www.ind.clinicab.ir

فن آوری نانو و کاربردهای آن در صنعت تصفیه آب

چکیده

استفاده از فن آوریهای نوین به خصوص فن آوری نانو در راستای کاهش اثرات سوء آلودگیهای زیست محیطی، به عنوان یکی از راهکارهای مدیریتی مطرح می باشد. یکی از مواردی که این فنآوری کاربرد خود را نمایان می سازد در ارتباط با منابع آب می باشد که در نظر گرفتن چالشهای پیش رو ضرورت استفاده از آن را پر رنگتر نموده است.فقدان دسترسی به آب تمیز و بهداشتی در کشورهای در حال توسعه ، اولویت توسعه فن آوری نانو را مطرح می کند. هواداران فنآوری نانو اظهار می دارند که مواد با پایه فن آوری نانو می توانند به فن آوریهای تصفیه آب ارزان قیمت تر، بادوام تر و مؤثرتری منجر شوند که نیازهای کشورهای در حال توسعه را برآورده م یسازند. تعدادی از روشها و دستگاههای تصفیه آب که با موادی در مقیاس نانو کار می کنند ، اکنون بصورت تجاری در دسترس هستند و بقیه در حال توسعه می باشند. این فرآوردها با پایه فن آورینانو شامل فیلترهای آب، غشاهای فیلتراسیون(تصفیه)، کاتالیزورها و ذرات نانو برای اصلاح آبهای سطحی می باشند.

مقدمه

آب یکی از ضروریترین عناصر حیات بر روی زمین است و اگر چه بیش از 70 درصد از سطح کرة زمین با آب پوشیده شده است اما کمتر از 3 درصد از آن آب شیرین می باشد. از این مقدار 79 درصد به قله های یخی تعلق دارد، 20 درصد آن آبهای زیر زمینی است که به راحتی قابل دسترسی نمی باشد و فقط 1 درصد آن شامل دریاچه ها و رودخانه ها و چاه ها می باشد که به راحتی به دست می آید. در مجموع در هر زمان تنها یک ده هزارم ازکل آبهای کره زمین به سادگی در دسترس انسان قرار دارد. در دسترس بودن آب سالم و پاک یکی از مهمترین مسائل پیش روی بشر می باشد و به تدریج که مقدار مصرف آب بیشتر می شود مواد آلاینده نیز به روشهای گوناگون باعث آلوده کردن منابع آبی می گردند و این مسأله در آینده بحرانی تر خواهد شد.

مجمع عمومی سازمان ملل متحد به منظور افزایش آگاهی و ترغیب، برای ادارهی بهتر امور مربوط به آب و حراست بهتر از این منبع حیاتی، سال 2003 را سال بین المللی آب شیرین اعلام نمود. پذیرش حق برخورداری از آب به عنوان یک حق برای بشر ممکن است مهمترین گام در بر طرف کردن دشواری، تأمین این بنیادیترین عنصر زندگی مردم باشد.

 اهمیت کاربرد فن آوری نانو در صنعت آب

فن آوری نانو طی مدت کوتاهی که از ظهور آن می گذرد کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون یافته است. در نتیجه صنعت آب، به عنوان یکی از پایه های حیات، از این مساله جدا نمی باشد و در بخشهای گوناگون آن، شامل ساخت سدها، حفاظت خطوط لوله انتقال آب، تصفیه آب و پساب، شیرین سازی آب و غیره، فنآوری نانو کاربرد یافته است.

امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساختهای ضعیف خالص سازی آب، به آب بهداشتی دسترسی ندارند. حدود یک میلیارد نفر به منابع آبی دسترسی ندارند. روزانه 5000 کودک به علت مبتل شدن به امراض ناشی از مصرف آب غیر بهداشتی می میرند. تمام تلاش پژوهشگران این است که با کمک روشها و فن آوریهای جدید بتوانند این مشکلها را کاهش دهند. یکی از این فن آوریها، فن آوری نانو است. در مجموع کاربردهای متعددی را می توان در زمینه استفاده از فن آوری نانو متصور بود که اهم آنها در ذیل آمده است:

1-  استفاده از ذرات نانو ساختار در تصفیه آلایندهها

2-  رنگ زدایی از آب آشامیدنی

3-  نمک زدایی از آب

4- نانو پوششها

5- نانو لوله های جاذب گازهای سمی

6-  نانو بسپارهای متخلخل

7-  استفاده از نانو ذرات در تصفیه پس آبها

8-  صافیهای نانو

9-  حذف آرسنیک موجود در آب با استفاده از فنآوری نانو

در ادامه نگاهی به کاربرد های این فن آوری در صنعت آب خواهیم داشت.

