کاربردهای فناوری نانو در تصفیه آب

 

 

 

این گزارش مروری بر انواع کاربردهای فناوری‌نانو در تصفیه آب است و براینشان دادن هر یک از آنها، به مثال‌های ویژه‌ای از نوآوری‌های فناوری‌نانواشاره می‌شود. باید توجه داشت که در حوزه فناوری‌نانو محصولات و روش‌هایبسیار دیگری توسعه یافته، یا می‌توانند موجود باشند و اینکه بسیاری ازاطلاعات موجود درباره این مثال‌ها مبتنی بر اطلاعاتی است که تولیدکنندگانمنتشر کرده‌اند. از آن جایی که این محصولات هنوز در بازار موجود نبوده، یامدت زیادی از حضورشان در بازار نمی‌گذرد، مطالعات پراکنده‌ای نسبت بهعملکرد آنها در حال انجام است. این متن به اطلاعات موجود درباره خطراتناشی از این فناوری برای سلامت بشر یا محیط‌زیست اشاره ندارد؛ چرا که اینموضوع نیازمند بحث جداگانه‌ای است

.
1.
فناوری‌نانولوله‌های کربنی

 


1-1.
غشاهای نانولوله‌‌ای


نانولوله‌هایکربنی می‌توانند برای تشکیل غشاهایی با تخلخل نانومتری و دارای قابلیتجداسازی آلودگی‌ها، به طور یکنواخت هم‌راستا شوند. تخلخل‌های نانومترینانولوله‌ها این فیلترها را از دیگر فناوری‌های فیلتراسیون بسیارانتخاب‌پذیرتر نموده است. همچنین نانولوله‌های کربنی دارای سطح ویژه بسیاربالا، نفوذپذیری زیاد و پایداری حرارتی و مکانیکی خوبی هستند. اگر چهچندین روش برای سنتز نانولوله‌های کربنی استفاده شده است، غشاهاینانولوله‌ای می‌توانند به وسیله پوشش‌دهی یک ویفر سیلیکونی با نانوذراتفلزی به عنوان کاتالیست، که موجب رشد عمودی و فشردگی بسیار زیادنانولوله‌های کربنی می‌شود، سنتز شوند و پس از آن برای افزایش پایداری،فضای بین‌ نانولوله‌های کربنی را با مواد سرامیکی پر نمود

.
حذف آلودگی‌ها
مطالعاتآزمایشگاهی نشان می‌دهد که غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند تقریباً همهانواع آلودگی‌های آب را حذف کنند؛ این آلودگی شامل باکتری، ویروس، ترکیباتآلی و تیرگی است. همچنین این غشاها نویدی برای فرایند نمک‌زدایی وگزینه‌ای برای غشاهای اسمز معکوس هستند.
مقدار تصفیه آب
اگر چهتخلخل نانولوله‌های کربنی به طور قابل توجهی کوچک است، غشاهای نانولوله‌اینشان داده‌اند که به خاطر سطح داخلی صاف نانولوله‌ها، شدت جریان بیشتر یایکسانی نسبت به تخلخل‌های بسیار بزرگ‌تر دارند

.
هزینه
با توسعهروش‌های جدید و بسیار مؤثر برای تولید نانولوله‌های کربنی، هزینه تولیدغشاهای نانولوله‌‌ای به طور پیوسته کاهش می‌یابد. بر اساس پیش‌بینی‌ برخیمنابع، به دلیل کاهش قیمت نانولوله‌های کربنی، غشاهای نانولوله‌ای بسیارارزان‌تر از سایر غشاهای فیلتراسیون، غشاهای اسمز معکسوس، سرامیک و غشاهایپلیمری خواهد شد. از آن جا که نانولوله‌های کربنی شدت جریان بالایی رانشان می‌دهند، فشار مورد نیاز برای انتقال آب نسبت به فرایند نمک‌زدایی بااسمز معکوس، کاهش می‌یابد و به دلیل این ذخیره انرژی، نمک‌زدایی بااستفاده از فیلترهای نانولوله‌ای بسیار ارزان‌تر از اسمز معکوس خواهد بود. انتظار می‌رود غشاهای نانولوله‌ای بسیار بادوام‌تر از غشاهای متداول باشندو استفاده مجدد از آنها بازدهی فیلتراسیون را کاهش ندهد

