیون هوا استفاده شود، ذرات تا مقیاس 300 نانومتر در این سطح محبوس خواهند شد و بازده این فرآیند به 99.97 درصد ارتقاء خواهد یافت.

هر چند اندازه منافذ قرار گرفته روی این گونه فیلترها کوچک و ضخامت فیلتر در محدوده ای است که اجزای فوق العاده کوچک را نیز به دام می اندازد؛ اما در این نوع فیلتراسیون لازم است جریان هوا با فشار وارد شود. در غیر این صورت توانایی فیلتراسیون کاهش می یابد و همانند یک فیلتر معمولی عمل می کند.با استفاده از لایه نازکی از نانو الیاف می توان فرایند فیلتراسیون را در فشار هوای معمولی و جریان هوای کم با کیفیتی مشابه فیلترهایی از جنس الیاف شیشه ای انجام داد.

قطرنانو الیاف مورد استفاده در این نوع فیلترها به کمتر از یک میکرون می رسد که همین امر باعث زیاد شدن نسبت سطح به حجم ، کوچک شدن منافذ و در نهایت تخلخل بالا می شود. این فیلترها می توانند با وجود کارایی بسیار بالا در فیلتراسیون ذرات ریز، افت فشار را نیز به حداقل برساند. این ویژگی سبب افزایش کارایی فیلتر، کاهش افت فشار و افزایش طول عمر آن می شود.

برای مثال ، نانو فیلترهای مورد استفاده در صنایع خودروسازی سبب صرفه جویی در مصرف سوخت و انرژی ، سوختن کامل بنزین در موتور، کاهش آلودگی هوا و مشکلات زیست محیطی و کاهش هزینه ها می شود. این در حالی است که با ورود هوای تمیز به داخل موتور اتومبیل ، بازده موتور افزایش و ورود ذرات آلوده به داخل موتور کاهش می یابد.

معرفی،خواص وکاربردهای زئولیت ها(1)

از نظر شیمیدان ها زئولیت ساختمانی است از پلیمر های معدنی که دارای اندامی چهار وجهی است ، ساختمان کلی این چهار وجهی به صورت TO4 است که در آنها ممکن است T یک عنصر سه ظرفیتی مانند Al وB وGa و یا چهار وجهی نظیر Ge و Si و یا پنج ظرفیتی مثل P باشد و کلیه این چهار وجهی ها از طریق اکسیژن مشترک به یکدیگر متصل می شوند .

درواقع زئولیت،آلومینو سیلیکات های بلوری و هیدراته فلزات قلیایی و قلیایی خاکی (عناصر گروه اول ودوم اصلی (IIA,IA ) )بویژه سدیم ؛ کلسیم ، منیزیم ، استرانسیم و باریم هستندکه شبکه ها ی سه بعدی متشکل از چهار وجهی های  [SiO4]4- و[AlO4]4- دارند. این مواد برای نخستین بار در سال 1756 توسط یک معدن شناس سوئدی به نام فردیک کرونستد شناسایی شده اند و زئولیت نام گرفته اند.

طبقه بندی زئولیت

زئولیت ها معمولاً به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند. موارد استفاده زئولیت‌های مصنوعی و طبیعی از خواص فیزیکی و شیمیایی آن‌ها منشا می‌گیرد که خود آن هم به نوبه خود تابعی از ساختمان بلوری و ترکیب شیمیایی زئولیت‌ها است. کاربرد زئولیت های مصنوعی در صنعت بیشتر است. با توجه به درخواست های فزاینده تجاری برای مصرف این نوع زئولیت ها مطالعات بیشماری بر روی آنها در حال انجام است. امـروزه بالغ بر 50 نوع زئولیت طبیعی كشف و 150 نوع زئولیت مصنوعی تولید شده است. با وجود كشف ذخایر عظیمی از انواع كانی های زئولیت طبیعی در جهان هنوز این ماده معدنی ارزشمند نتوانسته است جایگزین زئولیت های مصنوعی شود.

زئولیت های طبیعی

 این مواد در ابتدا به صورت یک جزء فرعی اما به صورت گسترده در حفره های بازالتی شناسایی شدند و استفاده از آنها به این صورت ، در مقیاس های صنعتی عملی سخت و طاقت فرسا بوده است. تشکیل زئولیت ها تنها به ماتریس بازالتی محدود نشده است .بلکه رسوبات متنوعی در چند دهه گذشته شناسایی شده اند ، زئولیت های طبیعی فراوان بوده و بعضی از رسوبات حاوی زئولیت دارای یک فاز زئولیتی خاص با خلوص 90% می باشد . از بین زئولیت‌های طبیعی فقط 9 نوع به مقدار زیاد در طبیعت یافت می‌شوند.خواص فیزیکی و شیمیایی زئولیت‌های طبیعی متفاوت بوده و در بین نمونه‌های مختلف یک نوع خاص از زئولیت نیز تفاوت‌هایی در خواص فیزیکی (اندازه منفذ، اندازه بلور، ظرفیت تبادل یونی و ظرفیت جذبی) و ترکیب شیمیایی وجود دارد. تعدادی از زئولیت‌های طبیعی عبارتند از: Analcime  Chabazite – Clinoptilolite – Erionite – Faujasite –: Ferrierite – Laumontite – Mordenite – Pillipsite – Heulandit

به طوركلی عواملی نظیرساختمان، بافت، تركیب شیمیایی و نیز ارزش اقتصادی زئولیت های طبیعی و فرمهای اصلاح شده، آنها را منابع بالقوهای در زمینه های گوناگون ساخته است كه از جمله آنها می توان به این موارد اشاره كر د: استفاده به عنوان كاتالیست در صنایع نفت و پتروشیمی، صنایع آتش نشانی، صنایع كشاورزی به عنوان حاصل خیز كننده و افزاینده رطوبت خاك، پاكسازی فاضلابهای شهری، صنعتی و هسته ای از آلاینده های مضری نظیرفلزات سنگین و سمی، جذب و واجذب گازها و نظایر آ ن.

در مورد شرایط و علل تشکیل زئولیت ها در طبیعت ، نظریه های گوناگونی ارائه شده است که یک نمونه از آنها به شرح زیر است :

الف : زئولیت ها اغلب در لایه های رسوبی ، بعد از تشکیل و دفن رسوبات در اثر واکنش آلومینیم سیلیکات با آب حفره ها ، در درزها و شکستگی ها تشکیل شده اند .

ب: شیشه های آتشفشانی سیلیسی را می توان مواد اولیه ( آلومینیم سیلیکات ) مورد نیاز برای تشکیل زئولیت ها در طبیعت دانست.

ج:  تمام کانی های گروه زئولیت که تا به حال در حدود 60 نوع آن شناسایی شده اند ، کانی های ثانوی بوده و از تخریب یا دگرسانی کانی های اولیه ای نظیر فلدسپات و فلدسپاتوئید ها ،رس ها و در نهایت از ژلهای سیلیکاته ی طبیعی به وجود می آیند.

ایران پتاسیل بسیار بالایی در این زمینه دارا می باشد . کانسارهای زئولیت ایران در نواحی دماوند ، سمنان ، کرمان ، گردنه نعل شکن ( جاده ی قم – تهران ) کوه های جنوبی تهران ( کوه مره ) و اطراف حوض سلطان شناسایی شده اند . مساعد ترین نواحی ، جنوب دماوند ، اطراف ورامین ، سمنان در جنوب کوه های طلحه و همچین سر کویر رشم سمنان می باشد.

از نظر صنعتی زئولیت های طبیعی دارای کاربردهای کمی می باشند که دلیل اصلی آن یکنواخت نبودن خواص آنها است .همچنین ساختمان بلورین این زئولیت ها از نظر اندازه ی حفره ها برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب نمی باشند.

زئولیت های طبیعی به طرق مختلف تقسیم شده اند از آن جمله:

الف: تقسیم بندی بر اساس محیط پیدایش ( هیدروترمال، رسوبی، هوازدگی)

ب: تقسیم بندی بر اساس کانی شناسی ( بر مبنای دانسیته شبکه ساختمانی، نوع فضاهای خالی و کانال ها

ج: تقسیم بندی بر اساس خصوصیات فیزیکی و شیمیایی ( مانند جذب و دفع مایعات و گازها، توانایی تبادل یونی و ..... )

در بین زئولیت های طبیعی تنها 8 نوع به وفور در رسوبات و به میزان اقتصادی یافت می شود که این 8 نوع عبارتند از آنالیسم، شابازیت، کلینوپتیلولایت، اریونیت، هولاندیت، لامونیت، موردنیت و فیلیپیست در این میان کلینوپتیلولایت فراوانترین زئولیت طبیعی است.

زئولیت های مصنوعی

زئولیت های مصنوعی مواد شیمیایی ویژه ای با خلوص بالا هستند که دامنه ی کاربرد وسیعی دارند. محققین پیش از سال 1950 جهت تولید زئولیت ها در صدد تشکیل طبیعی و ژئوشیمیایی کانی های شناخته شده بودند و تصور می کردند که تشکیل زئولیت ها مستلزم ایجاد درجه حرارتی در حدود 200 تا 400 درجه سانتیگراد و دهها اتمسفر فشار می باشد .اما در سال 1957 شیمیدان ها موفق شدند زئولیت هایی در دمای پایین(100درجه سانتیگراد) و در مقیاس صنعتی تهیه نمایند.

