فناوري نانو و محيط زيست

[*مینا*]

فناوري نانو و محيط زيست - بخش اول

برگرفته از نانو کلوپ
مقدمه
فناوري نانو، مانند هر فناوري نوين ديگري، مي تواند تغييرات شگرفي در زندگي بشر به وجود آورد؛ از جمله‌ در محيط زيست او.



آشتي محيط زيستhttp://www.nanoclub.ir/contents/Environmen01/01.gif با فناوري هاي نوين
آيا چنين چيزي به واقعيت مي‌پيوندد؟ در فناوري نانو چنين تصوري غيرممکن نيست!
تأثيرات مستقيم و غيرمستقيم فناوري نانو بر محيط زيست، از جنبه‌هاي مختلف قابل بررسي است. در حال حاضر، مي‌توان موارد متعددي از كاربرد موادّ نانوساختاري در حفظ محيط زيست، از قبيل نانوفيلترها (براي تصفيه‌ي پساب‌هاي صنعتي)، نانوپودرها (براي تصفيه‌ي گازهاي آلاينده‌ي خروجي از خودروها و واحدهاي صنعتي) و نانوتيوب‌ها (براي ذخيره‌سازي سوخت كاملاً تميز هيدروژن) را برشمرد، اما دورنماي استفاده از اين فناوري نوين بسيار گسترده‌تر از اين‌گونه كاربردهاي جزئي و مقطعي است.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen01/02.gif


انسان‌هاي سودجو همواره به فکر سوء استفاده از محيط زيست بوده اند
يكي از مهم‌ترين اهداف متوليان و طرفداران محيط زيست، حذف موادّ سمي و خطرناك از چرخه‌ي طبيعت است. موادّ سمي معمولاً از اتم‌هايي تشكيل شده‌اند كه خودبه‌خود مضر نيستند، بلكه نحوه‌ي اتصال اين اتم‌ها به يكديگر موادّ سمي را به وجود مي‌آورد. اگر بتوان وسيله‌اي ساخت كه مشابه ريزجانداراني مانند ويروس‌ها در مقياس اتمي قادر به تغيير اتصالات اتم‌ها در مولكول باشد، مي‌توان به‌سهولت و با قيمت ارزان موادّ سمي را خنثي کرد، يا حتي با اندکي تغيير، از آنها محصولات مفيد به دست آورد. برخي موادّ سمي، حاوي عناصر مضري از قبيل جيوه، سرب، آرسنيك و كادميوم هستند. اين عناصر معمولاً حين استخراج موادّ معدنيِ مختلف توليد مي‌شوند. با بهره‌گيري از دانش و فناوري نانو در فرآيند استخراج، مي‌توان از خروج اين عناصر از محيط طبيعي آنها (خاك) جلوگيري کرد.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen01/03.gif


ورود ممنوع ـ ترکيبات سمي




http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen01/04.gif


فناوري نانو از دانش‌ها و فناوري‌هاي گوناگوني مانند فيزيك،‌ شيمي، بيولوژي و مهندسي بهره مي‌گيرد. علي‌رغم اينكه فناوري نانو تاكنون در زمينه‌ي محيط زيست كاربرد صنعتي نداشته است، اما بسياري معتقدند كه اين فناوري مي‌تواند راه‌هاي جديدي براي بهبود و ارتقاي فناوري‌هاي زيست‌‌محيطي ارائه کند. از سوي ديگر، برخي عقيده دارند كه استفاده از فناوري نانو خود مي‌تواند منجر به مشكلات جديد زيست‌‌محيطي از قبيل موادّ سميِ جديد و خطرات زيستي مربوط به آن شود.




http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen01/05.gif


دنياي شما در اثر تجمع CO2 در حال نابود شدن است با کمک فناوريهاي نوين به فکر نجات آن باشيد
برخي کاربردهاي فناوري نانو در محيط زيست
برخي از مهم‌ترين كاربردهاي عمليِ شناخته‌شده‌ي فناوري نانو در زمينه‌ي محيط زيست عبارتند از: (1) نانوحسگرها، (2) نانوفيلترها، و (3) كاتاليزورهاي زيست‌محيطي.

1. نانوحسگرها
يك نانوحسگر وسيله‌اي است بسيار ريز كه قادر به شناسايي و ارائه‌ي پاسخ به محرك‌هاي فيزيكي در مقياس يك نانومتر باشد.
1.1. انواع نانوحسگرها (نانوحسگرها دو دسته‌اند)
الف ـ موادّ نانوساختاري: مانند سيليكونِ متخلخل، نانوحسگرهاي ساخته‌شده از اين مواد به منظور شناساييِ واكنش‌هاي شيميايي و زيستي به كار گرفته مي‌شوند.
ب ـ نانوذرات: مانند موادّ كرويِ نانومقياس كه به عنوان گيرنده‌هاي نوري ـ زيستي،‌ نوري ـ شيميايي و حسگرهاي تصويريِ فضايي كاربرد دارند.
ذرات نانوسيليکون که به عنوان حسگرهاي زيستي استفاده مي شوند





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen01/07.jpg
نانودرختی که از نانوسيم‌های کربيد سيليکون ساخته شده است




1.2. کاربردهاي نانوحسگرها
نانوحسگرها كاربردهاي متعددي در علوم مختلف از قبيل بيوپزشكي، محيط زيست، ارتباطات و توليد موادّ هوشمند يافته‌اند.

الف ـ غبارهاي هوشمند. يكي از نيازهاي مهم و اساسي در ارتباط با كنترل آلودگي محيط زيست، پايشِ مستمرّ آلودگي هواست. با استفاده از نانوحسگرها پيشرفت مؤثري در زمينه‌ي کنترل آلودگي هوا صورت گرفت. با اختراع اولين نمونه‌هاي غبار هوشمند، توليد اين‌گونه حسگرها به مرحله‌ي كاربرد عملي نزديك شد. هدف اصلي از ساخت غبارهاي هوشمند، توليد مجموعه‌اي از حسگرهاي پيشرفته به صورت نانورايانه‌هاي بسيار سبك است. اين نانوحسگرها به‌راحتي ساعت‌ها در هوا معلق باقي مي‌‌مانند.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen01/08.jpg


تصوير تخيلي از يک نانو حسگر که براي كنترل آلودگي محيط زيست طراحي شده است.
اين ذرات بسيار ريز از سيليكون ساخته مي‌شوند و مي‌توانند از طريق بي‌سيمِ موجود در خود، اطلاعات جمع‌‌آوري‌‌شده را به يك پايگاه مركزي ارسال کنند. سرعت انتقال اطلاعات در نمونه‌هاي اوليه حدود يك كيلوبايت در ثانيه است.

ب ـ نانوحسگرهاي گازي. نشت گازهاي مهلك يكي از خطرات روزمرّه‌ي زندگي صنعتي است. متأسفانه هشداردهنده‌هاي موجود در صنعت اغلب بسيار دير موفق به شناسايي اين‌گونه گازهاي نشتي مي‌شوند. اين نوع حسگرها از نانوتيوب‌هاي تك‌لايه به ضخامت حدود يك نانومتر ساخته شده‌اند و مي‌توانند مولکول‌هاي گازهاي سمي را جذب کنند. آنها همچنين قادر به شناسايي تعداد معدودي از مولكول‌هاي گازهاي مهلك در محيط هستند. اين‌گونه حسگرهاي گازي براي شناسايي گازهاي آمونياك و دي‌‌اكسيد نيتروژن كه از جمله گازهاي سمي به شمار مي‌روند،‌ با موفقيت آزمايش شده‌اند.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen01/09.jpg

نانوحسگر گازي ـ اين تصوير، سازوکارِ اندازه‌گيري گاز CO2 را نشان مي دهد
نمونه‌ي آزمايشي اين حسگرها قادر به شناسايي آني مولكول‌هاي آمونياك و دي‌اكسيد نيتروژن در غلظت20 ppm (يعني 20 قسمت در يک ميليون قسمت) شده است. محققان مدعي‌اند كه اين حسگرها براي شناساييِ به‌هنگام گازهاي بيوشيميايي جنگي، آلاينده‌هاي هوا و حتي مولكول‌هاي آليِ موجود در فضا كاربرد خواهند داشت.

2. نانوفيلترها
يكي ديگر از كاربردهاي مهمّ فناوري نانو در محيط زيست، استفاده از نانوفيلترهاست. لازم به ذکر است که فيلترهاي معمولي توانايي فيلتر کردن ذرات 100 تا 1000 نانومتر را دارند. اين در حالي است که جداره‌ي روزنه‌هاي غشاهاي نانو معمولاً بين 1 تا 10 نانومتر است.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen01/10.jpg

شکل ساده اي از نانوفيلترها که براي تصفيه‌ي آب به کار مي رود
غشاهاي مورد استفاده در فرآيند نانوفيلتراسيون معمولاً مولكول‌هاي بزرگ را دفع مي‌کنند و در مقايسه با فرآيند اسمز معكوس، قادرند با صرف انرژي كمتر آب چاه‌ها يا آب‌هاي سطحي را نيز به‌خوبي تصفيه کنند.


اسمز عبارت است از گرايش آب از سطح رقيق‌تر به غليظ‌تر. به عنوان مثال، وقتي شما برگه‌ي زردآلو را خيس مي‌كنيد، آب از سطح رقيق‌تر كه همان لايه‌ي بيروني پوسته است، به طرف داخل زردآلو حركت مي‌كند. حال اگر زردآلوي خيس‌شده را فشار دهيد، آب از غشاي آن به بيرون هدايت مي‌شود. در واقع، اين عمل همان «اسمز معكوس» است؛ يعني فرايندي که در آن آب را تحت فشار در يك ظرف كه جداره‌ي آن يك غشاي نيمه‌تراواست قرار مي‌دهيم تا مولكول‌هاي آب شيرين كه كوچكتر از املاح معلق در آب هستند از غشاي نيمه‌تراوا بگذرند و آب شيرين از آب شور جدا شود.
http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen01/11.gif





اين نوع آبها معمولاً سرشار از نمك‌هاي دوظرفيتي‌اند و مي‌توان نمک موجود در آنها را با استفاده از فرايند نانوفيلتراسيون تا 90 درصد جدا کرد. از آنجا كه فرآيند نانوفيلتراسيون نمي‌تواند نمک طعام را به طور مؤثر از آب جدا کند، بنابراين در تمام موارد برتر از اسمز معكوس نخواهد بود. اين فرآيند مانند اسمز معكوس قادر است انواع باكتري‌ها، ويروس‌ها، آفت‌كش‌ها، آلاينده‌هاي با منشأ آلي و املاح كلسيم و منيزيم را از آب جدا کند. نظر به اينكه در فرآيند نانوفيلتراسيون از هيچ ماده‌ي شيميايي‌اي براي سختي‌گيري آب استفاده نمي‌شود. بنابراين، اثرات منفي زيست‌محيطي آن به‌مراتب كمتر از روش‌هاي شيميايي معمول است.



سختي آب به مقدار يون‌هاي کلسيم و منيزيم محلول در آن بستگي دارد. سختي آب معمولاً به صورت محلي تغيير مي‌کند. شايان ذکر است که افزايش سختي مي‌تواند اثرات مخربي بر روي ماشين‌آلات صنعتي، آبزيان و افرادي که از اين آب استفاده مي‌کنند داشته باشد.

برخي از كاربردهاي فرآيند نانوفيلتراسيون در به‌سازي محيط زيست مي‌توان اشاره کرد:
تصفيه‌ي پساب‌ رختشوي‌خانه‌ها
تصفيه‌ي پساب‌هاي اسيدي واحدهاي صنعتي
رنگ‌زدايي از آب آشاميدني
تصفيه‌ي پساب‌ واحد توليد روغن زيتون
تصفيه‌ي آب پنير
جداسازي روغن از آب
خالص‌سازي الكل‌هاي سبك

3. كاتاليست‌هاي زيست‌‌محيطي
از زمينه‌هاي ديگر كاربردهاي موادّ نانوساختاري، استفاده از آنها به عنوان كاتاليزورهاي زيست‌‌محيطي براي تصفيه‌ي خروجي اگزوز اتومبيل‌ها و پالايش آب و هواست. استانداردهاي مربوط به گازهاي خروجي از اگزوز اتومبيل‌ها روزبه‌روز سخت‌گيرانه‌تر و دقيق‌تر مي‌شود.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen01/12.gif


شکل فوق سازوکار يک نانوکاتاليست را نشان مي‌دهد که در اثر برخورد گاز بسيار سمي مُنواکسيد کربن (CO) و اکسيژن (O2) با نانوذرات طلا، توليد گاز غيرسمي دي‌اکسيد کربن (CO2) مي‌کند
از اين رو، نياز به كاتاليزورهاي پيشرفته بيش از پيش احساس مي‌شود. كاتاليزورهاي رايج كه اغلب پايه‌ي پلاتين دارند، اگرچه راندمانشان كافي است، اما بسيار گران‌قيمت‌اند. به همين جهت، كاتاليزورهاي نانوساختاري به عنوان جايگزين ارزان‌‌قيمت كاتاليزورهاي يادشده مورد توجه قرار گرفته‌اند.

در مقالات بعدي به کاربردهاي بيشتري از نانوفناوري در زمينه‌ي محيط زيست اشاره خواهيم کرد.


منابع و توضیحات:
- براي کسب اطلاعات بيشتر در مورد حسگرهای گازی به اين آدرس مراجعه کنيد: http://www.nanotechweb.org/articles/news/2/2/3/1 (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fnjavan.com%2Fforum %2Fredirector.php%3Furl%3Dhttp%253A%252F%252Fwww.n anotechweb.org%252Farticles%252Fnews%252F2%252F2%2 52F3%252F1)
- براي کسب اطلاعات بيشتر در مورد نانوفيلترها به اين آدرس مراجعه کنيد: http://www.lenntech.com/nanofiltration.htm (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fnjavan.com%2Fforum %2Fredirector.php%3Furl%3Dhttp%253A%252F%252Fwww.l enntech.com%252Fnanofiltration.htm)
- براي اطلاع از غلظت ترکيبات مجاز در آب آشاميدني به اين آدرس مراجعه کنيد: http://www.lenntech.com/WHO's-drinking-water-standards.htm (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fnjavan.com%2Fforum %2Fredirector.php%3Furl%3Dhttp%253A%252F%252Fwww.l enntech.com%252FWHO%2526%252339%253Bs-drinking-water-standards.htm)
- براي کسب اطلاعات بيشتر در مورد سيليکون متخلخل به اين آدرس مراجعه کنيد: http://www.ece.rochester.edu/~weiss/Porous_silicon.html (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fnjavan.com%2Fforum %2Fredirector.php%3Furl%3Dhttp%253A%252F%252Fwww.e ce.rochester.edu%252F%257Eweiss%252FPorous_silicon .html)

[*مینا*]

اشاره
با توجه به اينکه کاربردهاي فناوري نانو در محيط زيست زياد است و در يك مقاله نمي‌گنجد، آن را در سه بخش مجزا تنظيم كرده‌ايم كه بخش آخر آن به‌زودي در وب‌گاه قرار خواهد گرفت.
آنچه از توان‌مندي‌هاي آتيِ فناوري نانو در اين بخش ارائه مي‌شود، به معني آن نيست كه در آيندة بسيار نزديك يا طي يك برنامة زمان‌بندي‌شدة كاملاً مدون قرار است محقق شود، بلكه برخي از اين موارد ممكن است در حال حاضر بسيار دور از دسترس به شمار بيايند. با وجود اين، بايد يادآور شد كه پرواز انسان‌ها در آسمان هم تا دو سدة قبل كاملاً دست‌‌نيافتني به نظر مي‌رسيد و بعدها افراد و مللي در زمينة پرواز پيشتاز شدند كه ايده‌هاي مذكور را جدي‌تر تلقي كردند.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen02/01.gif
انسان‌ها از گذشته‌هاي دور در آرزوي پرواز در آسمان بودند. اين رؤيا را برادران رايت محقَق كردند.




1. كاربردهاي مواد نانوساختار در حفظ محيط زيست
از نانوساختارهايي مثل پليمرهاي زيستي مي توان براي توليد تراشه‌هاي الكترونيكي استفاده كرد.

پليمر يا مولكول درشت، از اتصال چند ملكول كوچك به وجود مي‌آيد. اين مولكول هاي كوچك بايد پيوندهاي دو يا چندگانه داشته باشند و به اين منظور بايد بتوانند به يكديگر متصل شوند. براي اطلاعات بيشتر به وب‌گاه زير مراجعه كنيد:http://www.btinternet.com/~chemistry.diagrams/polymer.htm
طبق اطلاعات موجود، براي توليد هر گرم ريزتراشة 32 مگابايتي، به مصرف 850 گرم سوخت فسيلي و مواد شيميايي و 16 كيلوگرم آب نياز است. با استفاده از فرآيندهاي نانو مي‌توان شيوة مرسوم در توليد تراشه‌هاي نيمه‌هادي را تا حد بسيار زيادي بهبود بخشيد. علاوه بر اين، استفاده از فناوري نانو منجر به توليد مواد بي‌خطر به جاي مواد سمي موجود مي‌شود.

http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen02/02.jpg
نمونة ريزتراشه‌اي که با استفاده از فرايندهاي نانوفناوري به دست آمده است




