نانو مواد، موادی هستند که در مقیاس نانو (۱ تا ۱۰۰ نانومتر) خواصی را نشان دهند که در مقیاسهای میکرو یا ماکرو مشاهده نمیشود. نانوتکنولوژی در بسیاری از کاربردها در زمینههای مختلف نویدبخش بوده است، اما اخیرا کاربرد فناوری نانو در تصفیه فاضلاب و آب به عنوان یک حوزه در حال توسعه و امیدبخش ظهور کرده است. این مواد راهحلهای امیدوارکنندهای برای منابع آبی آلوده به ترکیبات آلی و معدنی، یونهای فلزات سنگین و میکروارگانیسمها ارائه میدهند. بنابراین، به کارگیری فناوري هاي نو براي بر طرف کردن مشكلاتي كه به علت پيـشرفت صنايع باعث آلودگي محيط مي شوند، بسیار لازم و ضروري است.
پیشرفتهای اخیر به طور قوی نشان میدهند که بسیاری از مشکلات فعلی در زمینه تصفیه آب و فاضلاب میتوانند با استفاده از فـناوري نانـو مانند نانوفتوكاتاليـست ها، غشاهای تقویت شده نانو، نانو جذب کننده ها و نانو سنسورها حل شوند یا به طور بالقوه برطرف شوند که در ادامه به توضیح هر یک پرداخته میشود. یکی از مهمترین مزایای نانو مواد در مقایسه با فناوریهای سنتی تصفیه آب و فاضلاب، توانایی آنها در ترکیب ویژگیهای مختلف است که منجر به سیستمهای چند کاره میشود، مانند غشاهای نانو کامپوزیتی که هم امکان نگهداری ذرات و هم حذف آلایندهها را فراهم میکنند.
منظور از کاربرد فناوری نانو در تصفیه فاضلاب و آب چیست؟
منظور بهره گیری از موادی است که در مقیاس نانو برای بهبود عملکرد تصفیه آب و فاضلاب مورد استفاده قرار میگیرند. این فناوری یک راهکار نوآورانه و بسیار موثر برای حذف فلزات سنگین، میکروارگانیسم ها و مواد شیمیایی از آب و فاضلاب میباشد. این فناوری دارای مزایایی از جمله تسریع عمل تصفیه، بهبود کیفیت تصفیه و همچنین داشتن نفوذپذیری بالا و مقاوم به گرفتگی می باشد. این فناوری نانو، به دليل توانایی بالای خود در تعيين و كنترل محدوده گسترده ای از منابع آلوده كننده تاثير بسزایی در ايجاد و رفع مسائل زيست محيطي دارد.
1. نانوجذب کننده ها
نانوجاذبها در مقیاس نانو، رویکرد نوظهور برای حذف آلاینده ها از آب و فاضلاب هستند. مساحت سطح بالا، ساختار متخلخل، ویژگی های شیمیایی خاص و کاهش زمان جذب از ویژگی های نانو جاذب ها هستند. حذف فلزات سنگینی مانند سرب (Pb)، کادمیوم (Cd)، جیوه (Hg) و آرسنیک (As)، حذف آلاینده ها، حذف باکتری ها و میکروارگانیسم ها و حذف رنگ ها و مواد شیمیایی سمی از کاربرد های نانو جذب کننده ها در تصفیه آب و فاضلاب می باشد.
نانو جاذب ها به طور کلی به گروه های مختلفی تقسیم بندی میشوند که در ادامه به توضیح تعدادی از آن ها پرداخته میشود:
- نانو ذرات فلزی: نانو ذرات فلزی مانند نقره، مس و طلا به دلیل ویژگی های سطحیشان، معمولا در تصفیه آب و فاضلاب برای حذف آلاینده های سمی و فلزات سنگین استفاده میشوند.
- نانو ذرات کربنی: مساحت سطح بالای نانو ذرات کربنی مانند نانولوله های کربنی(CNTs) و گرافن سبب حذف آلودگی های آلی، سموم و حتی آلاینده های رادیواکتیو از آب های آلوده و فاضلاب میشوند.
- نانو کامپوزیت ها: ترکیباتی هستند که در آن ها یک یا چند فاز نانومتری در ماتریس اصلی ( مثل پلیمرها، فلزات یا سرامیک ها) پراکنده شده اند. نانوکامپوزیت ها توانایی حذف آلاینده های متفاوتی از جمله فلزات سنگین، مواد آلی و پاتوژن ها از آب و فاضلاب را به دلیل دارا بودن ویژگی هایی خاص مانند سطح ویژه بالا و ظرفیت جذب زیاد، دارند.
- نانوجاذب های زیستی: این گروه از نانو جاذب ها از مواد زیستی مانند سلولز یا پروتئین تشکیل شده اند برای جذب مواد آلی و سمی استفاده میشوند.
برای تصفیه فاضلاب به صفحه پکیج تصفیه فاضلاب شرکت پاک پساب اقلیم حتما سر بزنید.
2. غشاهای تقویتشده نانو
این غشاها حاصل ترکیب یک ماتریس غشایی با نانوکامپوزیت ها هستند نانو ذراتی مانند کربن، اکسید فلزی و سیلیکاتها به غشاهای نانو تقویت شده افزوده میشوند. این غشاها به منظور بهبود عملکرد آن ها در فرآیندهای جداسازی و تصفیه تقویت می شوند. افزایش سطح خاص، بهبود خواص مکانیکی، افزایش نفوذ پذیری، مقاومت شیمیایی و حرارتی و پایداری طولانی تر از ویژگی های این غشاهای تقویت شده میباشد. انواع مختلفی از غشاهای تقویت شده در ادامه مورد بررسی قرار گرفته است:
- غشاهای نانو کامپوزیتی سرامیکی: در این نوع از غشاها، ماتریس اصلی مواد سرامیکی هستند که با مواد نانو تقویت میشوند این نوع غشا ها مناسب برای تصفیه آب های صنعتی و همچنین صنایع پتروشیمی میباشند. این مواد مقاومت بسیار بالایی در برابر دما و مواد شیمیایی دارد.