خصوصیات زئولیت:

خصوصیات اصلی فیزیکی و شیمیایی زئولیت ها مربوط به ترکیب شیمیایی و ساختمان بلورین آنهاست به عبارت دیگر خواص آنها به طبیعت شیمی و فیزیکی آب موجود در ساختمان زئولیت ها و همچنین به نحوه قرار گرفتن آب درون شبکه های مولکولی بستگی دارد.وجود فلزات قلیایی و قلیایی خاکی و وجود فضاهای خالی و مواد معدنی متعدد به هم مرتبط در آنها از دیگر دلایل تنوع خواص زئولیت هاست.همان طور که گفتیم کاربرد زئولیت ها در صنایع محتلف بستگی به خواص فیزیکی و شیمیایی دارد. برخی از این خصوصیات عبارتند از: چگالی، اندازه، شکل، تخلخل و سختی، جذب سطحی و تبادل کاتیونی.

به طور کلی زئولیت ها دارای خصوصیات زیر می باشند:

*میزان آبگیری زیاد

* چگالی کم و حجم خالی زیاد هنگامی که آبگیری می شوند .

* ثبات ساختمان بلوری در هنگام آبگیری

*توانایی تبادل یونی

*وجود کانالهای مولکولی یکنواخت در بلورهای آبگیری شده

* توانایی جذب گازها و بخارها

* خواص کاتالیزوری

*هدایت الکتریکی

وزن مخصوص زئولیت ها کم و حداکثر تا 2/5 و سختی آنها بین 3 تا 5/5 است.

 زئولیت ها در حالت خالص، بی رنگ و یا مات و خاکستری و در صورت داشتن هیدروکسیدهای آهن به رنگ زرد، قهوه ای تا قرمز هستند.زئولیت ها در اثر حرارت کف می کنند و نسبتاً آسان ذوب می شوند. به وسیله اسیدها به ویژه اسید کلریدریک با جداشدن سیلیس، ژله مانند و تجزیه می شوند. مقاومت آنها در مقابل حرارت متغیر می باشد.

    ادامه دارد...

الک های نانومتری(1)

نحوه عمل فیلتراسیون. تنها ذراتی که اندازه آنها از اندازه حفرات فیلتر کوچک‌تر است عبور می‌کنند

همان طور که می دانیم فیلترها موادی متخلخلی هستند که در فرایند جداسازی یا تغلیظ مورد استفاده قرار می‌گیرند. مهم‌ترین ویژگی فیلترها، داشتن خلل و فُرج‌هایی با اندازه‌ و ابعاد مشخص است، به همین دلیل، فیلتر را یک محیط متخلخل می‌نامند. سوراخها درصد بسیار زیادی از حجم فیلتر را دربرمی‌گیرند و شبکه پیچیده‌ای از حفره‌ها را می‌سازند. فیلترها می‌توانند از جنس پلیمـر و یا سرامیک باشند.

فیلترکردن یا فیلتراسیون، فرایندی است که در آن یک مایع و یا گاز (سیال) به دلیل اختلاف فشار یا اختلاف پتانسیل الکتریکی و یا اختلاف غلظت از فیلتر عبور می‌کند. با انجام عمل فیلتراسیون ذراتی که از اندازه حفره‌های فیلتر کوچک‌تر هستند از آن عبور کرده و ذرات با اندازه بزرگ‌تر، از سیال جدا شده و در پشت فیلتر می‌مانند. در ساده ترین تعاریف، فیلتراسیون واحدی است که ماده ای را طی فرآیندی از ماده دیگر جدا می کند و این امر را با حداق مصرف انرژی صورت می دهد. محصول اصلی فیلتراسیون جامد پر ارزش یا سیالی تمیز خواهد بود.

مایع و گاز دو سیال معمول عبوری از فیلترها هستند. فیلتراسیون مایع به جدا سازی ذرات معلق از یک مایع با عبور آن از یک محیط یا غشای متخلخل اطلاق می شود. زمانی که سیال یا محلول حاوی ذرات معلق با فشار به داخل سوراخ ها یا حفره های محیط فیلتر وارد می شود، ذرات جامد در سطح پشت فیلتر و در برخی از موارد، دیواره سوراخ های فیلتر می مانند و سیال از فیلتر عبور می کند. وقتی ابعاد نانومتری می شود، این مولکول ها هستند که جدا می شوند.

فیلترهای نانویی می توانند در خالص سازی آب آشامیدنی، تصفیه آب آلوده و برای جداسازی آب و نفت مورد استفاده قرار بگیرند. نانومواد تأثیر بسزایی در توسعه فیلترها دارند. اندازه سوراخ فیلترها می تواند آنقدر کوچک ساخته شود که حتی کوچک ترین ذرات ویروسی را نیز به دام بیاندازد. فیلترها می توانند با مواد فعالی مثل نانوذرات دی اکسید تیتانیوم همراه شوند که می تواند مولکول های آلی شامل باکترها و ویروس ها را متلاشی کند.

 با توجه به این کار محیط های فیلتری نمی توانند به تنهایی کیفیت مطلوب را ایجاد نمایند، باید مجموعه ای از فرآیندها در کنار هم قرار گیرند و بهینه ترین بازدهی ممکن از آن ها به دست آید.

جداسازی ذرات در فیلتر تحت تأثیر پنج عامل اصلی قرار می گیرد:

*اندازه حفرات فیلتری:

همان‌طور که گفته شد موادی با اندازه بزرگ‌تر از حفرات فیلتر، در پشت آن باقی می‌مانند و عبور نمی‌کنند، در نتیجه، برای جداسازی ذرات با اندازه مشخص باید از فیلترهای مناسب استفاده کرد. اندازه فیلتر، کل مساحت موجود برای جداسازی جریان و کانال های عبور را تعیین می کند، میزان فیلتراسیون در واحد زمان، مدت تماس سیال و فیلتر را تعیین می کند. با توجه به ارتباط فیلتراسیون به اندازه ذرات، آگاهی از این اندازه ها ضروری است. برای مثال برای جداسازی باکتری ها باید مطلع بود که ابعاد آن ها بالای 10 میکرون است. گلبون های قرمز حدود 10 میکرومتر قطر دارند. سایر سلول های زنده حیوانی 10 تا 20  میکرومتری و سلول های گیاهی 20 تا 30 میکرومتری هستند. بیشتر باکتری ها بین 1 تا 5 میکرومتر قطر دارند. برخی ویروس ها در محدوده بالای 100 نانومتر قرار دارند و کوچکترین آنها بین 20 تا 30 نانومتر قرار دارد. بدیهی است فیلتری که برای جداسازی باکتری ها به کار می رود، کافی است ابعاد بالای میکرومتر را جدا نماید.

*نرخ فیلتراسیون یا بارگذاری فیلتر

* قطر موثر ذرات یا توزیع ابعاد ذرات:

قطر موثر ذرات و توزیع آن روی مکانیزم جداسازی ذرات،برروی مساحت سطح در دسترس و تخلخل که مدت کارایی فیلتر را تعیین می کنند، تاثیر می گذارد.

* نرخ جریان و میزان ذراتی که پشت فیلتر باقی می ماند

ذراتی که در پشت فیلتر باقی می‌مانند به مرور زمان و با استفاده مداوم از فیلتر بیش‌تر می‌شوند. این مسئله می‌تواند باعث مسدود شدن روزنه‌های فیلتر شود. به این دلیل، باید بعد از مدت زمان مشخصی، فیلتر را تعویض، و یا آن را پاک‌سازی نمود. این مسئله که به گرفتگی فیلتر معروف می‌باشد از اهمیت زیادی برخوردار است. زیرا تعویض و یا حتی تمیزکردن فیلتر هزینه‌بر است. نرخ جریان نیروهای برشی را تعیین می کند. با جدا سازی ذرات جامد توسط فیلتر مولفه های سطحی فیلتر کاهش می یابد و کانال های جریان سیال تغییر می کند.

بازدهی فیلتر در جمع آوری ذرات به این صورت تعریف می شود:

 تعداد موفقیت ها در جداسازی کل ذراتی که در مساحت سطح مقطع جدا کننده وجود دارند، تقسیم بر تعداد ممکن (100 درصد ذرات موجود) ذرات. این بازدهی را می توان بر حسب کل ذرات در جریان مایع بیان کرد که با سه ساز و کار مختلف شامل سد کردن، حرکت براونی و برخورد انجام می گیرد. تأثیر عواملی مانند گرانش و نیروی الکترواستانیکی در فیلتراسیون ابعاد ریز بسیار کم است. کار اصلی محیط فیلتر به حداکثر رساندن قابلیت جمع آوری و استخراج ذرات معلق است. طوری که با حداقل میزان افت انرژی جریان سیال همراه باشد.

در طراحی یک سیستم فیلتراسیون ایده آل، خواص فیزیکی و شیمیایی ذرات و سیال، نرخ جریان، تنش های پاکسازی و فیلتراسیون، ساختمان فیلتر، طراحی مسیرهای عبوری، نسبت زمان کار به زمان تمیز شدن، نسبت جریان سیال به مساحت فیلتر، فضا و هزینه های مورد نیاز و روش پاکسازی مورد اهمیت هستند.درواقع محیط فیلتری قلب هر واحد فیلتراسیون است و هر گونه تغییری در آن، منجر به خروجی متفاوتی می گردد. کارایی سیستم فیلتراسیون موفق تا حدودی زیادی به انتخاب یک محیط متخلخل مناسب بر می گردد.