.
روش مصرف
غشاهاینانولوله‌ای می‌توانند در گزینه‌های مشابهی به عنوان غشاهایمیکروفیلتراسیون و اولترا فیلتراسیون استفاده شوند. مطالعات نشان می‌دهدکه این مواد بادوام و در برابر گرما مقاومند و تمیز کردن و استفاده مجدداز آنها ساده است و با استفاده از فرایند اولتراسونیک و اتوکلاو درC ْ121در مدت 30 دقیقه تمیز می‌شوند

.
توضیحات تکمیلی
انتظار می‌رود درپنج الی ده سال آینده، شاهد ورود غشاهای نانولوله‌ای نمک‌زا به بازارباشیم. اخیراً محققان برای غلبه بر چالش‌های مرتبط با افزایش مقیاسفناوری، فعالیت‌های تازه‌ای را مدنظر قرار داده‌اند

.
1-2.
نانوغربال‌ها
آزمایشگاه‌هایسلدن (Seldon)، چندین طرح مبتنی بر فیلترهای نانوغربال را توسعه داده‌اند. نانوغربال از نانولوله‌های کربنی جفت‌ شده با یکدیگر تشکیل می‌شود که روییک زیرلایه متخلخل و منعطف قرار گرفته‌اند. و می‌توان برای تشکیل فیلترهایشبه‌کاغذی، آنها را روی یک زیرلایه صاف و یا لوله‌ای قرار داد، با این کارتوانایی پیچیده شده شدن به اطراف هر ساختار استوانه‌ای متداول و یا هرساختار دیگری را به دست می‌آورند، همچنین برای افزایش سطح فیلتر می‌تواننانوغربال‌های مسطح را تا زد. اخیراً در آزمایشگاه‌های مذکور چندین نمونهفیلتر قابل حمل مبتنی بر این فناوری، برای خالص‌سازی آب ساخته شده‌اند؛این فیلترها در اندازه قلم بوده و تحت عنوان ابزارهای فیلتراسیون نی‌مانندبه نام water stick معروف هستند

.
حذف آلودگی‌ها
از نانوغربال‌هامی‌توان در حذف گستره وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی و یا مواد زیستیاستفاده کرد. این فیلتر می‌تواند از چندین لایه نانولوله‌ کربنی ساخته شودکه هر لایه قابلیت حذف نوع متفاوتی از ترکیبات را دارد. نانوغربال‌هایمورد استفاده در Water stick توانایی حذف بیش از 99/99 درصد از باکتری‌ها،ویروس‌ها، کیست‌ها، میکروب‌ها، کپک‌ها، انگل‌ها، و همچنین کاهش قابل توجهآرسنیک و سرب را دارند. نانوغربال‌های چند عملکردی نیز مانند ترکیباتمعدنی اعم از فلزات سنگین، کودها، فاضلاب‌های صنعتی و دیگر مواد می‌توانندترکیبات آلی از قبیل Pesticideها و herbicideها را حذف نمایند. همچنینمی‌توان فیلتر را با یک لایه ضدباکتری برای جلوگیری از تشکیل فیلمبیولوژیکی پوشاند. در حال حاضر آزمایشگاه‌های سلدن مشغول ارتقای اینفناوری برای استفاده از آن در نمک‌زدایی از آب دریا هستند

.
مقدار تصفیه آب
نانوغربال‌هادر مقایسه با دیگر ابزارهای فیلتراسیون که دارای همان اندازه تخلخل هستند،به دلیل خواص انتقال جرم سریع نانولوله‌ها، بدون استفاده از فشار، شدتجریان مناسبی را تأمین می‌کنند. در یک فیلتر نمونه با قطر پنج سانتی‌مترشدت جریان شش لیتر بر ساعت مشاهده شده است. همچنین water stick برای تصفیهیک لیتر آب آلوده در 90 ثانیه طراحی شده است. این فیلتر، در طول عمر مفیدش 200 تا300 لیتر آب تولید می‌کند؛ اگر چه این مقدار می‌تواند با تغییراتپیش از فیلتراسیون افزایش داده شود

.
هزینه
آزمایشگاه‌ سازندهبرای قیمت‌گذاری water stick یک طرح رقابتی را با دیگر فناوری‌های مشابهدر نظر دارد، تا این فناوری برای مردم کشورهای در حال توسعه قابل استفادهباشد

