گروه نوین عمران  NOVINOMRAN

کاربرد فناوری نانو در تصفیه آب 

کاربرد فناوری نانو در تصفیه آب 

علیرغم اینکه حدود3/2سطح زمین را آب پوشانده است اما

امروزه مسئله بحران آب در جوامع انسانی وجود دارد .با

افزایشجمعیت جهان و نیز مصرف آب آشامیدنی بیشتر از

یک سو و آلوده شدن بخش قابل ملاحظه ای از آب از

سوی دیگر ، منابعآب قابل شرب با شتاب بیشتری

کاهش مییابد. بر اساس پیش­بینی سازمان ملل در سال 5202 حدود 84 کشور ( یعنی 32درصد جمعیت جهان ) دچار کمبود آب آشامیدنی خواهند شد[ .]6 در ارائه راه حل برای

این مسئله ، فناوری نانو در دو عرصه میتواند سودمند باشد.

با تولید نانوکامپوزیت ها و دخل و تصرف در ساختار آنها

برای جداسازی بسیاری از منابع آلایندهآب که به عنوان

نمونه پژوهش های انجام شده در این عرصه حاکی از

حذف فلزات سنگین از جمله جیوه ، سرب و آرسنیک

میباشد.

تولید الکترودهای با مساحت سطحی بسیار بالا که از طریق

کنار هم قرار دادن نانولوله های کربنی و دیگر ابتکارات

طراحی که رسانای الکتریکی شده اند و قادرند نسبت به

تامین آب شرب از دریا با مصرف انرژی کمتر ( به میزان

حداقل 10 برابر کمتر از انرژی دستگاه اسمز معکوس و 001 برابر کمتر از روش تقطیر ) آب دریا را نمک زدایی و

آبشرب لازم را تامین نمایند[ 6]

2-1- حذف آرسنیک

آرسنیک در اثر انحلال مواد معدنی موجود در سنگ ها و

خاک هایی که تحت تاثیر عوامل فرساینده طبیعی قرار

گرفته اند درلایه­های زمین پخش میگردد.این ماده بی بو ، بی مزه و بسیار سمی و سرطان زا میباشد که استفاده دراز مدت از آب آلوده بهĤن باعث ایجاد سرطان های پوستی، لنفاوی ،کلیوی، صفرایی و ریوی میشود .حد مجاز آرسنیک مطابق استاندارد10mg/litWHOمیباشد در حالیکه طبق آمار ، چاه های شخصی بیش از 14 میلیون خانه در آمریکا بیش از حد مجاز ذکر شده آلوده میباشند. بنابراین کاربرد فن اوری های جدید برای حذف این عنصر از آب های آشامیدنی حائز اهمیت است که درزیر بطور مثال به دو نمونه اشاره میشود:

 

اختراع جدید موسوم بهArsenXnp در حقیقتیک رزین

مبادله یونی است که در راستای تکمیل رزینهای انتخابگر

جهت تصفیه آب های زیر زمینی از یونهای نیترات ،پرکلرات و کروم شش ظرفیتی ساخته شدهاست ازمهمترین امتیازات آرسنیک این است که پلیمرهای پایه آن برای دوام و بقا نیاز به شستشو ندارند .به

عبارت دیگر این محصول عمر طولانی و کاربردبسیار

سادهای دارد. این فناوری علاوه بر حذف آرسنیک از آب

آشامیدنی، جهت حذف آرسنیک از پساب های صنایع نیمه

هادیوآب های استفاده شده در برج های خنک کننده نیز

کاربرد دارد[ 7]

درتحقیقات اخیر دانشمندان، برای حذف آرسنیک از آب ازنانو ذرات اکسید روی استفاده شده است زیرا اکسیدروی توده ای نمیتواند آرسنیک را جذب نماید در حالیکه نانو ذرات خواص کاتالیستی و جذبی مفیدی را از خود نشان داده اند.

البته استفاده از آنها به طور صنعتی با مشکلاتی همراه بوده است به نحوی که این مواد در ستون آب یا به سادگی معلق میشوند و یا هر فیلتری را که در مسیر حرکت آنها قرار گرفته باشد مسدود میکنند . بنابراین روش های جدید برای ساخت توده های نانو ذرهای هم اندازه و هم شکل رشته های رزینی را پیدا کرده اند . محققین برای ایجاد این توده ها ، رزین هایتبادل کاتیون را با یون های روی پر کردند ، سپس آنها را سوزاندند:درنتیجه گویهایی از نانو ذرات کروی دی اکسید روی باقابلیت بالای حذف آرسنیک بوجود آمدند. این فرآیند همچنین می تواند برای ایجاد توده های نانو ذرات سولفید فلزی و اکسیدفلزی به منظور استفاده در کاربرد های کاتالیستی ، تصفیه آب و رفع آلودگی ها به کاررود  .