برخی کابردهای فن آوری نانو درعرصه صنعت آب

فن آوری نانو با روشهای زیر می تواند در تهیه آب تمیز کمک کند؛

1. غشاهای صاف کننده نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب

2. روشهای سازگار با محیط زیست جهت تصفیهی آبهای زیر زمینی به وسیله اجزای معدنی و آلی

3. نانو مواد برای بهبود کارایی فرایندهای فتو کاتالیستی و شیمیایی

4. نانو حسگرهای زیستی برای تشخیص سریع آلودگی آب

در ادامه برخی موارد فوق توضیح داده می شود.

تصفیه کنندهای نانویی

صافیهای نانو: یکی دیگر از کاربردهای مهم فناوری نانو در محیط زیست، استفاده از صافیهای نانویی در تصفیه آب و تصفیه پساب است. صافیهای نانو می تواند تقریباً از هر منبع آبی، آب پاک به وجود آورد و تمام باکتر یهای موجود در آب را حذف کند. غشای مورد استفاده در فرایند تصفیه کنندهای نانویی معمولا مولکول های بزرگ را دفع می کند و در مقایسه با روش های دیگر قادراست 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. از دیگر کاربردهای تصفیه کننده های نانویی می توان به حذف مواد شیمیایی که به منظورکشتن موجودات مضر به آب اضافه شده اند، حذف فلزات سنگین، تصفیه آبهای مصرفی، رنگ زدایی و حذف آلوده کنندهها و حذف نیتراتها اشاره کرد. نظر به این که در فرایند تصفیه کنندهای نانویی 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 روش نانوفیلتراسیون طی چند سال گذشته رونق گرفته است.

در تصفیه کننده های نانویی جدا سازی براساس اندازه مولکول صورت می گیرد و فرآیندی فشاری است.در ضمن امکان استفادهی آسان از روشهای تصفیه را برای عموم فراهم میکند و بدون عمل شیمیایی تصفیه را انجام می دهد.

استفاده از نانو لوله های کربنی

نانولوله های کربنی لوله هایی در اندازه نانو از جنس کربن می توانند به طور یکنواخت ردیف شوند تا غشاهای دارای منافذ با مقیاس نانو تشکیل دهند. این غشاها م ی توانند آلایند هها را حذف نمایند. منافذ با مقیاس نانویی این صافیها نسبت به فنآوریهای تصفیه دیگر، انتخابی تر عمل می کنند. نانولوله های کربنی، مساحت سطح بالا، نفوذپذیری بالا و پایداری مکانیکی و گرمایی خوبی دار ند.نانو لوله های کربنی یکی از سفت ترین مواد به شمار می آیند و در عین استحکام بالا بسیار انعطاف پذیر

هستند. مقاومت یک نانو لوله نسبت به وزنش 500 برابر آلومینیوم است. نانو لوله ها مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی داشته و از پایداری گرمایی بالایی برخوردارند. نانو لول ههای کربنی از لحاظ کاتالیزگری فعال می باشند

نانو لوله ها خاصیت مویینگی بالایی دارند و می توانند گازها و مایعات را در خود جای دهند .

غشاهای نانولوله های کربنی می توانند به وسیله پوشاندن یک کاغذ سیلیکونی یا ذرات نانوی کاتالیزور فلزی ساخته شوند که سبب ایجاد نانو لوله های کربنی می شود که بصورت عمودی ردیف شده و بصورت فشرده بسته بندی می شوند . سپس، فضاهای بین نانوتیوبهای کربنی می توانند با مواد سرامیکی پر شوند تا پایداری غشا را افزایش دهند.

نانوبسپارهای متخلخل

هنگامی که آلاینده های آلی آب گریز از طریق آب وارد خاک می شوند، به راحتی توسط ذرات جامد غیرمحلول در آب جذب و از آب جدا می شوند. پدیده جذب و دفع اینگونه آلاینده ها 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 گوناگون خاک برای جذب این ذرات بستگی دارد.

هنگامی که بیش از یک مولکول آب گریز در محیط وجود داشته باشد، مولکول های آلاینده به جسمی متصل می شوند که از لحاظ شیمیایی بیشترین شباهت را به آنها داشته باشد. به همین دلیل نانو بسپار های متخلخل که شباهت زیادی به مولکول های مواد آلاینده دارند، مناسب ترین وسیله برای جداسازی این نوع آلاینده های آلی از آب و خاک بشمار می روند. به طور کلی کاربردهای زیست محیطی این نانوساختارها عبارتند از:

1-  جداسازی آلاینده های آلی از آب آشامیدنی.

2-  تصفیه پساب های واحدهای صنعتی مانند نیروگاه های هسته ای برای استفاده مجدد از آنها.

3-  پاکسازی منابع آبی آلوده شده به مواد نفتی.

4-  پاکسازی منابع آب زیرزمینی از آلاینده های آلی.

باتوجه به این که نانوبسپارهای متخلخل به کرات مورد استفاده قرار می گیرند، بنابراین هزینه های تصفیه به مراتب کمتر می شود.

نانو حسگرها

اگر چه حسگرهای گوناگونی برای آشکار نمودن آلودگی ها و مواد آلوده وجود دارند ولی فن آوری نانو امکان ایجاد نسل های جدیدی از حسگرهای با توانایی بالا را فراهم می نماید که مواد آلاینده در مقادیر و غلظت های کم را آشکار می نمایند.

رنگ زدایی از آب آشامیدنی

رنگ موجود در آب آشامیدنی نه تنها به خاطر ظاهر آن باید از آب زدوده شود، بلکه چون این رنگ ها می توانند

منشأ تولید تری هالو متان 1 نیز باشند، خطرناک محسوب می شوند. این ماده هنگام ترکیب با کلر موجب تشکیل

کلروفرم و دیگر ترکیبات هالوژنة مضر و سرطان زا می شود . رنگ موجود در آب طبیعی معمولاً ناشی از وجو د

اسیدهای معدنی با جرم مولکولی 800 تا 50000 گرم بر مول است . اسیدهای مذکور در اثر تجزیة مواد آلیِ

موجود در آب حاصل می شوند. اغلب روش های متداول برای تصفیة آب قادر به جداسازی مواد فوق نیستند، لیکن

با استفاده از غشاهای نانو می توان تا 99 درصد این گونه مواد را به سهولت از آب جدا کرد .

جمع بندی

در آینده ایران جزء کشورهایی خواهد بود که بحران مصرف بالا و کم آبی را به دلیل افزایش جمعیت شهر نشین وخشکسالى سالهاى گذشته حدود 200 هکتار از باغها، بیش از 10 هزار هکتار از محصول چاى و 2 هزار هکتار از باغهاى موز سیستان و بلوچستان و باغهاى کوهپایه آسیب جدى دید. استخراج بى رویه از آبهاى زیرزمینى و سفرههاى آبدار زیرزمین در شرایط کنونى یک موقعیت بحرانى دارد. درحال حاضر از 612 دشت کشور، 150 دشت جزو مناطق ممنوعه و بحرانى است.

با قبول این وضعیت، بخش بزرگى از مزارع در محدوده کویر قرار مىگیرد و مشخص مىشود خشکسالى یک واقعیت طبیعى و اقلیمى در کشور است. جمعیت کشور ما حدود یک درصد جمعیت جهان است ولى سهم ما از کل منابع آب شیرین در دنیا 36 صدم درصد است. کشورهاى دیگر دنیا از 45 درصد منابع آب مطلوب خود استفاده مى کنند. در کشور ما 66 درصد آب مصرف مىشود. بیش از 50 درصد ذخایر آب شیرین کشور، وابسته به منابع آبهاى زیرزمینى است که درحقیقت ما باید این منابع زیرزمینى را براى سالهاى خشکسالى نگهدارى می کردیم.

کارشناسان یکى از دلایل این بحران را ایجاد شهرکها و گسترش بى رویه و برنامه ریزى نشده شهرها مىدانند. از سویى ما در اقلیم خشک و کم آب قرار داریم. از سویى هم کره زمین درحال گرم شدن است و پدیده ال نینو 1 به گرم شدن هوا در این نقطه از جهان کمک کرده است. بنابراین با نگاهی به مشکلات تأمین آب در ایران و نیاز مبرم کشور به منابع جدید، می توان از فن آوریهای نوین در این راه بهره جست.

این مهم در سایه انجام نیاز سنجی و مطالعه دقیق اولیه تحقق می یابد. با توجه به اینکه در سالهای اخیر، ایران در حال اوجگیری در زمینه پژوهشهای نانو است، عقلانی به نظر می رسد که در سمت و سوی برنامه های کلان آب در کشور از فن آوری نانو به عنوان یک پشتیبان قوی استفاده گردد. آنچه از توانمندی های فناوری نانو ارائه شد به این معنی است که می توان از این روش ها برای حفظ محیط زیست در آینده ای نه چندان دور استفاده کرد و در کنار استفاده از منابع طبیعی با کمک فناوری های پیشرفته بتوان به تعاملی پایدار با طبیعت رسید.

منبع: www.IrChe.com

---

کلینیک تصفیه آب صنعتی ایران ارائه دهنده خدمات تصفیه آب و تصفیه پساب مفتخر به ارائه سیستم های تبادل یونی رزینی,فیلتراسیون پیشرفتهUFوNF, اسمز معکوسRO, الکترودیونیزاسیونEDI, سختی گیر ها و فیلتر های کربنی, سیستم های ضد عفونی کننده آب, مواد شیمیایی تصفیه آب, تجهیزات واتصالات و.. در صنایع مختلف است.

جهت کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.