براي مثال، مانيتورهاي ساخته‌‌شده از مواد نانوساختار بسيار كم‌خطرتر از انواع مشابه ساخته‌شده از لوله‌هاي اشعة كاتدي (كه حاوي مواد سمي‌اند) است و راندمان بالاتري هم دارد. نمايشگرهاي ساخته‌شده از بلور مايع ضمن كوچك ‌بودن، حاوي سرب نيستند و مصرف انرژي آنها بسيار كمتر از انواع مشابه كاتدي است.‌ علاوه بر اين، استفاده از نانولوله‌هاي كربني در نمايشگرهاي كامپيوتري به كاهش مصرف فلزات سنگين در آنها كمك مي‌كند و از اين طريق از آسيب به محيط زيست مي‌كاهد.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen02/03.jpg


نمايشگرهاي ساخته‌شده از بلور مايع. اين نمايشگرها به حفظ محيط زيست کمک مي‌كنند
گزارش‌هاي زيادي دربارة استفاده از نانوذرات براي تصفية آلاينده‌هاي زيست‌محيطي ارائه شده است. در صورت استفاده از روش‌هاي متداول براي تصفية حلال‌هاي آلي حاوي تركيبات كلردارمانند تري كلرو اتيلن، همواره مقداري دي كلرو اتيلن و وينيل كلرايد در اثر واكنش‌هاي جانبي ايجاد مي‌شوند كه بسيار مضرند. با استفاده از ذرات دوفلزي نانوساختار (دوفلز با ابعاد نانو) توليد اين‌گونه محصولات جانبيِ نامطلوب عملاً به صفر مي‌رسد.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen02/04.jpg
نانو ذرات کربني. اين نانوذرات مي توانند انقلابي در فناوري به وجود آورند




علاوه بر موارد فوق، نانوذراتي مانند دي‌اكسيد تيتانيم و اكسيد روي كه به وسيلة نور فعال مي‌شوند، استفاده‌هاي گوناگوني در حذف آلودگي‌هاي آلي از محيط‌هاي مختلف يافته‌اند. اين‌گونه مواد بسيار فراوان و ارزانند و سمّيت آنها ناچيز است.
بسياري از محققان علاقه‌مندند تا با دستكاري سطوح ذرات نانوساختار بتوانند آنها را نسبت به نور مرئي حساس کنند. در حال حاضر اين ذرات تنها با کمک اشعة ماوراء بنفش (تنها 5% از نور خورشيد را نور ماوراء بنفش تشكيل مي دهد) حساسيت نشان مي‌دهند. اين امر باعث افزايش حساسيت فتوكاتاليست‌ها و در نتيجه بهبود حذف آلاينده ها و خواص پاک کنندگي سطح مي‌شود. علاوه بر اين، ذرات نانوساختار انعطاف‌پذيري زيادي در تصفية آلاينده‌ها دارند. به عنوان مثال، از ذرات نانوساختار براي تصفية فوري خاك، رسوبات، ضايعات جامد، تصفية آب و پسماندهاي مايع استفاده مي‌شود. تحقيقات نشان مي‌دهند كه ذرات دوفلزي نانوساختار مانند آهن ـ پالاديُم،‌ آهن ـ نقره و روي ـ پالاديُم كاربردهاي زيادي در تصفيه و پالايش آلوده‌كننده‌هاي محيط زيست، مانند‌ آفت‌كش هاي كلرينه با منشأ آلي و حلال‌هاي آلي هالوژنه، يافته‌اند.
تجربه نشان داده است كه استفاده از ذرات نانوساختارِ دوفلزي موجب مي‌شود تا كليه هيدروكربن‌هاي حاوي تركيبات كلردار كه بسيار سمي‌اند، به هيدروكربن‌هاي بي‌خطر براي محيط زيست تبديل شوند. به‌علاوه، شواهد بسياري مبيّن اين واقعيت است كه ذرات نانوساختار با پاية آهني، قادر به تجزية آلودگي‌هاي بسيار پايدار همچون تركيبات پركلرات‌ها، نيترات‌ها، فلزات سنگين (نيكل و جيوه) و مواد راديواكتيو مانند دي‌اكسيد اورانيوم‌ هستند.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen02/05.gifhttp://www.nanoclub.ir/contents/Environmen02/06.gif


آلودگي‌هاي ناشي از ترکيبات راديواکتيو را مي توان با استفاده از فناوري نانو برطرف كرد
2. رنگ‌زدايي از آب آشاميدني
رنگ موجود در آب آشاميدني نه‌تنها به خاطر ظاهر آن بايد از آب زدوده شود، بلكه چون اين رنگ‌ها مي‌توانند منشأ توليد تري ‌هالو متان ( مانند CHCl3) نيز باشند، خطرناك محسوب مي‌شوند. اين ماده هنگام تركيب با كلر موجب تشكيل كلروفرم و ديگر تركيبات هالوژنة مضر و سرطان‌زا مي‌شود. رنگ موجود در آب طبيعي معمولاً ناشي از وجود اسيدهاي معدني با جرم مولكولي 800 تا 50000 gr/mol است. اسيدهاي مذكور در اثر تجزية مواد آليِ موجود در آب حاصل مي‌شوند. اغلب روش‌هاي متداول براي تصفية آب قادر به جداسازي مواد فوق نيستند، ليكن با استفاده از غشاهاي نانو مي‌توان تا 99 درصد اين‌گونه مواد را به‌سهولت از آب جدا كرد‌ ( اين پيوند را ببينيد)







http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen02/07.gif
آب آشاميدني




انسان‌ها براي سلامتي خود احتياج به آشاميدن آب سالم دارند. آب سالم آبي است که نه بو داشته باشد و نه مزه و بايد زلال هم باشد





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen02/08.jpg




آيا مي دانيد هزينة تصفية آب آشاميدني چندين برابر هزينه اي است که ما به عنوان آب‌بها مي‌پردازيم؟ تحقيقات نشان مي دهد استفاده از فناوري نانو در تصفية آب، مي تواند هزينه‌هاي تصفيه را تا حدود زيادي کاهش دهد.


منابع و توضیحات:
- http://www.rpi.edu/dept/materials/COURSES/NANO/optical.htm
- http://www.vcb.co.uk/Photox/photox_Photocatalysis.htm
- فتوکاتاليست ها و ذرات نانوساختار:
- http://www.ill.fr/dif/3D-crystals/salt.html
- http://www.indiamart.com/chandigarh-zinc/
- دي اکسيد تيتانيم و اکسيد روی:
- http://www.tangram.co.uk/TI-Glazing-Pinking.html
- وينيل کلرايد:
- http://www.mass.gov/dph/beha/images/dich.gif
- http://www.monroecc.edu/wusers/flanzafame/ChemFont.htm
- دي کلرواتيلن:
- http://www.makingthemodernworld.org.uk/learning_modules/chemistry/03.TU.02/?section=4
- http://nautilus.fis.uc.pt/molecularium/stereo/moleculas/chcl3.jpg
- تري کلرواتيلن:
- براي آشنايي بيشتر با اين ترکيبات، وب‌گاه‌هاي زير را ببينيد:
- http://www.mtech.edu/Research/research/1999 Research/Young.htm
- http://www.gordonengland.co.uk/cgi-bin/board/sefmessages/3189.html
- http://eng.nanocomposite.net/?view=products⊂=4004
- http://eng.nanocomposite.net/?view=other⊂=03

[*مینا*]

کاربردهای مختلفی از فناوری نانو برای حفظ محیط زیست را در بخش اول و دوم این مجموعه مقاله خوانده اید. در بخش سوم و پایانی برخی دیگر از کاربردهای فناوری در نانو در زمینه محیط زیست معرفی مي‌شوند.
خالص‌سازي الكل‌هاي سبك با استفاده از نانوفيلترها
الكل‌‌هايي مانند اتانول و متانول به عنوان حلال يا مادة پاك‌كننده به‌وفور در صنايع مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين مواد در حين مصرف مقادير زيادي از ناخالصي‌هاي مختلف را به خود جذب مي‌کنند. با توجه به اينكه دور ريختن آنها پس از مصرف، اثرات زيان‌باري بر محيط زيست دارد، بايد براي استفادة مجدد تصفيه شوند. روش‌هاي متداول از قبيل تقطير، ضمن آلوده کردن محيط زيست، انرژي زيادي را تلف مي‌کنند. استفاده از نانوفيلترها گام مؤثري در حفاظت از محيط زيست و صرفه‌جويي در مصرف انرژي است.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen03/01.jpg
دستگاه خالص‌سازي الکل‌ها با استفاده از نانوفيلتراسيون




نانوپوشش ها
‌پوشش هاي نانوساختاري پيشرفته به‌خوبي بر سطوح مختلف از قبيل فلزات، شيشه،‌ سراميك و پلاستيك مي‌چسبند و تنها چندميكرون ضخامت دارند. ويژگي بارز اين نانوپوشش ها، خاصيت ضدّ خوردگي آنهاست كه کاربرد پوششي آنها را در فلزات سبك از قبيل آلومينيوم و منيزيم افزايش داده است. پوشش‌هاي يادشده، در مقابل حرارت بسيار مقاوم‌اند و مي‌توانند دما را تا 700 درجة سانتي‌گراد تحمل کنند. استفاده از اين نوع پوششگرها منجر به كاهش خوردگي فلزات مي‌شود و در نهايت، محيط زيست را با كاهش ميزان مصرف مواد خام حفظ خواهد کرد.