ب – حذف ذرات

نانوفیلتراسیون یکی از کاربردهای مهم فناوری نانو است که امکان جداسازی ذرات را از آب در مقیاس نانو و تولید آب تصفیهشده در حجم انبوه را فراهم میسازد .با استفاده از نانوفیلترها، مواد معدنی لازم برای سلامتی انسان، در آب باقی میماند و موادسمی و مضر از آن حذف میشود. با توجه به این که پنجاه درصد آبهای زیرزمینی و هفتادوهشت درصد آب رودخانهها درمناطق شهری، غیرقابل شرب است، کاربرد این فناوری برای تصفیه آب، طرفداران زیادی دارد. تحقیقات در چین نشان دادهاست که با مصرف آب حاصل از نانوفیلترها در مدت طولانی، شیوع بیماریهای ” قلبی و عروقی ” و ” سرطان ” به ترتیببهمیزان چهل و بیست درصد کاهش یافتهاست[ 9]

فیلترها براساس    اندازه منافذشان به سه دسته میکرو فیلترها ،اولترافیلترها         ونانوفیلترها دسته بندی میشوند. نانوفیلتراسیون در اصل فیلتراسیون با فشار پایینتر از اسمز معکوس است، بنابراین قیمت تمام شده نانوفیلترها و انرژی مصرفی کمتر میباشد.

نوع خاصی از این فیلتر ها که در شرایط نظامی برای حذف

آلودگی های شیمیایی از آب بکار میرود تقریبا مانند قاب باقطر 5 اینچ و ضخامت 1 اینچ است . آب از طریق یک لوله از پایین وارد فیلتر از جنس نانو لوله کربنی و سپس CD نگهدارنده از تصفیه توسط یک لوله دیگر از بالا خارج

میشود . این نانو فیلتر ها قادرند از عبور ذرات کوچک

مولکول های گاز درحملات شیمیایی در جنگ ها ممانعت

نمایند[ 11]

به کمک فناوری جدید در فیلترهای هوشمند، هر مولکول

نسبت به محیط اطراف خود واکنش نشان داده و بامولکولهای دیگر ارتباط برقرار کرده و تبادل اطلاعات مینماید و درمجموع نتیجه دلخواه به دست میآید. تقریباً

حدود %65ازبازار مصرف نانوفیلتراسیون مربوط به شیرین

کردن آب ،%25 مربوط به صنایع غذایی(در تولید لبنیات)

و کمتر از%10 مربوطبه صنایع شیمیایی میباشد[ 2]

2- 2- حذف رنگ

رنگ موجود در آب آشامیدنی نهتنها به خاطر ظاهر آن باید زدوده شود، بلکه چون این رنگها میتوانند منشأ تولید تریهالونیز باشند، خطرناک محسوب میشوند. این ماده هنگام ترکیب با کلر موجب تشکیل کلروفرم و دیگرترکیبات هالوژنه مضر و سرطانزا میشود(مانند متانهاCHCl).رنگ موجود در آب طبیعی معمولاً ناشی از وجود اسیدهای معدنی با جرم مولکولی 800-5000 است. اسیدهای مذکور در اثر تجزیه مواد آلیِ موجود در آب حاصل میشوند. اغلب روشهای متداول برای تصفیه آب قادر به جداسازی مواد فوق نیستند، لیکن با استفاده از غشاهای نانو میتوان تا 99 درصد اینگونه مواد رابه سهولت از آب جدا کرد[ 12]

2- 3- حذف نیترات

در حذف نیترات از نانوذراتآ هن با قطر(متوسط 25 نانومتر)و سطح ویژهnm4 و  استفاده از 50 میلیگرم بر

لیترنانوذراتآهن در طی3 ساعت به 5  محیط آبی ، راندمان

حذف بسیار بالایی داشته به طوری که غلظتهای اولیه به

عنوان پارامتری اساسی، احیاء نیترات را کنترل کرده ودرpH 45میلیگرم بر لیتر رسیده است. در این فرایند باتزریق اسید در طی واکنش در محدوده 4 pH طی3 ساعت تغییری در غلظت نیترات مشاهده نشده است. کنترل pH باعث افزایش سرعت و راندمان واکنش میشود.

