«نانو و محیط زیست»

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
Angel!

عضویت : چهارشنبه ۱۳۸۹/۱۲/۱۸ - ۲۱:۴۳


پست: 2552

سپاس: 955

«نانو و محیط زیست»

پست توسط Angel! »

نانو و محیط زیست

مقدمه

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

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.
تصویر
دنياي شما در اثر تجمع CO2 در حال نابود شدن است با کمک فناوريهاي نوين به فکر نجات آن باشيد
آخرین ویرایش توسط Angel! سه‌شنبه ۱۳۹۱/۵/۱۷ - ۱۶:۱۹, ویرایش شده کلا 1 بار

نمایه کاربر
Angel!

عضویت : چهارشنبه ۱۳۸۹/۱۲/۱۸ - ۲۱:۴۳


پست: 2552

سپاس: 955

Re: «نانو و محیط زیست»

پست توسط Angel! »

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 سيليكون 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.
تصویر
ذرات نانوسيليکون که به عنوان حسگرهاي زيستي استفاده مي شوند

2. 1کاربردهاي 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.
تصویر
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.
تصویر
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 فيلتر هاي 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.

تصویر
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. براي اطلاع از غلظت ترکيبات مجاز در آب آشاميدني به وب گاه زير مراجعه کنيد

تصویر
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.
تصویر


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.


تصویر
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.




+
منبع :http://www.daneshju.ir

ارسال پست