- غشاهای گرافنی: این غشاها از گرافن به عنوان ماده ماتریس اصلی استفاده میکنند. گرافن دارای ساختار دو بعدی است و به دلیل نفوذ پذیری بسیار بالا، مقاوم به گرفتگی و آلودگی و هدایت الکتریکی بسیار بالا در این غشا ها مورد استفاده قرار میگیرد.
- غشاهای تقویت شده با نانو ذرات سیلیکا: این دسته از نانو ذرات ها دارای ساختاری شفاف هستند و مقاوم در برابر مواد شیمیایی و دما میباشند. در فرآیندهای تصفیه آب، تصفیه گاز و جدا کردن مولکول های خاص مورد استفاده قرار می گیرند.
مقاله پیشنهادی: تصفیه فاضلاب به روش MBR
3. نانو فوتوکاتالیستها
فرآیند فوتوکالیستی، فرآیندی است که در آن از نور برای فعال سازی ماده ای که سرعت واکنش شیمیایی را افزایش میدهد، استفاده میشود. در اینجا نیز خود آن ماده از ابتدا تا انتهای واکنش بدون تغییر مانده و مصرف نمیشود و بنابراین فوتوکاتالیزور ماده ای است که می تواند نرخ واکنش شیمیایی را به کمک تابش نور اطلاح کند. سطح فعال بالا، کارایی بیشتر، قابلیت استفاده در نور مرئی، کاهش استفاده از مواد شیمیایی از مزایای نانوفوتو کاتالیست ها می باشند. نانوفوتوکالیست ها به دلیل ویژگی های خاص خود، در بسیاری از زمینه ها به خصوص در تصفیه آب و فاضلاب به عنوان یک فناوری نوین و کارآمد شناخته می شوند.
مکانیزم کلی فرآیند فوتوکاتالیستی: فوتوکاتالیست ها از انرژی نور(hv) برای انجام واکنش اکسیداسیون و کاهش استفاده می کنند. زمانی که تابش نور انجام میشود یک الکترون(e–) از نوار ظرفیت(VB) به نوار هدایت(CB) فوتوکاتالیست برانگیخته میشود و حفره ای (h+) به جای میگذارد. e– و h+ تولید شده، منجر به انجام واکنش اکسیداسیون و کاهش می گردد. زمانی که فرآیند فوتوکاتالیستی درون یک محلول آبی اتفاق می افتد، مولکول های آب و یون های هیدروکسید با h+ تولید شده برای تشکیل رادیکال های هیدروکسیل (OH) واکنش می دهند. در اثر برخورد های مکرر آلاینده های آلی با OH، سرانجام منجر به تکمیل فرآیند اکسیداسیون می گردد. استفاده از نانوفتوكاتاليست ها برای تصفیه فاضلاب ميتواند جايگزين مناسبی برای مرحله ضد عفوني با كلر باشد تا میکروارگانیسم ها و آلاینده های آلي را به طور همزمان تصفیه و فاضلاب را به يك منبع آب مناسب مبدل سازد.
برای آموزش قدم به قدم تصفیه فاضلاب مقاله مراحل تصفیه فاضلاب را حتما مطالعه کنید.
4. نانوسنسورها
نانوحسگر، دستگاه یا وسیله ای بسیار ریز است که توانایی شناسايي و ارائه پاسخ به محرك هاي فيزيكـي در مقـياس يـك نانومتـر را دارد. اخیرا، سنسور های تجاری که از حساسیت بسیار بالایی برخوردارند، تولید شده اند. از این سنسورها به منظور شناسايي ميكروارگانيسم ها و فلزات سنگين (سرب و روي) در آب و همچنین برای تشخیص و شناسایی بو های حاصل از مخلوط بخار جمع شده در بالای یک جامد یا مایع درون یک مخزن در بسته استفاده میشود. جهت پیگیری تغییراتی که در کیفیت آب و فاضلاب صنعتی رخ میدهد بکار گیری این سنسورها روشی سریع و نسبتا ارزانی میباشد.
مقاله پیشنهادی: تصفیه فاضلاب به روش SBR
سخن پایانی
در این مقاله درباره کاربرد فناوری نانو در تصفیه فاضلاب و آب صحبت کردیم. فناوری نانو یکی از پیشرفت های بزرگ علمی و صنعتی میباشد و با توجه به کاربرد های گسترده ی علم نانو میتوان به اهمیت این فناوری در صنعت تصفیه آب و فاضلاب پی برد. از نمونه های عملی از کاربرد فناوری نانو در تصفیه آب می توان به فناوری نانوتیوب های کربنی، نانوفیلتراسیون، تصفیه با استفاده از زئولیت های طبیعی، مصنوعی، زغال سنگ و هم چنین نانوذرات مغناطیسی اشاره کرد. در آینده، فناوری نانو میتواند به عنوان ابزاری قدرتمند برای مقابله با مشکل کم آبی، از جمله کمبود آب شرب بکار گرفته شود و راه حلی پایدار برای این مسئله فراهم آورد.