2- 4- حذف فلزات سنگین و مواد آلی

نانو ذرات2TiOبرای ساک ید کردن آلاینده های آلی و به

صورت دام های نانو مقیاس برای جذب فلزات سنگین در

مکانهای آلوده مورد استفاده قرار می گیرند . در حالات ذکر شده این ذرات می توانند عامل اکساینده باشند و تولید آب یا دی اکسید2TiOدر   امقیاس نانو برای رفع آلاینده ها ، ویروس ها و مواد کربن کنند. مطالعات اخیر نشان می دهد که ذرات نانو با سطوح مناسب ( لیگاند ها و معرف ها ) می توانند برای جداسازی فلزاتسنگین و برای غیر فعال کردن سطوح آلوده استفاده شوند . بدیهی است که فرآیند های شیمیایی با کارایی بالاتر مواد آلایندهو ضایعات کمتری تولید می کنند[3]

کاربرد فناوری نانو در تصفیه فاضلاب های شهری و

صنعتی با توجه به مسأله بحران آب که امروزه یکی از

مشکلات اساسی اکثر کشورهای توسعه یافته و در حال

توسعه است، بی شک باتوجهی دوباره به منابع آب آلوده

شده، میتوان به مقابله با این بحران پرداخت. تصفیه فاضلاب های خانگی و نیز پساب هایصنعتی از دیرباز مورد توجه بشر قرار گرفته است ولی آنچه که فناوری نانو می تواند در اختیار قرار دهد، بهبود کیفیت فاضلابتصفیه شده برای استفاده مجدد در کشاورزی، کشت آبی، مصارف صنعتی یا حتی شرب و شستشو می باشد. البته در زمینه پیشگیری و تشخیص آلودگی به کمک فناوری نانو نیز تحقیقاتی به عمل آمده که در زیر بطور خلاصه به ان اشاره میشود:  ردیابی و ارزیابی آلودگی-نانو تیوب های کربنی، ساختار های حلقوی توخالی متشکل از اتم های کربن هستند که می توانند به شکل یکیاچند دیواره آرایش یابند و دارای خواص فلزی یا شبه رسانایی نیز باشند. تحقیقات و پیشرفت های وسیعی در سطح جهانبرایشناسایی کاربردهای نانو تیوب های کربنی برای مصارف صنعتی در حال انجام است و اخیراً قابلیت استفاده از آنها درکاربردهای زیست محیطی نیزمطرح شده است[ 41 ]. نانو تیوپ های کربنی را میتوان برای ردیابی آلودگی و نیز ارزیابی احتمالی آلایندههای آبی وجمع آوری و ارائه اطلاعات مربوط به آلاینده­های محیط زیست به کار برد. از آنجا که نانو تیوپ ها مولکول­های غیرقطبی کربن خالص میباشند ،با حل شدن در بعضی حلال های آلی میتوانندبه راحتی عملکردی متفاوت جهت جفت کردن واکنش وحلالیت آلاینده مشخص، تغییر حالت پیدا کنند و در نتیجه عمل ردیابی آلودگیرا امکانپذیر سازند[   [15

– حذف آلاینده های آلی با استفاده از نانو ذرات2TiO

از مهمترین کاتالیستهایی هستند که برای حذف آلودگیهای

ناشی از مواد آلی موجود در آب های آلوده بهمواد نفتی و

نیز پساب های صنعتی کاربرد دارند. بدینترتیب که نانو

ذرات2TiOرازیر لایه­های مناسبی پوشش میدهند و در

حوضچه­هایی تحت تابش نور فرابنفش قرار میدهند. در اثر

تابش نور فرابنفش، ماده خاصیت اکسید کنندگی پیدا کرده و مواد آلی را به آب و دی اکسید کربن تبدیل و برخی

اسیدهای معدنی را تجزیه میکند .با توجه به آزمایشات به

عمل آمده ،پساب آلوده به مواد آلی نفتی بعد از 7 روز کاملاً تجزیه شده است .البته برای بهبود اثربخشی میتوان از نانو ذرات اکسید تیتانیم نیز استفاده کرد که براثر این تلقیح عمل اکسایش تحت تابشهایی با طول موج بلندتر و بطور ویژه در Er و Fe ازناحیه قابل مرئی انجام میشود

باصری

6,384 دیدگاه

  1. Hello, i read your blog from time to time and i
    own a similar one and i was just curious if you get a lot of spam feedback?
    If so how do you reduce it, any plugin or anything you can recommend?
    I get so much lately it’s driving me mad so any support is very much
    appreciated.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *