اهمیت کاربرد نانو در صنعت آب

آب یکی از ضروری ترین عناصر حیات بر روی زمین است و اگرچه بیش از 70 درصد از سطح کره 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 آب های زیرزمینی 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 از کل آب های کره زمین به سادگی در دسترس انسان قرار دارد.
در دسترس بودن آب سالم و پاک یکی از مهم ترین مسایل پیش روی بشر می باشد و به تدریج که مقدار مصرف آب بیشتر می شود، مواد آلاینده نیز به طرق مختلف باعث آلوده کردن منابع آبی می گردند و این مساله در آینده بحرانی تر خواهد شد. مجمع عمومی سازمان ملل متحد به منظور افزایش آگاهی و ترغیب، جهت اداره 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 مهم ترین گام در برطرف کردن دشواری تامین این بنیادی ترین عنصر زندگی مردم باشد.
امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساخت های ضعیف خالص سازی آب، به آب بهداشتی دسترسی ندارند. حدود یک میلیارد نفر به منابع آبی دسترسی ندارند. روزانه 5000 کودک به علت مبتلا شدن به امراض ناشی از مصرف آب غیربهداشتی می میرند.
تمام تلاش محققین این است که با کمک روش ها و فناوری های جدید بتوانند این مشکلات را کاهش دهند. یکی از این فناوری ها، فناوری نانو است.

کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب
فناوری 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 مستثنی نیست و در بخش های مختلف آن، شامل ساخت سد ها، حفاظت خطوط لوله انتقال آب، تصفیه آب و پساب، شیرین سازی آب و غیره، فناوری نانو کاربرد یافته است.
مهم ترین کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب عبارتند از:
1- استفاده از ذرات نانو ساختار در تصفیه آلاینده ها
2- رنگ زدایی از آب آشامیدنی
3- نمک زدایی از آب
4- نانو پوشش ها
5- نانو لوله ها جاذب گازهای سمی
6- نانو پلیمرهای متخلخل
7- استفاده از نانو ذرات در تصفیه پساب ها
8- نانوفیلترها
9- حذف آرسنیک موجود در آب با استفاده از فناوری نانو
بررسی فعالیت های پژوهشی در سطح دنیا نشان می دهد که تصفیه آب یکی از مهم ترین زمینه های کاربرد فناوری نانو در صنعت آب است و با بهره گیری از آن، هزینه های تصفیه آب به میزان قابل توجهی کاهش خواهد یافت. استفاده از فیلتر های نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب در سیستم های موجود و کاربرد نانو حسگرهای زیستی برای تشخیص سریع و کامل آلودگی آب از مهم ترین موارد کاربرد نانو فناوری در صنعت آب و فاضلاب است. فناوری نانو با روش های زیر می تواند در تهیه آب تمیز کمک کند:
1- غشاهای فیلتراسیون نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب
2- روش های سازگار با محیط زیست جهت تصفیه آب های زیرزمینی به وسیله اجزای معدنی و آلی
3- نانو مواد برای بهبود کارایی فرایندهای فتوکاتالیستی و شیمیایی
4- نانو حسگرهای زیستی جهت تشخیص سریع آلودگی آب

نانوفیلتراسیون
روش نانوفیلترسیون طی چند سال گذشته رونق گرفته است. فیلترهای فیزیکی با منافذی در حد نانومتر می توانند باکتری ها، ویروس ها و حتی واحدهای کوچک پروتئینی را به صورت کامل و صد در صد غربال کنند؛ همچنین با استفاده از جدا کننده های الکتریکی که به وسیله صفحات ابرخازن یون ها را جذب می کنند، می توان نمک و مواد سنگین را نیز از آب جدا کرد. در نانوفیلتراسیون جداسازی بر اساس اندازه مولکول صورت می گیرد و فرآیندی فشاری است. اساسا این روش جهت حذف اجزای آلی نظیر آلوده کننده های میکرونی و یونی های چند ظرفیتی می باشد. از دیگر کاربردهای نانوفیلترسیون می توان به حذف موادشیمیایی که به منظور کشتن موجودات مضر به آب اضافه شده اند، حذف فلزات سنگین، تصفیه آب های مصرفی، رنگ زدایی و حذف آلوده کننده و حذف نیترات ها اشاره کرد. نانو فیلترسیون می تواند تقریبا از هر منبع آبی، آب پاک به وجود آورد و تمام باکتری های موجود در آب را حذف کند. در ضمن امکان استفاده آسان از روش های تصفیه را انجام می دهد. با استفاده از نانوفیلترها، مواد معدنی موردنیاز برای سلامت انسان در آب باقی می ماند و مواد سمی و مضر از آن حذف می شود.
دانشمندان و محققان به روش ساده ای برای تولید فیلترها با استفاده از نانو لوله های کربنی دست یافته اند که علاوه بر حذف موثر آلاینده ها در مقیاس نانو و میکرو از منابع آب می تواند هیدروکربن های سنگین را نیز از نفت خام جدا کند. استفاده از نانولوله های کربنی در ساخت فیلترها سبب سهولت در پاکسازی، افزایش استحکام، قابلیت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما شود. این فیلترها از دقت بسیار زیادی برخوردارند و می توانند ویروس هایی به اندازه 25 نانومتر را به خوبی عوامل بیماری زای بزرگ تر مانند باکتری ای-کولای از آب حذف کنند. کاهش هزینه ها و همچنین کنترل مقدار آلاینده ها در آب تصفیه شده از دیگر مزایای کاربرد این روش به شمار می آید.

نانوحسگرها
اگرچه حسگرهای مختلفی برای آشکار نمودن آلودگی ها و مواد آلوده وجود دارند ولی فناوری 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. نانو حسگرها شامل نانوحسگرهای زیستی و نانوحسگرهای شیمیایی می باشند. نانوحسگرهای زیستی در تصفیه آب و محیط زیست کاربرد دارند و می توانند انواع عوامل بیماری را شامل مقادیر بسیار اندک میکروب ها و سموم حاصل از آنها را در حد ppb شناسایی کنند. نانوحسگرهای شیمیایی در تصفیه آب و پساب های صنعتی کاربرد دارند و می توانند انواع ترکیبات شیمیایی و یون ها را شامل مقادیر بسیار کم انواع آلوده کننده های موجود در آب به طور پیوسته و با سرعت زیاد در حد ppb و همچنین مقادیر خیلی کم یون های سنگین مانند سرب و آرسنیک (تغییر رنگ) را شناسایی کنند.

شیرین کننده هایی از جنس غشای نانومتری
محققان توانسته اند غشاهایی از نانو لوله های کربنی بسازند که به کمک آن جداسازی گاز و مایع با کمترین هزینه امکان پذیر خواهد شد. امروزه بیشتر غشاها از مواد پلیمری ساخته می شوند که در دمای بالا مشکلاتی را به وجود می آورند. در این نوع غشاها نمی توان توازن مناسبی را میان ورودی غشا و قابلیت انتخاب آن برقرار کرد. استفاده از نانو لوله های کربنی امکان انتخاب پذیری مناسب در ورودی های بالا را فراهم می کند. غشاهای جدید با حفره های کوچک تر و متراکم تر و همچنین امکان عبور شدت جریان زیاد از هر حفره، از نظر گذردهی آب و هوا نسبت به غشاهای دیگر بسیار موثرتر هستند و کاربردهای فراوانی در تصفیه آب دارند. از روش جداسازی غشایی، در شیرین سازی آب استفاده می شود. در این روش آب شور داغ را روی ورقه نازکی از غشای دارای حفرات ریز موسوم به نانو حفره می ریزند. این حفره ها آنقدر کوچک هستند که فقط بخار می تواند از آنها عبور کند و آب، مایع، نمک ها و مواد معدنی دیگر در پشت غشا باقی می مانند. در طرف دیگر غشا محفظه هایی از آب سرد قرار دارد که بخار با عبور از آن دوباره به مایع تبدیل می شود.

 

خدمات و محصولات صنعتی

 الکتروپمپ