كارنامه

كارنامه ي پذيرفته شدگان سال هاي قبل با جزئيات كامل.

تصفيه آب آشاميدني آلوده به آرسنيك با نانوذرات آهن

 

كشف برهم‌كنش‌هاي مغناطيسي غيرمنتظره بين نقاط بسيار كوچك زنگ (rust)، دانشمندان مركز فناوري نانو (CBEN) در دانشگاه رايس را به سمت توسعه يك فناوري كم هزينه و جالب براي پاكسازي آرسنيك از آب آشاميدني هدايت كرده است. اين فناوري ميليون‌ها نفر در هند، بنگلادش و ديگر كشورهاي در حال توسعه كه در آنها هزاران مورد آلاينده‌هاي آرسنيكي به چاه‌هاي آب وارد مي‌شود، را اميدوار كرده است.
Vicki Colvin مدير اين پروژه معتقد است كه آلودگي آرسنيك در آب آشاميدني يك معضل جهاني است، راه‌هاي مختلفي براي زدودن آن وجود دارد ولي براي اين كار دستگاه‌هاي وسيع و پمپ‌هاي فشار بالا كه با انرژي برق كار مي‌كنند، مورد نياز است. راه‌حل پيشنهادي اين گروه ساده و بي‌نياز از الكتريسيته است. هرچند نانوذرات استفاده شده در اين روش گران‌ قيمت هستند، اما آنها در حال كار بر روي روشي براي توليد آنها هستند كه در آن از زنگ (rust) و روغن زيتون استفاده مي‌شود و هيچ امكانات بيشتري جز يك اجاق گاز نياز ندارد.
فناوري CBEN مبتني بر يك برهم‌كنش مغناطيسي جديد كشف شده‌اي است كه بين ذرات بسيار ريز زنگ كه از ويروس كوچكتر هستند، اتفاق مي‌افتد. Colvin مي‌گويد: در ابتدا تصور مي‌شد اين ذرات مغناطيسي كوچك با يك ميدان مغناطيسي قوي برهم‌كنش نشان دهند. به دليل اين كه قبلا چگونگي ساخت اين ذرات در اندازه‌هاي مختلف را يافته بوديم، ما تصميم گرفتيم بر روي بزرگي ميدان مغناطيسي مورد نياز جهت بيرون كشيدن اين ذرات از سوسپانسيون تحقيق كنيم. نتيجه كار شگفت‌انگيز بود زيرا نيروي الكترومغناطيسي بزرگي براي به حركت درآوردن نانوذرات لازم نبود و در بسياري از موارد يك آهن‌رباي دستي هم مشكل را حل مي‌كرد.
آزمايشات با استفاده از نمونه‌هاي خالص از ذرات اكسيد آهن هم اندازه در آب به شكل سوسپانسيون انجام شد. يك ميدان مغناطيسي جهت وارد كردن فشار به ذرات براي خارج شدن از محلول مورد استفاده قرار گرفت كه در نهايت آب خالص باقي ماند. تيم Colvin ذرات ريز را بعد از زدودن از آب مورد اندازه‌گيري قرار دادند و توضيح شفافي را ارائه دادند: ذرات بعد از اعمال ميدان مغناطيسي به هم ديگر نچسبيده بودند. Colvin، معتقد است شواهد آزمايشگاهي بيانگر برهم‌كنش مغناطيسي بين خود نانوذرات است.

Doug Natelson يكي از اين محققان معتقد است كه با كاهش اندازه ذره، نيروي مورد نياز براي به حركت درآوردن آن به شدت كاهش مي‌يابد و مدل‌هاي قديمي كه پيش‌بيني مي‌كردند ميدان مغناطيسي بزرگي براي خارج كردن اين ذرات مورد نياز است، بايد تصحيح گردد.
Natelson، معتقد است كه در اين جا نانوذرات بر هم نيرو وارد مي‌كنند. در اين حالت يك آهن‌رباي دستي فشار بر نانوذرات را به آرامي آغاز مي‌كند و حركت آنها را موجب مي‌شود اين نانوذرات به طور مؤثري روي هم تأثير گذاشته و يكديگر را به بيرون آب هل مي‌دهند. Colvin مي‌گويد: اين ويژگي‌ مثالي ديگر از برهم‌كنش‌هاي منحصر به فردي است كه ما در مقياس نانو شاهد هستيم.

