فناوری نانو و محیط زیست (2)

قسمت اول

همان طورکه می دانیم برای کنترل دقیق آلاینده ها ابتدا باید به سراغ منابع آنها برویم، لذا شناسایی منشاء آلودگی بسیار مهم است. به کمک فناوری نانو تغییرات آلودگی به صورت موضعی قابل بررسی خواهد بود. معمولا وقتی متوجه می شویم چه ضرری به محیط زده ایم که خیلی دیر شده است. فناوری نانو بر اساس تحلیل نقطه ای و حسگرهای پیشرفته ابزاری برای دستیابی به داده های سریعتر فراهم می کند.

 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.

نانوذرات 

ذرات نانو در همه سوی ما در طبیعت وجود دارند: از نانو ذرات معدنی در آب گرفته تا نانو ذرات معلق در هوا که از طریق آتش و احتراق به دست می آیند. با این همه منشاء خیلی از آن ها بشری است.

حدود 60% از ذرات نانو در محیط به علت حمل و نقل جاده ای است و 27% دیگر ناشی از سایر فرآینده های احتراقی (مثل فعالیت نیروگاه ها) می باشد. ذرات نانویی معلق در هوا بیشترین تأثیر را روی سلامت انسان دارند. مشخص شده است که افزایش میزان ذرات بسیار ریز در هوا که قطر کمتر از 10 میکرومتر دارند (یادآور می شویم که هر میکرومتر معادل 1000 نانومتر است)، می تواند به افزایش بیماری های قلبی و تنفس نسبت داده شود و شواهد روبه رشد حاکی از آن است که نانو ذرات در این محدوده می توانند به شش ها نفوذ کنند و التهاب ایجاد کنند و می توانند در سایر اندام های بدن بخش شوند.

برای کنترل نانوذرات به دو چیز احتیاج داریم: کاهش یا جلوگیری از آزاد شدن نانو ذرات حاصل از احتراق و شناسایی دقیق آلاینده های محیط زیست کاهش نانوذرات می تواند با بهره گیری از فیلترهایی با منافذ نانومتری برای فرآیندهای احتراق دست یافتنی باشد. برای مثال ذرات نانومتری اکسید سریوم راندمان موتورهای دیزلی را افزایش و مقدار آلودگی ها را کاهش می دهند. شناسایی آلاینده ها نیز با شماری از روش های تحلیلی که قبلاً وجود داشته و هنوز هم به کار می روند و دانشمندان نانو در حال توسعه بیشتر آنها هستند، قابل حصول است. این روش های اندازه ذرات، شکل و واکنش پذیری شیمیایی آن ها(تمام جنبه هایی که فعالیت نانوذرات را نشان می دهد) را می سنجند.

نانوفیلترها

آب محور اصلی زندگی تمام موجودات است. اما در اثر دخالت انسان در محیط زیست، آلودگی های بشری وارد آب های آزاد شده و بشر مجبور است جهت استفاده از این منابع از خلوص آن ها مطمئن گردد. افزایش بازدهی سیسستم های تصفیه آب به کارگیری ابزاری که به سرعت آب یا هوای آلوده را به آب خالص تبدیل کند، مهم ترین موضوعات روز فناوری نانو هستند. می توان گفت یکی از کاربردهای مهم فناوری نانو در محیط زیست، استفاده از نانوفیلترها در تصفیه آب و پساب است. غشای مورد استفاده در فرایند نانوفیلتراسیون معمولا مولکول های بزرگ را دفع می کند و در مقایسه با روش های دیگر قادرند با صرف انرژی کمتر آب چاه ها یا آب های سطحی را نیز به خوبی تصفیه کنند. این فرایند قادر است انواع باکتری ها، ویروس ها، آفت کش ها، آلاینده هایی با منشا آلی و املاح کلسیم و منیزیم را از آب جدا کند. نظر به این که در فرایند نانوفیلتراسیون از هیچ ماده شیمیایی برای سختی گیری آب استفاده نمی شود، بنابراین اثرات منفی زیست محیطی آن به مراتب کمتر از روش های شیمیایی معمول است.