از بين رفتن تدريجي يك فلز را كه در معرض آب و هوا، رطوبت و مواد شيميايي قرار گرفته باشد، «خوردگي فلز» گويند.



http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen03/02.jpg
نحوة ايجاد پوشش نانو روي سطوح


كاربرد ديگر پوششگرهاي نانوساختاري، در حذف گرد و غبار از روي سطوح مختلف و كاهش مصرف پاك‌كننده‌هاست. اين نانوذرات را به صورت يك‌ لاية بسيار نازك براي روكش کردن سطوح مختلف از قبيل شيشة اتومبيل‌ها به كار مي‌برند.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen03/03.jpg
هزينة تميز کردن شيشه‌هاي اين ساختمان چه قدر است؟ شيشه‌هاي نانويي، نياز به تميز کردن ندارند.




بدين ترتيب كشش سطحي اين سطح نسبت به محلول‌هاي آبدار به‌شدت كاهش مي‌يابد. در نتيجه، مايع مذكور سطح پوشش‌داده‌شده را خيس نمي‌کند و به صورت قطراتي بر روي آن باقي مي‌ماند و به‌سرعت زدوده مي‌شود. اين عمل فرآيند خشك ‌شدن را سرعت مي‌دهد. بديهي است كه مصرف مواد شوينده به‌شدت كاهش مي‌يابد و از آلودگي محيط زيست جلوگيري به عمل مي‌آيد.
نانوپودرها
نانوپودرها موادي به‌شدت فعال‌اند كه در دماي پايين ذوب يا آلياژ مي‌شوند. اين پودرها در فرآيندهاي قالب‌گيريِ تزريقي و پوشش ‌دادن سطوح مختلف مورد استفاده قرار مي‌گيرند. نوعي از پودرهاي نانوساختاري ياشدده كه حاوي ذرات ريز آلومينيوم است، در صورت افزوده ‌شدن به سوخت‌هاي جامد موشك‌ها شدت سوختن آنها را تا دو برابر افزايش مي‌دهد. اضافه ‌كردن اين پودر به نفت سفيد باعث تسريع در احتراق آن و در نتيجه كاهش توليد آلاينده‌هاي مختلف مي‌شود.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen03/04.jpg
سرعت موشک‌هايي که سوخت حاوي نانوپودر دارند، سريع‌تر از موشک‌هاي معمولي است.




نانولوله‌هاي جاذب گازهاي سمي
طبق تحقيقات وسيع انجام‌گرفته، نانولوله‌هاي كربني مناسب‌ترين وسيله براي جذب آلاينده‌هاي سمي از قبيل ديوكسين‌ها و ديگر آلاينده‌هاي موجود در گاز خروجي از دودكش‌هاي كوره‌هاي زباله‌سوز به شمار مي‌روند. مواد سمي از نوع ديوكسين‌ عموماً محصول جانبي بسياري از فرآيندهاي صنعتي‌اند كه ضمن پايداري فراوان، باعث آلودگي بلندمدت هوا، خاك،‌ آب و در نهايت زنجيرة غذايي موجودات زنده مي‌شوند. برخي از ديوكسين‌ها سرطان‌زا هستند و بسياري از آنها باعث اختلال در سيستم ايمني بدن انسان‌ها مي‌شوند. اگرچه در سال‌هاي اخير بسياري از كشورها توليد اين ماده را به‌شدت تحت كنترل قرار داده‌اند، ليكن هنوز خطرات زيست‌محيطي آن كماكان تهديدكننده به شمار مي‌آيند. اگرچه نانولوله‌هاي كربني مناسب‌ترين وسيله براي جذب آلاينده‌هاي سمي مانند ديوكسين‌اند، ولي در حال قيمت بسيار زيادي دارند. تحقيقات دامنه‌داري براي توليد ارزان نانولوله‌‌ها در جريان است.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen03/05.gif
شکل بالا جذب ديوکسين را توسط نانولوله‌هاي کربني نشان مي دهد. نانولوله‌هاي کربني مناسب‌ترين وسيله براي جذب آلاينده‌هاي سمي مانند ديوكسين هستند.




پليمرهاي نانومتخلخل
هنگامي كه آلاينده‌هاي آليِ آب‌گريز از طريق آب وارد خاك مي‌شوند، به‌راحتي توسط ذرات جامدِ غيرمحلول در آب جذب و از آب جدا مي‌شوند. پديدة جذب و دفع اين‌گونه آلاينده‌ها از آب به خاك و از خاك به هوا بسيار پيچيده است و به عوامل متعددي از قبيل حلاليت در آب، آب موجود در شبكة خاك و رقابت اجزاي مختلف خاك براي جذب اين ذرات بستگي دارد. هنگامي كه بيش از يك مولكول آب‌گريز در محيط وجود داشته باشد، مولكول‌هاي آلاينده به جسمي متصل مي‌شوند كه از لحاظ شيميايي بيشترين شباهت را به آنها داشته باشد. به همين علت، نانوپليمرهاي متخلخل كه شباهت‌ زيادي به مولكول‌هاي مواد آلاينده‌ دارند، مناسب‌ترين وسيله براي جداسازي اين نوع آلاينده‌هاي آلي از آب و خاك به شمار مي‌روند.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen03/06.gif



امروزه برخي از قطعات رايانه‌ها را از نانوپليمرهاي متخلخل مي سازند، مانند صفحه کليد، موس‌پد و غيره.





نانوپليمرهاي متخلخل، مناسب‌ترين وسيله براي موس‌پد هستند!
با استفاده از سيكلودكسترين‌ها به عنوان اجزاي اصلي اين مواد پليمري، دستة جديدي از پليمرهاي آلي با تخلخل‌هاي بسيار ريز (قطر تخلخل اين تركيبات حدود 0.7 تا 1.2 نانومتر است) توليد شده‌اند. اين‌گونه نانوپليمرهاي متخلخل قادرند که غلظت‌ آلاينده‌هاي موجود در آب شُرب را تا حد چند قسمت در تريليون (ppt) كاهش دهند. ويژگي‌هاي ديگر نانوپليمرهاي متخلخل به شرح ذيل‌ است:
خصوصيات
قدرت چسبندگي مولكول‌هاي آلي به اين نوع پليمرها حدود صدهزار برابر قوي‌تر از اتصال آنها به جاذب‌هاي معمولي از قبيل كربن‌هاي فعال است. عملكرد مناسب آن در آب و هوا تقريباً يكسان است.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen03/07.jpg
تودة نانوپليمرهاي متخلخل




كاربردهاي زيست‌محيطي

1. اغلب آلاينده‌هاي آلي را از آب آشاميدني جدا مي‌کند.
2. با استفاده از نانوپليمرهاي متخلخل مي‌توان پساب‌هاي مصرفي واحدهاي صنعتي مانند نيروگاه‌هاي هسته‌اي را تصفيه کرد و مورد استفادة مجدد قرار داد.
3. در صورت آلوده ‌شدن منابع آبي به آلاينده‌هاي آلي مانند نشت نفت از تانكرها به اقيانوس، اين پليمرها قادر به پاكسازي منابع مذكور هستند.
4. در صورت آلوده ‌شدن منابع آبيِ زيرزميني، اين مواد مي‌توانند آلاينده‌هاي آلي را حذف کنند.





http://www.nanoclub.ir/contents/Environmen03/08.gif
انفجار زمين در اثر انباشته شدن آلاينده‌ها در زمين




مزايا:

1. توجه به استفادة مكرر از پساب‌هاي واحدهاي صنعتي، كمك شاياني به حفظ منابع آب موجود مي‌كند.
2. با توجه به اينكه نانوپليمرهاي متخلخل به‌كرات مورد استفاده قرار مي‌گيرند، بنابراين، هزينه‌هاي تصفيه به‌مراتب كمتر مي‌شود.


منابع و توضیحات:
- برای کسب اطلاعات بيشتر در ديوکسين اين نشاني‌ را ببينيد:
- برای کسب اطلاعات بيشتر در مورد عمليات تقطير اين نشاني‌هاي را ببينيد:
- http://chimie.scola.ac- paris.fr/sitedechimie/chi_exp/verrerie_mater/distillation.htm
- http://phys.free.fr/technic.htm
- http://www.pafko.com/history/h_distill.html
- http://hyperphysics.phy- tr.gsu.edu/hbase/chemical/corrosion.html
- برای کسب اطلاعات بيشتر در مورد خوردگی فلز اين نشاني‌هاي را ببينيد:
- http://www.counteractrust.com/corrosion.htm
- http://www.free.de/WiLa/derik/Dioxine.Teil1.html