به دليل خاصيت معروف آهن در متصل شدن به آرسنيك، گروه Colvin آزمايشات روي آب آلوده به آرسنيك را تكرار كردند و دريافتند كه ذرات آهن، مقدار آرسنيك در آب آلوده را تا زير سطح EPA براي آب آشاميدني آمريكا، كاهش مي‌دهد.

گروه Colvin همكاري با محققاني از گروه Mason Tomson از دانشگاه رايس در بخش مهندسي شهري و محيط زيست، را آغاز كردند تا فناوري زدايش آرسنيك را توسعه دهند. محاسبات اوليه Tomson و Colvin نشان داد كه اين روش مي‌تواند در جاهايي كه فناوري تصفيه آب به شكل‌هاي متداول امكان‌پذير نيست، انجام شود. با توجه به اين كه مواد شروع كننده براي توليد نانوزنگ ارزان هستند، هزينه اين مواد در صورت توليد صنعتي آنها كم است. مواد خام اوليه زنگ و اسيدهاي چرب هستند كه اسيدهاي چرب را مي‌توان از روغن زيتون يا نارگيل تهيه كرد.

تصفيه پساب‌هاي صنعتي

پساب‌هاي صنعتي صنايع شوينده، غني از اکسيژن بيوشيميايي و مواد فعال شيميايي است که بايد در فرايندهاي تصفيه از آب زدوده شود. يکي ديگر از موادي که در پساب‌هاي صنعتي فراوان يافت مي‌شود مواد نامحلول روغني شامل روغن‌ها و گريس‌هاست. حضور اين مواد فرايند پالايش آب را دچار مشکل مي‌کند. يکي از روش‌هاي اقتصادي براي تصفيه اين مواد، استفاده از سيستم‌هاي ترکيبي ميکروفيلتراسيون-نانوفيلتراسيون است. در اين سيستم‌ها از ميکروفيلتراسيون براي زدودن ذرات معلق مانند روغن‌ها و گريس‌ها و از نانوفيلتراسيون براي حذف پاک‌کننده‌ها استفاده مي‌شود.
تصفيه فاضلاب‌ها

محققان دانشگاهUniSA در استراليا به دنبال توسعه روش منحصر به فردي براي تصفيه فاضلاب‌ها هستند که بدون استفاده از مواد شيميايي گران قيمت، کيفيت آب را بيشتر از روش‌هاي موجود بهبود مي‌بخشد. آخرين مرحله تصفيه آب، حذف موجودات زنده بسيار ريز است. در حال حاضر از کلر به عنوان ماده ضدعفوني‌کننده استفاده مي‌شود، ولي در اين حالت حتي بعد از تصفيه هم ترکيبات ارگانيک زيادي در آب حضور دارند. کلر موجودات زنده ريز را از آب حذف مي‌کند، ولي با آلاينده‌هاي ارگانيک واکنش داده، محصولات جانبي تجزيه‌ناپذير و سمي توليد مي‌کند که نمي‌توان آنها را از آب حذف کرد. انتقال اين مواد به محيط‌زيست و استفاده از آنها در کشاورزي و ديگر صنايع مي‌تواند مشکلات بهداشتي جدي ايجاد کند.