فیلتراسیون غشایی

انواع روش های فیلتراسیون با عناوین فیلتراسیون ذرات ،میکرو فیلتراسیون ،الترافیلتراسیون ،نانوفیلتراسیون،اسمز معکوس (هایپر فیلتراسیون)دسته بندی می کنند.فنون فیلتراسیون پیشرفته می توانند ذرات را تا یک آنگستروم جدا کنند.فیلترهایی که جزء  چهار دسته آخر هستند تحت یک عنوان مشترک بانام غشا قرار می گیرند که یکی از ابزارهای قدرتمند در فیلتراسیون هستند.25 سال است که از تجاری شدن این محصولات می گذرد.انواع غشاهای پلیمری ،لیفی و سرامیکی در فرایند های فیلتراسیون استفاده می شوند. نیروی کار این غشاها اختلاف فشار بالاست. همان طور که می دانیم انواع فیلترها بر حسب فیزیک محیط شامل فیلترهای لیفی، غشاها، مواد مویینه و بسترهای گرانولی (مانند شن) هستند. فیلتراسیون با فیلترهای لیفی یکی از روش های اصلی برای برداشتن ذرات در محدود گسترده ای از ابعاد است. فیلترهای لیفی نسبتاً ارزان بوده و کار با آن ها بسیار ساده است، لذا پر بازده ترین فیلترها برای جمع آوری ذرات به شمار می آیند. مهم ترین مشخصه فیلترهای لیفی تخلخل بالای آنها است که عامل بسیار مهم در عبوردهی آب یا هوا می باشد. فیلتر محیطی متخلخل است. روش ایجاد حفره های آن، میزان ارتباط داخلی آنها، موقعیت آنها، ابعاد و شکل آن ها، خواص محیط متخلخل را شکل می دهند. تخلخل نسبتی از حجم محیط متخلخل است که شامل فضای خالی می باشد.

ادامه دارد...

فناوری نانو و محیط زیست(4)

قسمت اول ، قسمت دوم ، قسمت سوم

ادامه ی کاربرد مواد نانو ساختار در محیط زیست

کاتالیست‏های زیست محیطی

از زمینه‏های دیگر کاربردهای مواد نانوساختاری، استفاده از آنها به عنوان کاتالیزورهای زیست محیطی برای تصفیه خروجی اگزوز اتومبیل‏ها و پالایش آب و هواست. کاتالیزورهای رایج که اغلب پایه پلاتین دارند، اگرچه راندمانشان کافی است، اما بسیار گران قیمت‏اند. به همین جهت کاتالیزورهای نانوساختاری به عنوان جایگزین ارزان قیمت کاتالیزورهای یاد شده مورد توجه قرار گرفته‏اند.

نانوپلیمرهای متخلخل

هنگامی که آلاینده‏های آلی آب گریز از طریق آب وارد خاک می‏شوند، به راحتی توسط ذرات جامد غیرمحلول در آب جذب و از آب جدا می‏شوند. پدیده جذب و دفع این گونه آلاینده‏ها از آب به خاک و از خاک به هوا بسیار پیچیده است و به عوامل متعددی از قبیل حلالیت در آب، آب موجود در شبکه خاک و رقابت اجزای مختلف خاک برای جذب این ذرات بستگی دارد. هنگامی که بیش از یک مولکول آب گریز در محیط وجود داشته باشد، مولکول‏های آلاینده به جسمی متصل می‏شوند که از لحاظ شیمیایی بیشترین شباهت را به آنها داشته باشد. به همین دلیل نانوپلیمرهای متخلخل که شباهت زیادی به مولکولهای مواد آلاینده دارند، مناسب‏ترین وسیله برای جداسازی این نوع آلاینده‏های آلی از آب و خاک به شمار می‏روند.

به طور کلی کاربردهای زیست‏محیطی این نانوساختارها عبارتند از:

1. جداسازی آلاینده‏های آلی از آب آشامیدنی.

2. تصفیه پسابهای واحدهای صنعتی مانند نیروگاه‏های هسته‏ای برای استفاده مجدد از آنها

3. پاکسازی منابع آبی آلوده شده به مواد نفتی

4. پاکسازی منابع آب زیرزمینی از آلاینده‏های آلی

امروزه برخی از قطعات رایانه‌ها را از نانوپلیمرهای متخلخل می سازند، مانند صفحه کلید، موس‌پد و غیره.نانوپلیمرهای متخلخل، مناسب‌ترین وسیله برای موس‌پد هستند!

با استفاده از سیكلودكسترین‌ها به عنوان اجزای اصلی این مواد پلیمری، دستة جدیدی از پلیمرهای آلی با تخلخل‌های بسیار ریز (قطر تخلخل این تركیبات حدود 0.7 تا 1.2 نانومتر است) تولید شده‌اند. این‌گونه نانوپلیمرهای متخلخل قادرند که غلظت‌ آلاینده‌های موجود در آب شُرب را تا حد چند قسمت در تریلیون (ppt) كاهش دهند.

ویژگی‌های دیگر نانوپلیمرهای متخلخل به شرح ذیل‌ است:

قدرت چسبندگی مولكول‌های آلی به این نوع پلیمرها حدود صدهزار برابر قوی‌تر از اتصال آنها به جاذب‌های معمولی از قبیل كربن‌های فعال است. عملكرد مناسب آن در آب و هوا تقریباً یكسان است.با توجه به این که نانوپلیمرهای متخلخل به کرات مورد استفاده قرار می‏گیرند، بنابراین هزینه‏های تصفیه به مراتب کمتر می‏شود وكمك شایانی به حفظ منابع آب موجود می‌كنند.

نانولوله‌های کربنی جاذب گازهای سمی

طبق تحقیقات وسیع انجام‌گرفته، نانولوله‌های كربنی مناسب‌ترین وسیله برای جذب آلاینده‌های سمی از قبیل دیوكسین‌ها و دیگر آلاینده‌های موجود در گاز خروجی از دودكش‌های كوره‌های زباله‌سوز به شمار می‌روند. مواد سمی از نوع دیوكسین‌ عموماً محصول جانبی بسیاری از فرآیندهای صنعتی‌اند كه ضمن پایداری فراوان، باعث آلودگی بلندمدت هوا، خاك،‌ آب و در نهایت زنجیرة غذایی موجودات زنده می‌شوند. برخی از دیوكسین‌ها سرطان‌زا هستند و بسیاری از آنها باعث اختلال در سیستم ایمنی بدن انسان‌ها می‌شوند. اگرچه در سال‌های اخیر بسیاری از كشورها تولید این ماده را به‌شدت تحت كنترل قرار داده‌اند، لیكن هنوز خطرات زیست‌محیطی آن كماكان تهدیدكننده به شمار می‌آیند. اگرچه نانولوله‌های كربنی مناسب‌ترین وسیله برای جذب آلاینده‌های سمی مانند دیوكسین‌اند، ولی در حال قیمت بسیار زیادی دارند. تحقیقات دامنه‌داری برای تولید ارزان نانولوله‌‌ها ی کربنی  در جریان است.در ضمن استفاده از نانولوله‌های كربنی در نمایشگرهای كامپیوتری به كاهش مصرف فلزات سنگین در آنها كمك می‌كند و از این طریق از آسیب به محیط زیست می‌كاهد.

کاهش تاثیرآلاینده ها به محیط زیست

فناوری نانو این امکان را ایجاد کرده است که مواد طوری مصرف شوند که به طور موثری ورود آلاینده های ناشی از فعالیت های انسانی به محیط زیست را کم کنند. حرکت با برنامه به سمت برخی صنایع منجر به کاهش آسیب به طبیعت خواهد شد. این کار به کمک فناوری نانو امکان پذیر است.

استفاده کمتر از ماده و انرژی

فناوری نانو راه هایی  برای کاهش مصرف ماده و انرژی ارائه می دهد. یک راه استفاده از قدرت نانومواد است. نانومواد عمدتاً فعال تر از مواد حجیم هستند. بنابراین یا مقدار کمتری از آن ها مورد نیاز است یا توانایی آن مواد (مثل عایق ها) به طور چشم گیری افزایش یافته است. راه دوم بهره گیری از مواد و انرژی کم ارزش قابل بازیافت به جای مواد و انرژی گران قیمت و پر هزینه است.

  ادامه دارد...

محموله‌های نانومتری(1)

معرفی،خواص وکاربردهای نانو کپسولها

درواقع نانوکپسول‌ به هر نانوذره‌ای گفته می‌شود که دارای یک پوسته و یک فضای خالی جهت قرار دادن مواد مورد نظر در داخل آن باشد.  نانوکپسول ها می توانند در قرار دادن مایعات در محفظه های نانومتری، بسته بندی نانوذرات، جلوگیری از تماس ترکیبات فعال شیمیایی با بافت های داخلی بدن، ایجاد محافظت محیطی و سازگاری با مواد دیگر و آسان کردن کار با نانومواد کاربرد داشته باشند. نانوکپسول ها به سبب گستردگی کاربردهایشان توسعه زیادی پیدا کرده اند. امروزه حتی مولکول هایی مانند DNA یا سلول ها در داخل کپسول قرار می گیرند و بیوکپسول ها را ایجاد می کنند.

نانوکپسول های طبیعی ومصنوعی

نانوکپسول ها در طبیعت نیز ساخته می شوند؛ فسفولیپیدها هنگامی که در یک محیط آبی قرار گیرند، خود به خود کپسول هایی را شکل می دهند که قسمت های آب گریز مولکول در درون آن ها واقع می شود و لذا از تماس با آب محافظت می شوند. اولزوم ها نیز کپسول هایی ایده آل هستند که ذخیره روغن در دانه گیاهان روغنی را بر عهده دارند. 99 درصد اولزوم های طبیعی روغن است و پروتئین ها و فسفولیپیدها 1 درصد آن را تشکیل می دهند اولزوم ها ابعادی بین 1/0 تا 5/2 میکرومتر دارند. کپسول های مصنوعی ساخته بشر به نام لیپوزوم ها با اجسام چرب برای جابه جایی مواد استفاده می شوند. در مواد آرایشی از لیپوزوم های مصنوعی برای رهایش کنترل شده مواد با محافظت در برابر محیط بیرونی استفاده می گردد.

انواع نانوکپسول ها

انواع مختلفی از نانو کپسول ها وجود دارد که معروف ترین آن ها عبارت اند از:  نانوكپسول‌های پلیمری  و نانوکپسول های امولسیونی.

نانوکپسول‌های پلیمری

از پلیمرها برای ساخت نانوکپسول‌ها نیز استفاده می شود. فرآیند اصلی ساخت این نانوکپسول‌ها پلیمریزاسیون امولسیونی می‌باشد. هم اکنون می‌توان نانوکپسول‌های پلیمری را در اندازه‌ها و اشکال گوناگون و در مقادیر مناسب تولید کرد. سپس با الصاق یا جایدهی یک مولکول خاص در دیواره این نانوکپسول‌ها، آنها را "کارکردی" نمود.

 نانوكپسول‌های كربنی

این نانوکپسول‌ها می‌توانند به صورت ماشه یك سیستم دارورسانی هدفمند عمل كرده و در پاسخ به یک زیست‌مولکول خاص، محتوای نانوکپسول را آزاد نمایند. کپسول‌های پلیمری بر خلاف نانوامولسیون‌ها با پیوندهای کووالانسی قدرتمندی به یکدیگر می‌چسبند و بنابراین از استحکام خاصی برخوردارند. بسیاری از نانوکپسول‌ها در هر دو شکل مایع و خشک پایدارند.

شمای یك مولكول بدام افتاده در نانوكپسول

برای داروسازی به جای مکانیسم ماشه‌کشی، می‌توان محموله را- در صورت ریز بودن مولکول محموله- با مکانیسم ساده نفوذ رها کرد، یا به صورت تخریب طبیعی و یا به کمک امواج ماوراء صوت آن را باز کرد.ساخت نانوکپسول‌ها نوعی از خودآرایی محسوب می‌شود.

نانوکپسول امولسیونی

نانوامولسیون‌ها از مولکولهای سورفکتانت، نظیر فسفولیپیدها که از یک طرف آبگریز (هیدورفوبیک) و از یک سمت آب‌دوست (هیدروفیلیک) هستند تشکیل می‌شوند. هنگامی که این مولکول‌‌ها در یک محیط آبی قرار گیرند، خود به خود کپسولهایی را شکل می‌دهند که قسمت‌های آب‌گریز مولکول در درون آنها واقع می‌شود و لذا از تماس با آب محافظت می‌شوند. لیپوزوم‌ها ساختارهایی از جنس چربی هستند که در این دسته قرار می‌گیرند.

 لیپوزوم ( دو لایه چربی یك قطره آب را احاطه كرده‌اند)

این تركیبات در دارورسانی ساده‌تر از طریق وریدی و خوراكی و همچنین برای رهایش كنترل‌شده وتاخیری آفت‌كشها كاربرد دارند. از مصارف دیگر این تركیبات می‌توان به كاربرد آنها در پودرهای رختشویی خوشبوكننده لباس و افزایش طول عمر آنزیمها در خارج از سلول اشاره كرد.

از نانو کپسول های امولسیونی به طور وسیعی میتوان در صنایع آرایشی استفاده کرد.این نانو کپسول ها دارای یک سر آب دوست و یک سر آب گریز هستند.بنابراین میتوانند هم در چربی و هم در آب حل شوند.این خاصیت سبب میشود کیفیت ماده آرایشی به هنگام عرق کردن یا خیس شدن با آب حفظ شود.

نانوامولسیون( یك لایه چربی هسته چربی یا آبی را احاطه كرده است)

ویژگی های نانو کپسول ها

نانو کپسول ها میتوانند آب دوست یا آب گریز باشند.این خاصیت سبب میشود تا رفتاری کاملا هوشمند داشته باشند.به این معنا که نانو کپسول های آب دوست میتوانند در آب حل شوند و برعکس ونانو کپسول های آب گریز میتوانند در چربی حل شوند و درآب حل نشوند.از این خاصیت نانو کپسول ها به طور وسیعی در دارو سازی هدفمند به نقطه خاصی از بدن بیمار استفاده میشود.در شیوه دارو رسانی سنتی با مصرف دارو مواد شیمیایی آن در کل بدن پخش میشود و علاوه بر این که بخش ناچیزی از آن به بخش بیمار بدن میرسد احتمالا صدماتی نیز به بخش های سالم بدن وارد میسازد.

در این حالت بخش های دیگر بدن از تاثیر دارو در امان خواهند بود.نانوکپسول ها به لحاظ اندازه از محدوده چند میکرومتر تا زیر ابعاد میکرومتری متغیر بوده وهمان طور که گفتیم در شبکه های سه بعدی پلیمرهای آبدوست و آب گریز وجود دارنددرحالی که میکروکپسول ها به عنوان یک فاز جداگانه پلیمری در محدوده اندازه 1 میلی متر تا 1 میکرومتر تعریف می شوند. نانوکپسول ها به خاطر خصوصیت ذاتی متورم شدن و برگشتن سریع به حالت اولیه در اثر پاسخ به عواملی نظیر دما، ترکیب حلال، اسیدیته محلول، نور، فشار، میدان مغناطیسی، افزودنی های شیمیایی خاص و میدان الکتریکی جاذبه های زیادی را برای ایجاد مواد هوشمند برای کاربردهای زیستی و پزشکی پیدا کرده اند. به طور کلی مولکولی های فعال زیستی در کاربردهای درمانی به خاطر قابلیت انحلال پایین، دسترسی محدود و از بین رفتن سریع استفاده می شوند.

گاهی اوقات نانوکپسول ها بخشی از ژل های پلیمری هستند که استفاده از آن ها یکی از روش های انتقال دارو است. ژل ها به دو نوع اصلی تقسیم می شوند: ژل های شیمیایی و ژل های فیزیکی.

 نانوکپسول ها و میکروکپسول ها از طریق پیوندهای کووالانسی در شبکه های سه بعدی پایدار غیرقابل انحلال در آب (ژل شیمیایی) یا از طریق پیوندهای هیدروژنی، واندروالسی و پخش شدن زنجیره های پلیمری از طریق تشکیل مناطق کریستالی نانوکپسول های ناپایدار فیزیکی به وجود می آیند (ژل فیزیکی).

 امکان حمل دارو، خصوصیات مکانیکی، شفافیت و امکان تورم از خصوصیات ژل ها است که آن ها را برای دارورسانی مناسب می کند. ژل های فیزیکی محکم هستند ولی در دمای بالا یا در یک حلال ثبات خوبی ندارند. با کار روی ساختمان ژل ها، می تواند ساختار مناسبی را ایجاد کرد که همه عیوب را بر طرف کند.

این ساختارها کاربردهای زیادی پیدا کرده اند که به مواردی از آن ها اشاره می شود:

پزشکی : جراحی صورت، غضروف مصنوعی، مفاصل، لنز مصنوعی و مواد مورد مصرف برای جراحی دندان

محصولات درمانی: سیستم های دارورسانی، پانسمان های زخم، افزودنی ها در پزشکی

موادغذایی: غذاهای رژیمی و سلامت محصول

محصولات صنعتی: مواد پوششی، جایگزین پلاستیک یا سیلیکون، بهبود مواد خام، بهبود منسوجات، بهبود کاغذ

محصولات خانگی: آرایش مو، شوینده ها، نرم کننده ها

وسایل برقی: باتری، مواد کاربردی برای الکترونیک

هیدورژل ها زنجیره های پلیمری آب دوستی هستند که قابلیت ویژه ای در متورم شدن در محیط آبی دارند. به طور کلی همه پلیمرهای قابل حل در آب گروه های عاملی شیمیایی نظیر –SO2H,- CONH2,- NH2,- COOH, -OH دارند که می تواند هیدروژل ها را تولید کند. از جمله خواص منحصر به فرد هیدروژل ها می توان قابلیت بالای متورم شدن در آب، آب دوستی و زیست سازگاری دانست.

    ادامه دارد...

فناوری نانوودندان پزشکی(1)

یكی از مشكلات موجود در زمینة دندانپزشكی مواد مورد مصرف است. مواد مورد استفاده در دندانپزشكی بایستی از سفتی و مقاومت بالایی برخورداربوده و ظاهری زیبا داشته باشند. فرمولاسیون ضعیف مواد دندانپزشكی باعث ایجاد ناراحتی، عوارض جانبی و افزایش هزینه مراقبتهای سلامتی می گردند. به همین دلیل شركتها و موسسات مرتبط بامراقبتهای دندانپزشكی سعی دارند تا محصولاتی با كیفیت و كارایی بالا تولید نمایند.شبیه همین ویژگی ها بایستی در مورد مواد مورد استفاده در روكشها نیز وجود داشته باشد.

پیشرفت های اخیر در زمینة فناوری نانو بطور قابل توجهی جهت حل این نیازها مورد توجه قرار گرفته اند. یكی از مهمترین نكات در مورد استفاده ازفناوری نانو در جهت رفع این نیازها، امكان تولید نانوذرات مجزا و بدون به هم چسبیدگی است كه امكان توزیع آ نها در رزینها یا روكشها جهت تولید نانوكامپوزیت ها بطور یكنواخت وجود داشته باشد. مواد كامپوزیت پلیمری از زمان آغاز علوم پلیمری تاكنون وجود داشت هاند. از دیرباز این مسئله آشكار شده است كه افزودن پركننده های (فیلرها) با خواص فیزیكی مشابه با ساختار پلیمری می تواند منجر به تولید موادی با خواص جالب و از جمله موادی با خواص مكانیكی تقویت شده، شود. این گونه كامپوزیت های پلیمری دهه ها از جمله مواد اساسی در بازار مواد تجاری دندانپزشكی بوده اند. درحال حاضر از طریق فناوری نانو امكان تهیه نانوفیلرها و نانوكامپوزیت ها فراهم گردیده است. این مواد دارای خواص نوری، مكانیكی و شیمیایی متفاوتی نسبت به میكروكامپوزیت های قدیمی می باشند.فناوری نانو در ترمیمهای دندانی باعث افزایش سختی در عین زیبایی ناحیه ترمیم شده نسبت به مواد قدیمی می شود.امید می رود با استفاده از این فناوری مشكلاتی كه از قبل در زمینه های مختلف دندانپزشكی ازجمله تولید مواد ترمیمی محكم و زیبا وجود داشته است برطرف شود.

خمیردندا نهاى سفیدكننده نانویى

شركت هاى سازنده خمیردندان در رقابت شدید با هم هستند تا خمیردندا ن هایى را ارائه دهند كه مشتریان بیشترى را به خاطر خواصِّ سفید كنندگى بیشتر آن، جذب كند. خمیردندا نهاى تازه توسعه یافته مبتنى بر نانو هیدروكسى آپاتیت (یكى از انواع كلسیم فسفات كه كاربرد زیادى در ساخت و پوشش دهى كاشتنی ها دارد، هیدروكسى آپاتیت است. هیدروكسى آپاتیت،  كاربردهاى فراوانى در پزشكى و دندانپزشكى از جمله جایگزین سازى بافت استخوانی وپوشش دهی کاشتنی های بدن دارد. نانو هیدروکسی آپاتیت خواص مکانیکی بالاتر وزیست سازگاری مطلوب تری نسبت به نمونه های میکرومتری از خود نشان می دهند.)، اثربخشى بسیار عمد ه اى را در زدایش جر مها  از سطح دندان نشان داده اند. این اثرات ممكن است به دلیل خواص ، فیزیكى نانو هیدروكسى آپاتیت باشد كه سطح ویژه بالاترى نسبت به هیدروكسى  آپاتیت با ابعاد میكرو و در نتیجه پتانسیل بالاترى براى جرم زدایى دارد. این سطح ویژه بالاتر در زدایش جر مهاى دندان و  مواد آلى، بسیار مؤثر است. فرضیه دوم برای مكانیزم نانو هیدروكسى آپاتیت ها، تسریع جرم زدایى معدنى است كه در  پركردن تخلخل هاى سطح دندان، درگیر مى شود. بنابراین امكان كاهش تیرگى دندا نها به وجود مى آید. است كه براى دندا نهاى حساس Dent Swiss یكى از خمیردندا نهاى تجارى شده نانویى، خمیردندان ساخت شركت نیز مناسب است.

از مواد تشكیل دهنده این خمیردندان، كلسیم پراكساید است كه در اندازه نانویى به كو چكترین فاصله هاى دندانى نفوذ می کند.رنگدانه هاى دندانى (حاصل از قهوه، چاى یا تنباكو) به رنگ روشن تردر مى آیند. ) به آرامى پلاك دندان را پاكسازى می كنند و به  Papain, Bromelain آنزیم ها (كلسیم پراكساید در انداز ه هاى نانویى) اجازه مى دهند تا بسیار مؤثرتر و كاراتر عمل نماید. كلسیم پراكساید از لحاظ زیستى در دسترس است و این بدان معناست كه به طرز بهترى به دندان متصل شده و اثر شدیدترى خواهد گذاشت. فلوراید از كرم خوردگى دندان جلوگیرى مى نماید.

كاربرد رزین هاى كامپوزیتى و نانوكامپوزیت ها در دندان پزشكى

در فناورى رزین كامپوزیتى، اندازه ذره و میزان حضور ذرات، بیانگر اطلاعاتى مهم براى بهترین استفاده از مواد كامپوزیتى است. تغییر تركیبات پركننده ، عمده ترین پیشرفت در تكامل رزینهاى كامپوزیتى بوده است. این تغییر در میزان و اندازه پركن است كه عملكرد آن را در جلاپذیرى  وهمچنین پوشش و مقاومت در برابر ترك خوردن  كنترل مى نماید. فناورى نانو می تواند رزینهاى كامپوزیتى با ذرات پركن كوچكتررا براى ما تولید كند كه می تواننددر غلظتهاى بالاتر حل شده و در سیستم رزینى، پلیمریزه شوند. مولكو لهاى این مواد، می توانند طورى طراحى گردند كه هنگام جفت شدن با یك پلیمر، سازگار باشند و خواص منحصر به فردى رامانند خواص فیزیكى، مكانیكى و نورى به وجود آورند.در حال حاضر، اندازه ذرات كامپوزیتى معمول، كه اولاً از انداز ه هاى ساختارى كریستا لهاى هیدروكسى آپاتیت، لوله هاى كوچك دندانى  و میله هاى میناى دندان  بسیا متفاوت است و ثانیاً به عنوان حد واسط بین مواد ترمیمی ماکروسکوپی (0,7 تا 40 نانومتر) وساختار نانوسکوپی دندان (دراندازه های 1تا 10 نانومتر) عمل مى كنند، داراى پتانسیل بالقو ه ای برای  تحقیق در زمینه فناورى نانو هستند. فناورى نانو می تواند سبب افزایش پیوستگى بین ساختار دندان و ذرات پركن با اندازه نانویى گردد و یك حدِّ واسط طبیعی تر و پایدارتر بین بافتهاى سخت معدنى كارى شده دندان و بیو مواد ترمیمى پیشرفته را به وجود آورد.

    ادامه دارد...

گرافن: نازكترین روان ‌كننده جامد

تازه های فناوری نانو (12)

همانطور که می دانیم گرافن را «ماده جادویی» قرن 21 می‌نامند. این ماده که گفته می‌شود محکم‌ترین ماده‌ای است که تاکنون مورد مطالعه قرار گرفته، جایگزینی برای سیلیکون است و خواص عجیب آن مانند بیشترین میزان رسانایی الکتریکی در بین مواد شناخته شده، دنیای علم و رسانه‌ها را تکان داده است .دراین مطلب در ادامه مطالب (1) و (2) و (3) و (4) و (5) و (6) و (7) و (8) و (9) و (10) و (11) به بعضی از تازه ترین پژوهش های انجام شده در زمینه گرافن  می پردازیم.

گرافن: نازكترین روان ‌كننده جامد

یكی از نكات مهم در بكارگیری یك روان‌كننده جامد در مقیاس میكرو و نانو، ضخامت روان‌كننده و سازگاری فرآیند ترسیب روان‌كننده با محصول هدف است. گرافن، یك ماده كربنی قوی به نازكی یك اتم و با انرژی كم سطحی، كاندیدای مناسبی برای این كاربردها است. اكنون وانگ سیوپ كیم و همكارانش از موسسه مواد و ماشین‌آلات كره جنوبی امكان استفاده از گرافن بعنوان روان‌كننده جامد را شرح داده‌اند.

فیلم‌های گرافنی که با روش ترسیب بخار شیمیایی روی کاتالیست‌های فلزی مس و نیکل رشد داده شدند و به بستر سیلیکون / دی‌اکسید سیلیکون انتقال داده شدند؛ ویژگی‌های اصطکاکی و چسبندگی عالی از خود نشان دادند. این فیلم‌های گرافنی نیروهای اصطکاکی و چسبندگی را بطور موثری کاهش می‌دهند.

از دیدگاه عملی، گرافن تولید شده با روش ترسیب بخار شیمیایی (CVD) در مقایسه با گرافن‌های تولید شده با روش‌های دیگر، به دلیل مقیاس‌پذیری و انتقال‌پذیری عالی آن بهترین گزینه بعنوان روان‌كننده جامد است. با این حال، مشخصه‌های مربوط به اصطكاك‌شناسی این نوع گرافن در مقیاس میكرو و نانو هنوز گزارش نشده است.

کیم توضیح می دهد که ما نشان دادیم که گرافن تولید شده با روش CVD خواص اصطکاکی و چسبندگی عالی در مقیاس میکرو و نانو دارد، بطوری که برای کاربردهای عملی مناسب است. بویژه نتایج‌مان نشان می‌دهند که ضریب اصطکاک گرافن چندلایه‌ای با ضخامت چند نانومتر با ضریب اصطکاک گرافیت توده‌ای (یک روان‌کننده جامد مناسب) قابل مقایسه است. این نتایج که برای اولین بار است که گزارش می‌شوند، نشان‌دهنده امکان استفاده گرافن تولید شده با روش CVD بعنوان روکش سطحی برای کاهش نیروی‌های اصطکاک و چسبندگی و حفاظت از سطح بستر، هستند.

طبق گفته این محققان گرافن ضخیم‌ترِ رشد داده‌شده با نیکل و انتقال‌یافته روی سیلیکا در مقایسه با گرافن نازک‌تر رشد داده‌شده با مس و انتقال‌یافته روی سیلیکا، در مقابل سرخوردن بادوام‌تر است، اما گرافن رشد داده‌شده با نیکل تحت فشار تماسی 37 مگاپاسکال در مقیاس میکرو به آسانی سائیده شد.

این محققان می‌گویند که هدف نهایی‌شان ساخت روان‌کننده‌های جامد بادوام‌تر و بسیار نازک با استفاده از گرافن است.

این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ACS Nano منتشر کرده‌اند.

گرافن چندلایه‌ای برای افزاره‌های الكترونیكی جدید

عدم توانایی گرافن در تشكیل یك باندگپ، مشكل اصلی این ماده برای استفاده در افزاره‌های الكترونیكی جدید است. وجود باندگپ جهت ساخت افزاره‌هایی از قبیل ترانزیستورها، تراشه‌های كامپیوتری و پیل‌های خورشیدی ضروری است. اكنون گروهی از دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) راهی برای تولید مقادیر قابل‌توجهی از گرافن به شكل دو یا سه لایه‌ای پیدا كرده است. موقعی كه این لایه‌ها بدرستی مرتب شوند، این ساختارها، گرافنی با باندگپ بسیار مطلوب می‌دهند.میكائیل استرانو، در MIT و یكی از این محققان، می‌گوید: این یك تحول در فناوری گرافن است.

 موقعی كه تركیبات برم یا كلر (ارائه شده به رنگ آبی) وارد قطعه‌ای از گرافیت (نشان داده شده به رنگ سبز) می‌شوند، این اتم‌ها راه‌شان را برای ورود به این ساختار در بین هر سه صفحه پیدا می‌كنند. بنابراین فاصله بین این صفحه‌ها افزایش می‌یابد و مجزا كردن آنها آسان‌تر می‌شود.

اگرچه گرافن در سال 2004 كشف شده است، اما تولید انبوه آن تاكنون یك چالش بوده است. با این حال، روش جدید این محققان را می‌توان در مقیاس بزرگ انجام داد. طبق گفته استرانو با استفاده از این روش كه كاربردهای عملی و واقعی گرافن را ممكن می‌سازد، می‌توان ترتیب دقیقی از لایه‌ها ایجاد كرد. ترتیب این لایه‌ها معروف به پشته‌های A-B است كه در فضاهای بین آنها اتم‌هایی است كه منجر به خواص الكترونیكی مطلوب می‌شوند.

استرانو و همكارانش متوجه شدند كه موقعی كه این گرافیت در محلول قرار داده می‌شود، بصورت طبیعی از مكان‌هایی كه اتم‌ها وارد شده‌اند، مجزا شده و ورقه‌های گرافنی دو یا سه لایه‌ای تشكیل می‌شود. استرانو می‌گوید: "بدلیل اینكه این فرآیندِ پراكندگی می‌تواند بسیار ملایم باشد، ما به ورقه‌های بسیار بزرگ‌تر از ورقه‌های ساخته شده با دیگر روش‌ها می‌رسیم. گرافن یك ماده‌ی بسیار آسیب‌پذیر است، بنابراین نیاز به یك فرآیند ملایم دارد".

این محققان جزئیات نتایج كار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Nanotechnology منتشر كرده‌اند.

***********

گرافن باتری‌های قابل شارژ را تقویت می‌كند

محققان در دانشگاه استانفورد با پیچاندن ذرات ریز گوگرد در صفحه‌های گرافنی، ماده كاتدی نویدبخشی برای باتری‌های قابل‌شارژ گوگرد – لیتیوم ساخته‌اند. این باتری‌ها را می‌توان در مقیاس بزرگ برای نیرو دادن به وسائل نقلیه الكتریكی استفاده كرد. این كاتدهای جدید گوگرد – گرافن موقعی كه با آندهای مبتنی بر سیلیكون تركیب شوند، می‌توانند منجر به باتری‌های قابل‌شارژی شوند كه چگالی انرژی بسیار بالاتری از آنچه هم‌اكنون ممكن است، دارند.

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های پیش‌روی وسائل نقلیه الکتریکی که از باتری‌ها توان می‌گیرند، چگالی‌های توان و انرژی پایین باتری‌های لیتیوم قابل شارژ است. نقطه ضعف این باتری‌ها مواد کاتدی کنونی آنها است که ظرفیت‌های ویژه‌شان بسیار کمتر از ظرفیت‌های ویژه مواد آندی است.

 مراحل تولید یك كامپوزیت گوگرد – گرافن كه می‌توان آن را بعنوان ماده كاتدی برای باتری‌های قابل‌شارژ گوگرد – لیتیوم با چگالی انرژی بالا استفاده كرد.

محققان دانشگاه استانفورد بمنظور رفع این مشکل، از گوگرد استفاده کرده‌اند که ظرفیت ویژه تئوری برابر با 1672 میلی‌آمپر ساعت بر گرم (حدود 5 برابر ظرفیت ویژه مواد کاتدی مرسوم) دارد. اگرچه گوگرد مزایای دیگری از قبیل هزینه کم دارد، اما معایبی نیز دارد. برای مثال، گوگرد رسانای ضعیفی است، در طی تخلیه منبسط می‌شود، و پلی‌سولفیدها در الکترولیت حل می‌شوند. این مشکل‌ها سبب عمر چرخه کم، ظرفیت ویژه پایین و راندمان انرژی پایین می‌شوند.

این محققان برای حل این مشکل‌ها راهبردی ارائه کردند. آنها ذرات ریز گوگرد را برای بدام‌اندازی پلی‌سولفیدها و جلوگیری از حل شدن‌شان، با پلی اتیلن گلایکول (PEG) روکش‌دهی کردند. این روکش پلیمری انعطاف‌پذیر همچنین با اصلاح انبساط حجمی ذرات گوگرد در طی تخلیه هر چرخه، عمر چرخه را بهبود می‌دهد. سپس این محققان ذرات گوگرد روکش‌داده شده را در صفحه‌های گرافن تزئین شده با نانوذرات دوده، پیچاندند. نانوذرات دوده رسانایی گوگرد را بهبود می‌دهند.

محققان مذکور شرح دادند که کاتد گوگرد – گرافن منتج می‌تواند برای بیش از 100 چرخه، ظرفیت ویژه‌ بالایی بین 500 تا 600 میلی‌آمپر ساعت بر گرم داشته باشد. این مواد کاتدی جدید را می‌توان برای ساخت باتری‌های قابل شارژی با چگالی انرژی بالاتری از چگالی دیگر باتری‌های قابل شارژ امروزی استفاده کرد. طبق گفته این محققان افت ظرفیت برای 100 چرخه فقط 10 تا 15 درصد است که بسیار عالی است.

این دانشمندان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند.

دستاوردهای دوستدار محیط زیست

آنچه که در دنیای امروز شاهدش هستیم، پیشرفت و نو آوری در تمامی عرصه های زندگی است امروز قصد داریم اندکی در زمینه دستاوردهایی گفتگو کنیم که خانه های ما را تبدیل به خانه های سبز می کند و همچنین خورو های ما را، خانه ها و خودروهایی  که دوستدار محیط زیست و طبیعت بوده و آلودگی ایجاد نمی کنند.

زیبایی هایی که این خانه ها ایجاد کنند می تواند ظاهری باشد و یا اساسا و از زیربنا با محیط زیست سازگار باشد، به تعدادی از آنها اشاره می کنیم:

شیشه های خود تمیز شونده: طرح این شیشه ها بر گرفته از گلنیلوفر می باشد که با ریخته شدن قطره ای بر روی آن، لیز می خورد و می ریزد. با استفاده از این شیشه ها در ظاهر ساختمان هایی که دارای نمای شیشه می باشند، زیبایی ایجاد می کند و سازندگان این شیشه ها معتقدند با این کار استفاده از مواد شوینده شیشه نیز کم رنگ تر شده و به حفاظت محیط زیست کمک  می کنند، همچنین بدلیل خاصیت خود تمیز شوندگی ، در هزینه ها صرفه جویی شده و احتمال خطر هنگام نظافت کاهش می یابد.

شیشه های کنترل کننده انرژی: این شیشه ها در دو مدل دوجداره و لمینیت عرضه می گردد. در مدل دوجداره، هنگامی که شیشه ها کنار یکدیگر قرار می گیرند، از طرف داخل توسط نانو ذرات کشیده شده و خلائی را ایجاد می کنند که پس از آن این خلع توسط توسط گاز آرگون پر می شود این شیشه های کنترل کننده انرژی هم از اتلاف انرژی جلوگیری میکنند و هم مانع ورود اشعه های مضرری چون فرا بنفش می گردد.

رنگ های ضد آب: این نوع از رنگ ها علاوه بر استفاده از خاصیت رنگ شوندگی، خاصیت ضد آب هم دارند، از آنها می توان در استخر و پشت بام نیز استفاده کرد همچنین در پوشش هایی که خاصیت آب گریزی دارند بخصوص در بتن هایی که در محیط هایی مانند دیواره استخرها و سدها می باشند از این نوع رنگ ها استفاده می شود.

چراکه این پوشش ها مانع نفوذ آب به داخل بتن می گردد و مانند لایه ای بر سطح بتن قرار می گیرند. این پوشش به داخل بتن نیز نفوذ می کند و مشکلی در تنفس بتن ایجاد نمی کند.

پولادهای مقاوم شده: در ساخت این پولادها از درصد کربن کمتری استفاده شده است. دراین نوع پولادها که در تکنولوژیهای جدید در انها از نانو ذرات استفاده می شود افزایش خاصیت ضد زنگ پذیری به شدت بالا می رود.

مواد استفاده شده در لوله ها: از این مواد در لوله و بسترهای آب و فاضلاب ساختمان ها استفاده می شود. زیرا در آپارتمان های امروزی آب و فاضلاب ها ایجاد مشکلات صوتی می کنند (این مورد در کشور ما کمتر دیده می شود) این مواد دارای وزن مناسب بوده و عایق صدا می باشند.

فتو کاتالیست ها: این نوع مواد بر روی سطوح بهداشتی و کاشی ها مورد استفاده قرار می گیرد که سبب کاهش آلودگی و عدم رشد میکروب می گردد و دارای خاصیت آنتی باکتریال است.

خودروهای سبز

البته در این زمینه تدابیر بسیاری اندیشیده شده است برای مثال خودروهایی ساخته شده که با آب کار می کنند اما آنچه در اینجا قصد معرفی آنها را دارین استفاده از ضد جوشهای دارای نانو ذرات نقره است.

زمانی که این ذرات وارد رادیاتور می شوند، به دیواره های رادیاتور می چسبند و سطح تماس با آب رادیاتور را افزایش می دهند. هرچه این تماس با آب افزایش یابد، انتقال حرارت بیشتری صورت می گیرد و میزان حرارت بیشتری خارج می شود. این ضد جوش از آب و نانو ذرات نانو تشکیل شده است از مزیت های این ضد جوشها کاهش میزان روشن شدن فن خودرو می باشد که سب کاهش مصرف سوخت می شود.

به عنوان مثال در بعضی از خودروهای ارزان تر زمانی که در حرکت، کولر روشن شود، سرعت کاهش می یابد اما با استفاده از این ضد جوش چون فن کمتر روشن می شود و زمان کمتری نیز روشن می ماند، دور موتور کاهش می یابد و سیستم خنک کننده استحلاک کمتری پیدا خواهد کرد.

نانوداروهای ضد سرطان

داروسازی نوین با کمک فناوری نانو (3)

آزاد شدن کنترل شده وافزایش تاثیردارو،کاهش عوارض جانبی وسمیت دارویی،هدف قراردادن بافتی خاص یاتوده ای بدخیم وهمچنین بهبودقابلیت پذیرش بیماران از ویژگی های منحصربه فردی است که صنایع دارویی بااستفاده از فناوری نانو به دنبال تحقق آن هستند. دراین قسمت در ادامه قسمت های (1) و (2) به بررسی بخشی دیگر از داروسازی نوین با کمک فناوری نانو می پردازیم.

نانوداروهای ضد سرطان

سرطان به عنوان یک از مهلک ترین و مرگبارترین بیماری هایی است که بشر با آن مواجه است. با ورود مواد شیمیایی گوناگون به زندگی بشر و آلودگی روزافزون زیست محیطی، آمار سرطان نیز افزایش یافته است. در این میان اگر چه داروها و روش های درمانی زیادی برای سرطان ارائه شده، ولی به دلیل آسیب های جدی که این داروها به دیگر قسمت های بدن می رساند، عوارض جانبی درمان سرطان نیز از دیگر مشکلات همراه سرطان است. لذا برای اولین در سال 1906 ایده ساخت دارویی که بدون آسیب به سلامتی سایر بافت ها و جوارح بدن، به هدف خود برسد، توسط پل ارلیخ مطرح شد. وی اسم این داروی فرضی را «گلوله جادویی» نامید.

در اغلب موارد هدف از ارائه و مصرف چنین سیستم های دارویی بالا بردن اثر درمانی، کاهش عوارض جانبی، نگهداری مقدار دارو در یک دوز مطلوب، بهینه کردن مصرف دارو، رساندن دارو به بافت مورد نظر بدون آسیب به دیگر قسمت های بدن است. بسیاری از داروهایی که ظرفیت بالای درمانی دارند، به خاطر عوارض جانبی و یا مشکل تولیدشان به شکلی که به راحتی قابل واگذاری به بیماران باشد، توسعه نمی یابند.

در این گونه موارد فناوری نانو راه کارهایی را با ترکیب اجزای فعال داروها با مولکول های دوام آور یا با فناوری های جدید تولید دارو به صورت پودرهای خیلی ریزتر ارائه داده است. به عنوان مثال برخی از شرکت ها در حال حاضر داروهای تنگی نفس و مسکن را به صورت پودری با ابعاد نانومتری تولید می کنند که با استنشاق آن نسبت به روش های سنتی جذب سریع تری از دارو به بدن صورت می گیرد. محققان کشورمان نیز طی ماه های اخیرموفق به ساخت نانو داروی ضدسرطان سیناداکسوزوم شدند،ا ین نانو داروی تزریقی ، یک ترکیب ضد سرطان بوده که جهت درمان سرطان تخمدان ، سینه ، مولتیپل میلوما ، کاپوسی سارکومای و بیماری ایدز مورد استفاده قرار می گیرد.

 این نانوداروی ماده دوکسوروبیسین که برای درمان سرطان استفاده می شود و درواقع یک سم سلولی است که چون انتخابی عمل نمی کند، غلظت آن در بافت های سالم و توموری تقریبا برابر است. درون نانو کپسول های لیپوزومی محبوس می شود تا هم اثرات جانبی آن کاهش یابد هم اثرگذاری دارویی آن بالا رود. قطر این نانو دارو در حدود 100 نانومتر است و علاوه بر اینکه کوچکی آن برای ورود به بافت پرعروق تومورها مناسب است، توانایی انتقال یک حجم قابل توجه از دارو را نیز دارد. همچنین حلالیت بهتر دارو، سمیت کمتر، مدت زمان بیشتر باقی ماندن در سلول هدف و تسهیل ورود به داخل سلول از دیگر مزایای آن عنوان شده است.

 ویواژل داروی ضدویروس ایذر بر پایه دندریمر است. دندریمر نوعی پلیمر است. پلیمرها می توانند به صورت خطی یا شبکه ای باشند، دندریمر یک پلیمر شبکه ای به حساب می آید. در یک دندریمر، زنجیره های مولکولی پلیمری شده شبکه ای که هر کدام شعبه های جدیدی می سازند در نهایت یک مغز یا هسته مرکزی را شکل می دهند. درمان های جدید سرطان از راه فناوری های نانومواد مغناطیسی در حال توسعه هستند. این درمان ها بر اساس نانوذرات آهن مغناطیسی است که با تغییر یک میدان مغناطیسی اعمال شده قابل گرم شدن هستند. این حرارت باعث می شود که سلول های سرطانی که از سلول های معمولی به دما حساس تر هستند، از بین بروند.

ابزار جدید انتقال دارو

حصول اطمینان از این که دارو به بافت یا بخش مورد نظر بدن بیمار هدایت شود و همچنین اطمینان از میزان داروی استفاده شده، دو نمونه از مهم ترین مسائل پزشکی نوین هستند. این امر به طور خاص برای درمان سرطان اهمیت دارد. چون داروهای شیمی درمانی برای سلول های عادی و سرطانی مانند سم عمل می کنند.

به خاطر ناسازگاری برخی مواد با بدن و دفع سریع آن ها توسط سامانه ایمنی بدن، داروها به طور موقت در داخل یک ساختار هماهنگ با سامانه ایمنی بدن قرار می گیرند و در هنگام نیاز در موضع بیماری به سرعت از داخل آن آزاد می شوند.

همان طور که در قسمت های قبلی شرح دادیم در دارورسانی تمام تلاش محققان بر ساخت روبات هایی است که در داخل بدن بتوانند وارد شوند. خود را به موضع مناسبی برسانند و سلول زیانبار را نابود کنند. آن ها باید کاری کنند که این روبات ها با سامانه ایمنی بدن، امواج گرمایی اداره کننده گردش خون و تعادل بدن هماهنگ و سازگار باشند.

انتقال دارو از پوست

قورت دادن یک قرص معمولاً کار آسانی است، اما هنوز هم خیلی ها فراموش می کنند که داروهای خود را به موقع و به اندازه مصرف کنند و مقدار دارو یا دوز دارو در خون افت و خیز دارد. چسب های دارویی که به پوست می چسبند از این مشکلات جلوگیری می کنند. این چسب ها در سال 1990 برای ترک اعتیاد مورد استقبال قرار گرفت. مجموعه ای از این چسب ها چند هفته که مورد استفاده قرار می گرفت، مقدار نیکوتین بدن را به تدریج کاهش می داد و با این کار فرد به مرور اعتیاد خود را از دست می داد. امروزه چسب های پوستی برای انتقال استروژن برای درمان بیماری های هورمون، نیتروگلیسیرین برای گلودرد، اسکوپولامین برای بیماری های حرکتی و دریازدگی، فنتانیل برای کنترل درد و کلونیدین برای فشار خون بالا مورد استفاده قرار می گیرد. سال ها تحقیقات به بررسی احتمالی و حد تحقق دارو رسانی تراپوستی (دارورسانی از پوست) اختصاص یافته است. اولین مدل موفق برای انتقال تراپوستی در سال 1979 ایجاد شد.