نانوفیلترهایی که جهت تصفیه آب یا هوا استفاده می شوند، می توانند علاوه بر جدا سازی مواد باکتریایی و ویروسی، آنها را در پشت دیواره فیلتری کاملاً نابود کنند. از چنین قابلیتی درنانو فیلترهای هوا نیز استفاده شده است که دقیقاً همین کار را انجام می دهند. این فیلترها از انرژی سطحی بالای نانوذراتی مانند روی و نقره که روی فیلتر پوشش داده شده اند، استفاده کرده و با برخورد هر ساختار زنده آن را از بین می برند. یکی از مهم ترین ابزار پیشگیری از بیماری ها، غیر از فراهم کردن سطوح ضدعفونی شده دوری از قرار گرفتن در معرض میکروب های بیماری زا است. این امر می تواند به صورت تصفیه هوا با مایعاتی باشد که بیمار در طول دوره درمان در معرض آن ها قرار می گیرد. خیلی از ویروس ها به خاطر این  که کوچک تر از منافذ فیلترها هستند، می توانند از فیلترها عبور کنند. در نتیجه این فیلترها بدون استفاده خواهند ماند. نانوفیلترها که منافذی با ابعاد نانویی دارند ، کوچک ترین ویروس ها را هم از خود عبور نمی دهد. به کار بردن مواد فعالی مثل نانوذرات نقره یا دی اکسید تیتانیوم و منابع نور ماوراء بنفش می تواند این اثر را با از بین بردن ویروس ها، باکترهای ها و قارچ های به دام افتاده افزایش دهد. این قبیل سیستم ها قبلاً در مبارزه علیه سارس، جهت جلوگیری از انتشار ویروس از بیماران مبتلا به پرسنل پزشکی به کار گرفته شده اند. هر چه ابعاد حفرات فیلتر کوچک تر و تخلخل آن بیشتر باشد فیلتر توانایی بیشتری در جداسازی ذرات خواهد داشت. 

برخی از کاربردهای فرآیند نانوفیلتراسیون در به‌سازی محیط زیست می‌توان اشاره کرد:

* تصفیه‌ی پساب‌ رختشوی‌خانه‌ها

* تصفیه‌ی پساب‌های اسیدی واحدهای صنعتی

* رنگ‌زدایی از آب آشامیدنی

* تصفیه‌ی پساب‌ واحد تولید روغن زیتون

* تصفیه‌ی آب پنیر

* جداسازی روغن از آب

* خالص‌سازی الکل‌های سبک

* رنگ‌زدایی از آب آشامیدنی

انسان‌ها برای سلامتی خود احتیاج به آشامیدن آب سالم دارند. آب سالم آبی است که نه بو داشته باشد و نه مزه و باید زلال هم باشد.رنگ موجود در آب آشامیدنی نه‌تنها به خاطر ظاهر آن باید از آب زدوده شود، بلکه چون این رنگ‌ها می‌توانند منشأ تولید تری ‌هالو متان ( مانند CHCl3) نیز باشند، خطرناک محسوب می‌شوند. این ماده هنگام ترکیب با کلر موجب تشکیل کلروفرم و دیگر ترکیبات هالوژنة مضر و سرطان‌زا می‌شود. رنگ موجود در آب طبیعی معمولاً ناشی از وجود اسیدهای معدنی است. اسیدهای مذکور در اثر تجزیة مواد آلیِ موجود در آب حاصل می‌شوند. اغلب روش‌های متداول برای تصفیة آب قادر به جداسازی مواد فوق نیستند، لیکن با استفاده از غشاهای نانو می‌توان تا 99 درصد این‌گونه مواد را به‌سهولت از آب جدا کرد‌.

خالص‌سازی الکل‌های سبک با استفاده از نانوفیلترها

الکل‌‌هایی مانند اتانول و متانول به عنوان حلال یا مادة پاک‌کننده به‌وفور در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد در حین مصرف مقادیر زیادی از ناخالصی‌های مختلف را به خود جذب می‌کنند. با توجه به اینکه دور ریختن آنها پس از مصرف، اثرات زیان‌باری بر محیط زیست دارد، باید برای استفادة مجدد تصفیه شوند. روش‌های متداول از قبیل تقطیر، ضمن آلوده کردن محیط زیست، انرژی زیادی را تلف می‌کنند. استفاده از نانوفیلترها گام مؤثری در حفاظت از محیط زیست و صرفه‌جویی در مصرف انرژی است.

    ادامه دارد...