.
روش مصرف
Water stick
که شبیه نی نوشیدنی طراحی شده آب تمیزآشامیدنی تولید می‌کند. اخیراً نمونه‌ای از Water stick به گونه‌ای طراحیشده است که می‌توان وسیله‌ای با فیلتر قابل تعویض را طراحی کرد. علاوه براین هنگامی که عمر مفید این فیلتر به پایان می‌رسد، به طور اتوماتیک جریانرا متوقف می‌‌کند. نانوغربال‌ها توان ترکیب با دیگر ابزارهای فیلتراسیونرا دارند

.
توضیحات تکمیلی
آزمایشگاه‌های سلدن، سیستم تولیدی رابرای تولید نانوغربال‌ها توسعه داده‌اند؛ این سیستم دارای صرفه اقتصادی،ظرفیت تولید 276 متر مربع بر ماه است که هر متر مربع برای 396 فیلتر کافیاست. در حال حاضر پزشکان آفریقایی نمونه‌ای از water stick را مورداستفاده قرار داده‌اند

.
2.
روش‌های دیگر نانوفیلتراسیون
2-1.
فیلتر آلومینای نانولیفی
شرکت Argonide فناوری جاذب‌های نانولیفی را به صورت کارتریج فیلترهای نانوسرامعرضه کرده است. این جاذب‌ها از نانوالیاف آلومینا با بار مثبت روی زیرلایهشیشه‌ای تشکیل شده‌اند. نانوالیاف آلومینا سطح بیشتری نسبت به الیافمتداول داشته و بار مثبت بالایی دارند که باعث جذب سریع‌تر آلودگی‌‌هایباردار منفی از قبیل ویروس‌ها، باکتری‌ها و کلوئیدهای آلی و غیرآلیمی‌شود.


حذف آلودگی‌ها
فیلترهای نانوسرام بیش از 99/99 درصدویروس‌ها، باکتری‌ها، انگل‌ها، ترکیبات آلی طبیعی، DNA و کدری را حذفمی‌کند، همچنین دارای قابلیت جذب 9/99 درصد از نمک‌ها، مواد رادیواکتیو وفلزات سنگین از قبیل کروم، آرسنیک و سرب را هستند، حتی اگر ذرات،نانومقیاس و یا حل شده باشند. فیلترهای نانوسرام در PH بین پنج تا 9 بهترعمل می‌کنند.


مقدار تصفیه آب
شدت جریان فیلترهای نانوسرام بدوناستفاده از فشار حدود یک تا 5/1 لیتر بر ساعت، به ازای هر سانتی‌متر مربعاز فیلتر است. حداکثر فشار چهار bar می‌تواند به فیلتر اعمال شود که منجربه شدت جریان 9 تا ده لیتر بر ساعت به ازای هر سانتی‌متر مربع از فیلترخواهد شد. کارتریج فیلترهای نانوسرام دارای یک طراحی تاخورده است که سطحآنها را افزایش می‌دهد. همچنین طبق گزارش فیلتر به طور متوسط مقاومتعملکردی بالایی نسبت به غشاهای بسیار متخلخل دارد.


هزینه
شرکتآرگوناید (Argonide) هزینه تولید فیلترهای نانوسرام را ارزان اعلام کردهاست؛ چرا که آنها می‌توانند با استفاده از فناوری کاغذسازی تولید شوند. درحال حاضر هر متر مربع فیلتر ده دلار هزینه برمی‌دارد، که ممکن است اینمقدار به سه دلار برسد. کار تریج فیلترها به ازای 20-200 فیلتر، وابسته بهقطر آنها در حدود 37 دلار هزینه دارند. صفحات فیلتر می‌توانند با قرارگرفتن در اطراف لوله‌های فلزی، بین دو فیلتر متداول و یا در یک نگهدارندهمجزا، هزینه نهایی فیلتر را کاهش دهند. فیلترهای نانوسرام به جای جمع‌آوریذرات بسیار ریز بر روی سطح، آنها را جذب می‌کنند؛ بنابراین نسبتاً عمرمفید و طولانی‌تری دارند.


روش مصرف
مطابق با توصیه‌های شرکتآرگوناید، فیلترهای نانوسرام به تصفی

/ 0 نظر / 27 بازدید