انواع چسب های پوستی

برچسب های میکروسوزنی: این برچسب ها دارو را در یک مایع یا پلیمر نگهدارنده ذخیره می کنند.

چسب تک لایه: یک چسب پلیمری که به پوست می چسبد ودارورادربرمی گیرد.

چسب چند لایه: چسب چندلایه غشایی دارد که نرخ تغذیه دارو را به ویژه داروهایی که باید خیلی کند به پوست تغذیه شوند.

مساله اصلی در چسب های درمانی، انتقال آسان و موثر دارو از طریق دو سد اصلی پوست یعنی استراتوم کورنئوم و اپیدرمیس است که استراتوم کورنئوم اهمیت بیشتری دارد. استراتوم کورنئوم 10 تا 15 میکرومتر ضخامت دارد، اپیدرمیس  10 تا 50 میکرومتر و لایه درمیس 2 تا 3 میلیمتر ضخامت دارد. معمولاً دارو یا ناقل انتقال تراپوستی نمی تواند به آسانی از استراتوم کورنئوم عبور کند. فناوری نانو نقش برجسته ای در این موارد دارد.داروهای نانومتری ،می توانند به صورت مستقیم وموثربه اپیدرمیس انتقال داده شوند.اندازه کوچکتر داروها،نفوذ پذیری راآسان می کند.

فناوری نانو و صنعت آب و فاضلاب(2)

قسمت اول

امراض ناشی از آلودگی منابع آب ، روزانه سبب کشته شدن هزاران و شاید ده ها هزار نفر از مردم جهان می شود . این در حالی است که امکان بازیافت آب دسترسی به یک منبع مناسب برای مصارف گوناگون را فراهم خواهد آورد . با ورود فناوری نانو، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده است.

تصفیه آب به کمک نانوذرات

نانوذرات لانتانیوم ، فسفات را از محیط های آبی جذب می کند .کاربرد این نانوذرات درحوضچه ها و استخرهای شنا می تواند به طور موثری فسفات موجود را از میان برده و در نتیجه از رشد جلبک ها جلوگیری کند .

نانوپودرها نیز میتوانند به عنوان مواد مناسبی برای پاکسازی خاک های آلوده و آب های 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 های بسیار سمی است که به طور طبیعی با پساب های 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 بسیاری از کشورهای 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 های ناشی از ارسنیک در کشورهای جهان سوم گزارش شده است و به همین دلیل این کشورها بشدت نیازمند فناوری های نوین هستند تا به کمک آن بتوان آلاینده های فلزی سنگین مانند ارسنیک را از آب آشامیدنی حذف کرد .

 در روش های جدید از نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن به عنوان هسته اصلی سیستم های تصفیه آب استفاده می شود. سطوح معدنی آهنی نه تنها تمایل شدیدی به جذب ارسنیک دارند، بلکه با انتخاب اندازه متناسب می توان براحتی این ذرات مغناطیسی را که به کمک روش های جداسازی مغناطیسی از آب جداکرد. درحقیقت نانوذرات درجذب ارسنیک همانندتوده آهنی عمل می کنند.نانو ذرات مغناطیسی اکسیدآهن ،آرسنیک موجود درآب را تا 99% به دام انداخته وسپس آن ها را با اعمال میدان مغناطیسی از آب خارج می کنند. درواقع نه تنها ظرفیت جذب ارسنیک در نانوذرات بالاتر است بلکه به محض قرار گرفتن ارسنیک در کنار نانوذرات، جداسازی 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 های بسیار خوبی برای آلاینده ارسنیک بویژه در آب های اسیدی هستند وخاصیت جذبی غیر قابل بازگشت این ذرات ، مخزن مناسبی برای جمع آوری آلاینده ها فراهم می کند .

به طور کلی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

- 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 دوفلزی پالادیم- مس

- گندزدایی آب با نانو ذرات نقره

خط قرمزی برای گسترش آلاینده‌های بیولوژیکی

آشکار نمودن آلودگی‌ها و مواد آلاینده موجود در آب، هدفی است که دست یابی به آن در فرآیند تصفیه آب، مستلزم بهره گیری از فناوری‌های نوین است. امروزه حسگرها، نقش عمده‌های در تعیین میزان دما، مواد محلول در آب، شناسایی پاتوژن و فلزات سنگین ایفا می‌کنند. اگرچه حسگرها مختلفی برای آشکار نمودن آلودگی‌ها و مواد آلوده وجود دارند ولی فناوری نانو امکان ایجاد نسل‌های جدیدی از حسگرهای با توانایی بالا را فراهم می‌نماید که مواد آلاینده در مقادیر و غلظت‌های کم را آشکار می‌نمایند.

با ظهور فناوری نانو، حساسیت حسگرها ارتقا یافته و سرعت عملکرد بالاتری پیدا کرده‌اند. تصور اینکه یک نانو حسگر می‌تواند با سرعتی باور نکردنی، حضور یک ذره ویروسی را قبل از تکثیر ویروس و بروز علائم بیماری، شناسایی کند شاید تا قبل از ظهور این فناوری ممکن نبوده اما اکنون نانوحسگرها انقلاب بزرگی در شناسایی آلاینده‌های آب، به وجود آورده‌اند.

ازویژگی نانوحسگرها می توان به موارد زیر اشاره کرد  كه به سرعت می‌تواند مواد خارجی و ویروس را شناسایی كنند، كوچك، قابل حمل، دارای عكس العمل سریع در مقدار كم، قابل اطمینان، دقیق، مقاوم و مستحكم هستند.

تصفیه فاضلاب

محققان به دنبال توسعه روش منحصر به فردی برای تصفیه فاضلاب هستند که بدون استفاده از مواد شیمیایی گران قیمت، کیفیت آب را در مقایسه با روش هایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند ، به میزان قابل توجهی افزایش خواهد داد . آخرین مرحله تصفیه آب ، حذف موجودات زنده بسیار ریز است در حال حاضر از کلر به عنوان ماده ضدعفونی کننده استفاده می شود . اما در این صورت حتی پس از تصفیه نیز ترکیبات ارگانیک زیادی در آب وجود خواهد داشت . کلر موجودات زنده ریز را از آب حذف می کند . اما با آلاینده های ارگانیک واکنش می دهد و محصولات جانبی تجزیه ناپذیر و سمی تولید می کند که نمی توان آنها را از آب حذف کرد. انتقال این مواد به محیط زیست و استفاده از آنها در کشاورزی وصنایع دیگر میتواند مشکلات بهداشتی خطرناکی ایجاد کند .

تصفیه فاضلاب به کمک نانو کاتالیزور نوری می تواند جایگزین سومین مرحله تصفیه یعنی ضدعفونی با کلر شود تا موجودات زنده و ترکیبات آلی را به طور همزمان حذف و فاضلاب را به یک منبع آب مناسب تبدیل کند. به طور طبیعی موجودات زنده ریز ، ترکیبات ارگانیک بزرگ را به ذرات کوچک تری تبدیل می کنند. اما از آنجاییکه این ترکیبات از نظر زیستی تجزیه ناپذیرند برای تجزیه آنها باید از نوع انرژی استفاده کنیم .این انرژی از اشعه فرابنفش نور خورشید تامین شده و به همراه کاتالیزورهای نوری مورد استفاده قرا رمی گیرد . انرژی آزاده شده از واکنش سلول کاتالیزور نوری می تواند موجودات زنده ریز را از میان برده و ترکیبات تجزیه ناپذیر را تجزیه کند . این فرآیند به دلیل امکان استفاده  مجدد از کاتالیزورهای نوری از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. ذرات کاتالیزوری یا بصورت همگن در محلول پراکنده می شوند یا به صورت ساختارهای غشایی رسوب داده شده هستندکه تجزیه شیمیایی آلاینده ها را امکان پذیر می کنند .

اثر افزودن فلزات مختلف در بهبود فعالیت کاتالیزوری شناخته شده است و دانشمندان از آن در حذف تری‌کلرواتیلن (TCE) از آب‌های زیرزمینی استفاده کرده‌اند. تحقیقات مرکز فناوری‌نانوی زیست‌محیطی (CBEN) دانشگاه‌ رایس نشان می‌دهد نانوذرات طلا و پالادیم، کاتالیست‌هایی بسیار مؤثر برای حذف آلودگی‌TCE از آب هستند.

مزیت‌های حذف TCE با پالادیم به خوبی مشخص است ولی این روش تا حدودی پرهزینه است. با به کارگیری فناوری‌نانو می‌توان تعداد اتم‌های در تماس با مولکول‌های TCEو در نتیجه کارایی این کاتالیست را چندین برابر کاتالیست‌های رایج افزایش داد. TCE حلال رایج در روغن زدایی از فلزات و قطعات الکترونیکی، یکی از مواد آلی سمی رایج در منابع آب است و در 60 درصد پسماندهای صنعتی به عنوان آلودگی وجود دارد. تماس آن با بدن باعث صدمه زدن به کبد و بروز سرطان می‌شود. کاتالیست‌های شیمیایی نسبت به کاتالیست‌های زیستی بسیار سریع‌تر عمل می‌کنند ولی بسیار گران هستند. یکی از مزیت‌های کاتالیست‌های پالادیم برای تجزیه TCE این است که پالادیم، این ماده را مستقیماً به ماده غیرسمی اتان تبدیل می‌کند. در حالی که کاتالیست‌های رایج مانند آهن، آن را به برخی مواد واسطه سمی مانند وینیل‌کلراید تبدیل می‌کنند.

      ادامه دارد...