تصفيه فاضلاب به کمک نانوکاتاليزور نوري مي‌تواند جايگزين سومين مرحله تصفيه يعني ضد عفوني با کلر شود تا موجودات زنده ريز و ترکيبات آلي را به طور همزمان حذف و فاضلاب را به يک منبع آب مناسب تبديل کند. به طور طبيعي موجودات زنده ريز، ترکيبات ارگانيک بزرگ را کوچک‌تر مي‌کنند؛ اما از آنجا که اين ترکيبات به طور زيستي تجزيه ناپذيرند، ما مجبور به استفاده از نوعي انرژي براي تجزيه آنها هستيم. اين انرژي از اشعه فرابنفش نور خورشيد گرفته مي‌شود و به همراه کاتاليزورهاي نوري مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

انرژي توليد شده از واکنش سلول کاتاليزوري نوري مي‌تواند موجودات زنده ريز را کشته و ترکيبات تجزيه‌ناپذير را تجزيه کند. اين فرايند به دليل امكان استفاده مجدد از كاتاليزورهاي نوري، بسيار مقرون به صرفه است . ذرات کاتاليزوري چه به صورت همگن در محلول پراکنده شده يا روي ساختارهاي غشايي رسوب داده شده باشند، مي‌توانند ما را از تجزيه شيميايي آلاينده‌ها مطمئن سازند.

اثر افزودن فلزات مختلف در بهبود فعاليت کاتاليزوري شناخته شده است و دانشمندان از آن در حذف تري‌کلرواتيلن (TCE) از آب‌هاي زيرزميني استفاده کرده‌اند. تحقيقات مرکز فناوري‌نانوي زيست‌محيطي (CBEN) دانشگاه‌ رايس نشان مي‌دهد نانوذرات طلا و پالاديم، کاتاليست‌هايي بسيار مؤثر براي حذف آلودگي‌TCE از آب هستند.

مزيت‌هاي حذف TCE با پالاديم به خوبي مشخص است ولي اين روش تا حدودي پرهزينه است. با به کارگيري فناوري‌نانو مي‌توان تعداد اتم‌هاي در تماس با مولکول‌هاي TCEو در نتيجه کارايي اين کاتاليست را چندين برابر کاتاليست‌هاي رايج افزايش داد. TCE حلال رايج در روغن زدايي از فلزات و قطعات الکترونيکي، يکي از مواد آلي سمي رايج در منابع آب است و در 60 درصد پسماندهاي صنعتي به عنوان آلودگي وجود دارد. تماس آن با بدن باعث صدمه زدن به کبد و بروز سرطان مي‌شود. کاتاليست‌هاي شيميايي نسبت به کاتاليست‌هاي زيستي بسيار سريع‌تر عمل مي‌کنند ولي بسيار گران هستند. يکي از مزيت‌هاي کاتاليست‌هاي پالاديم براي تجزيه TCE اين است که پالاديم، اين ماده را مستقيماً به ماده غيرسمي اتان تبديل مي‌کند. در حالي که کاتاليست‌هاي رايج مانند آهن، آن را به برخي مواد واسطه سمي مانند وينيل‌کلرايد تبديل مي‌کنند.

محققان دانشگاه رايس روش جديدي را توسعه داده‌اند که طي آن نانوبلورهاي تيتانيوم با سطح ويژه بالا (بيش از 250 m²/g  براي حذف آروماتيک‌هاي آلي توليد مي‌شوند. اين مواد تحت تابش اشعه فرابنفش، قابليت اکسيداسيون نوري بسياري از مولکول‌ها را پيدا مي‌کنند.
همچنين C₆₀ کاتاليزور نوري بسيار خوبي است که کارايي آن صدها برابر بيش از تيتانياي موجود در بازار است. توليد راديکال آزاد به وسيله C₆₀ متراکم در آب، امکان تجزيه آلاينده‌ها را فراهم مي‌کند.

 

تصفيه هوا و آب با استفاده از فناورى نانو

تصفيه هوا و آب با استفاده از فناورى نانو

شرکت آمريکايى Argonide در حال استفاده از نانوفيبرهاى اکسيدآلومينيوم با اندازه 2 نانومتر براى تصفيه‌ آب است.فيلترهايى که از اين فيبرها ساخته شده‌اند، مى‌توانند ويروس‌ها، باکترى‌ها و کيست‌ها را از بين ببرند.

شرکت فرانسوى خدمات شهرى Generale des Eaux يک فناورى نانوفيلتراسيون، را با همکارى شرکت Dow chemical در آمريکا توسعه داده است.

يک شرکت‌ فرانسوى سيستم اولترافيلتراسيون، با سوراخ‌هايى به اندازه 0.1 ميکرون در يکى از کارخانجات خود در خارج از پاريس نصب و راه‌اندازى کرده است.

شرکت آمريکايى RainDance WaterSystems فعال در زمينه سيستم‌ها و تجهيزات تصفيه آب است. نانوفيلترهاى اين شرکت قادر به جداسازى سختى‌هاى آب مانند کلسيم و منيزيم و همچنين باکترى‌ها، ويروس‌ها و ترکيبات آلى هستند. علاوه بر اين، اين نانوفيلترها توانايى جداسازى آفت‌کش‌ها و آلودگى‌هاى آلى از آب‌هاى سطحى و زيرزمينى را دارند.

شرکت هلندى Lenntech Water SLuchtbehandeling Holding B.V يک شرکت در زمينه طراحى و توليد سيستم‌هاى تصفيه آب و هوا است. اين شرکت با استفاده از فناورى نانو مولکولى براى تصفيه آب‌هاى آشاميدنى،‌ تجارى و صنعتى،‌امکان توسعه سيستم‌هاى کارآمد، کم هزينه و بدون آسيب براى محيط زيست را فراهم مى‌کند.

اولين محصول اين شرکت بر مبناى اين فناورى با نام تجارى PS-S عرضه و از اين محصول براى جداسازى کلسيم استفاده شده است. دومين محصول اين شرکت ISF92 نام دارد که از آن براى تصفيه آهن استفاده کرده است.

شرکت آمريکايى GE Water and Process Technologies سازنده سيستم‌هاى متحرک بهبود کيفيت آب براى کاربردهاى مختلف است و در روش‌هاى فليتراسيون خود از نانوفيلتراسيون نيز استفاده مى‌کنند.

شرکت آمريکايى Applied Membranes اجزاى سيستم‌ها و غشاهاى اسمز معکوس توليد مى‌کند. اين شرکت توليد‌کننده و توزيع‌کننده اجزا، سيستم‌ها و غشاهاى اسمز معکوس براى کاربردهاى تجارى و خانگى است. غشاهاى توليدى جزء CTA/CAB.Thin Film اولترا فيلتراسيون، نانوفيلتراسيون و ميکروفيلتراسيون هستند. اين شرکت دو نوع نانوفيلتر با نام‌هاى NF3 و NF9 توليد مى‌کند.

شرکت Dow Chemical Company در آمريکا توليد کننده محصولات شيميايى، کشاورزى، پلاستيکى و خدمات در صنايع مختلف است. محصولات اين شرکت در حوزه آب ، شامل مواد افزودنى به آب براى کاربردهاى گوناگون، انوع لوله‌هاى انتقال آب و سيستم‌هاى تصفيه است. مهم‌ترين کاربرد فناورى نانو در اين شرکت در سيستم‌هاى تصفيه آب است که شامل رزين‌هاى تبادل يونى و غشاهاى اسمز معکوس مى‌گردد. غشاهاى توليد شرکت با نام تجارى FILMTEC در روش‌هاى اسمز معکوس و نانوفيلتراسيون کاربرد دارند.

شرکت Koch Membrane Systems نيز در آمريکا توليد کننده سيستم هاى فيلتراسيون غشايى است. محصولات اين شرکت در صنعت آب عبارتند از آب فوق خالص، آب آشاميدنى، تصفيه پساب‌هاى صنعتى و نمک‌زدايى از آب، اين شرکت غشاهاى نانوفيلتر در اشکال لوله‌اى، مارپيچى و صفحه تخت توليد مى‌کند. غشاهاى شرکت با نام‌هاى تجارى SelRO ، SR، TFC و TFC-S به بازار ارائه مى‌شود.

زمينه اصلى فعاليت شرکت KFS Pure Water Systems‌ در آمريکا فروش و ارائه خدمات تجهيزات تصفيه آب است. اين شرکت با سابقه‌اى در حدود 35 سال توليد کننده سيستم‌هاى فيلتراسيون غشايى در سطح بازار جهانى است. دو نوع از غشاهاى توليدى اين شرکت با نام NF90 و NF100 از نوع نانوفيلتراسيون است.

شرکت آمريکايى Wateranywhere در امر سيستم‌ها و تجهيزات تصفيه آب فعال است. محصولات اين شرکت شامل غشاهاى تصفيه آب (اسمز معکوس، نانوفيلتراسيون و اولترافيلتراسيون)‌مواد شيميايى غشاها، تجهيزات مربوط به سيستم‌هاى غشائى و سيستم‌هاى تصفه آب مى‌شود. اين شرکت دو نوع غشاى نانوفيلتر مختلف با قدرت جداسازى 30 و 90 درصد توليد مى‌کند.

فناورى‌هاى به کار رفته در شرکت کانادايى Zenon براى تصفيه آب آشاميدنى شامل ميکروفيلتراسيون، اولترافيلتراسيون نانوفيلتراسيون و اسمز معکوس است.

فعاليت شرکت آمريکايى Dais Analytic Corp در زمينه تجارى‌سازى نانو مواد در صنايع مختلف است. اين شرکت از فناورى نانو در زمينه توليد محصولات با ارزش افزوده بالا در صنايع انرژى، صنايع دفاعى، پوشش دهى و تصفيه آب استفاده کرده و توليد‌کننده غشاهاى نک‌زدايى به منظور توليد آب آشاميدنى، با صرف انرژى کمتر در مقايسه با کارخانجات تقطير يا روش اسمز معکوس است.

شرکت‌ آلمانى Berghof در زمينه محصولات فلوروپلاستيک و تجهيزات آزمايشگاهى و اتوماسيون صنعت فعاليت دارد. اين شرکت نانوفيلترهاى پوسته‌اى مورد استفاده در تصفيه آب‌هاى صنعتى و آشاميدنى توليد مى‌کند.

شرکت Fluxxion در هلند فناورى‌هاى آزمون شده در صنايع نيمه‌هادى و ميکروسيستم را در توليد محصولات ميکروفيلتراسيون پوسته‌اى مورد استفاده قرار مى‌دهد. اين شرکت توليد‌کننده نانوفيلترهاى پوسته‌اى براى فيلتراسيون مايعات در فرايندهاى صنعتى است. شرکت آمريکايى Ememberance Inc توليد کننده مواد پليمرى چند کاربردى و غشاهاى شيميايى و بيولوژيکى است. اين شرکت نانوفيلترهايى توليد مى‌کند که براى تصفيه آب، جداسازى ذرات فلزى، توليد آب فوق خالص و جداسازى ويروس‌ها از مايعات مورد استفاده قرار مى‌گيرند.

شرکت Environmentalcare در چين سيستم‌هاى تصفيه آب و هوا توليد مى‌کند. دستگاه گندزدايى disinfection آب و هواى ساخت اين شرکت به نام Nano - FOTOCIDE بر مبناى اکسيداسيون فوتوکاتاليستى کار مى‌کند و جزو کارآمدترين سيستم‌ها در حذف باکتر‌ها و آلودگى‌ها از آب و هوا به شمار مى‌رود. فناورى آلاينده‌هاى مضر آب و هوا را بدون اضافه کردن مواد شيميايى به آنها از بين مى‌برد، در نتيجه احتمال هرگونه ايجاد منبع آلاينده ديگرى نيز در عمل از بين مى‌رود.

شرکت Bio Nano International در سنگاپور محصولات بيوفناورى نانو دارد. اين شرکت از نانولوله‌هاى کربنى چند لايه به عنوان نانوحسگرها يا نانوبيوحسگرها استفاده مى‌کند. يکى از پروژه‌هاى آموزشى اين شرکت، شناسايى فلزات سنگين (pb2 و cd2) در آب آشاميدنى با استفاده از الکترودهاى نانو لوله کربنى است.

*تصفيه هواى نانويى جهت افزايش عمر سبزيجات و ميوه‌ها

تعيين فرآيند حرارتى و زمان فرآيند براى فرآورى و تبديل انواع ميوه و سبزى موجب افزايش عمر نگهدارى محصولات فرآيند شده تا حداقل 2 سال مى‌شود و با فرآيند و تبديل ميوه و سبزى‌ها مى‌توان ضايعات اين محصولات را حداقل 50 درصد کاهش داد. در اين ميان فناورى نانو با ابداع روش‌هاى نو توانسته است گام مهمى در اين عرصه بردارد.

دليل افزايش ضايعات ميوه‌ به 3 مرحله قبل از توليد، برداشت محصول و بعد از برداشت و در مرحله توزيع و حمل و نقل برمى‌شود. از طرفى شرايط انباردارى نقش بسيار مهمى در افزايش نگهدارى محصولات باغى و کاهش ضايعات دارد. با استفاده از تکنولوژى نانو محيط انباردارى را مى‌توان طورى کنترل کرد که ضايعات محصولات باغى را به حداقل برسد. انباردارى در اتمسفر کنترل شده و استفاده از انبارهاى کم‌فشار با تأثير بر فرآيندهاى تنفس و توليد اتيلن، توسط مواد نانويى جاذب که با مکانيسم‌هاى مختلف در محيط عمل مى‌کنند، عمر نگهدارى محصولات و ضايعات محصولات باغى در طى انباردارى را کاهش مى‌دهد. با اين فناورى از انبارهاى بسيار بزرگ نگهدارى و حمل مواد غذايى گرفته تا يخچال‌هاى خانگى مى‌توان ماندگارى محصولات غذايى را تا چندين برابر افزايش داد که در اين رابطه تمام زنجيره‌ توزيع و نگهدارى تا مصرف کننده از مزاياى آن بهره مى‌برند.

شرکت اسپانيايى Bioconservacion دستگاه‌هايى توليد مى‌کند که با استفاده از مواد نانويى گاز و بخارهايى در انبارهاى صنعتى ميوه‌ها و سبزيجات ايجاد مى‌کنند که به افزايش عمر مواد کمک مى‌کند. علاوه بر اين بسته‌‌هاى کوچکى براى کاربردهاى خانگى دارد که در يخچال قرار مى‌گيرد.

شرکت Nanopac در کره جنوبى در اين زمينه فعاليت دارد. کيت چند منظوره اين شرکت (فيلتر رز) از چند لايه تشکيل شده، طول عمر بالا دارد و با کارايى خوب حاصل از فناورى نانو به عنوان يک نمونه ملموس از نانوتکنولوژى براى مصرف کنندگان عمومى در نظر گرفته شده است. اين کيت با توجه به ابعاد و مشخصات فنى آن جهت کاربرد در مواردى که حذف بو، آلاينده‌ها و ميکروب‌ها مدنظر باشد در نظر گرفته شده است و در داخل يخچال جهت حذف بوهاى نامطبوع و نيز افزايش دوام و حفظ کيفيت مواد غذايى، داخل خودرو جهت بهداشتى کردن هوا از نظر ميکروبى و حذف آلاينده‌هايى چون ترکيبات آلى فرار (voc) ناشى از قطعات پلاستيکى و بوهايى مثل بوى سيگار، داخل سرويس‌هاى بهداشتى جهت جلوگيرى از رشد جرم‌ها و نيز حذف بو و داخل اتاق کودک جهت جلوگيرى از ايجاد يا سرايت برخى بيمارى‌ها کاربرد دارد.