مروری بر کاربرد نانوذرات و نانوکامپوزیت ها در حذف آلاینده های فاضلاب- نادر سلمانی خاص؛ عباس شویدی- مرکز مهندسی عطران

0

نانوکامپوزیت  با توجه به كمبود منابع آب در بسياري از مناطق كشور و افزايش حجم فاضلاب­هاي شهري، استفاده مجدد از پساب تصفيه شده مطابق با استانداردهاي خروجي الزامي بوده و تصفيه مورد نظر بايد تابع ضوابط تدوين شده در هر اجتماع باشد تا از طريق اين مصارف مشكلات بيشتري از نظر زيست محيطي توليد نشود.

فناوري نانو با ارائه راهكارهايي مناسب براي تصفيه آب، فاضلاب و پساب مي­تواند نقشي سازنده در جبران كمبود آب و حفاظت از محيط زيست ايفا كند. اخیراً جذب آلودگی­های ختلف مانند یون­های فلزات سنگین، و رنگ­ها از آب آلوده با استفاده از نانوکامپوزیت­ها بسیار مورد توجه قرار گرفته است که متناسب با نسبت سطح به حجم بالا در آنها می­باشد. نانوکامپوزیت­ها ظرفیت جذب بهتر، گزینش پذیری، و پایداری بیشتری نسبت به نانوذرات دارند.

کلید واژه‌ها: تصفیه فاضلاب، نانوکامپوزیت، نانوذرات

 1– مقدمه

با توجه به كمبود منابع آب در بسياري از مناطق كشور و افزايش حجم فاضلابهاي شهري، استفاده مجدد از پساب تصفيه شده مطابق با استانداردهاي خروجي الزامي بوده و تصفيه مورد نظر بايد تابع ضوابط تدوين شده در هر اجتماع باشد تا از طريق اين مصارف مشكلات بيشتري از نظر زيست محيطي توليد نشود. فناوري نانو با ارائه راهكارهايي مناسب براي تصفيه آب، فاضلاب و پساب ميتواند نقشي سازنده در جبران كمبود آب و حفاظت از محيط زيست ايفا كند.

نانوبيوتكنولوژي حوزة نوظهور علمي و فني است كه گرايشي چند رشته اي ازعلوم (شيمي، علوم زيستي، فيزيك، علوم مواد) است .اين حوزه از يكسو، به فعاليتهاي همگام علوم مواد و بيولوژي اشاره دارد و از سوي ديگر حد فاصل علم فيزيك و بيولوژي است نانوبيوتكنولوژي با سيستمهايي در مقياس نانو كه باراهكار”بالا به پايين”ساخته شده اند (خرد كردن واحدهاي بزرگتر به اجزاء كوچكتر)، يا از روش”پايين به بالا”براي سامان دادن اجزا بهره مي برند، سر و كار دارد.

به طور كلي در يك تقسيم بندي عمومي نانومواد شامل: نانومواد غيرآلي غير فلزي (مانند دي اكسيد تيتانيوم، اكسيد آلومينيوم)، نانو مواد با پايه كربني (مانند نانوتيوب­هاي كربني)، نانوذرات فلزي (مانند نانو ذره نقره)، مواد ذره اي پليمري يا ماكرو مول (دندريمرها) مي­باشد (Raffi و همکاران، 2008).

توسعه روش­های متنوع نانوفیلتراسیون و قابلیت بالای نانوجاذب­ها در از میان بردن آلاینده­های صنعتی از پساب­ها امید زیادی را در میان صنعتگران و دوستداران محیط­زیست ایجاد کرده است. در روش­های مختلف از نانومواد متخلخل، غشاهای نانوساختار، نانوذرات جاذب و روش­های مکانیکی مبتنی بر پدیده های نانومقیاس برای کاهش سختی و بهبود کیفیت آب و همچنین برای حذف آلاینده­ ها از پساب­های صنعتی استفاده می­شود.

پساب تولیدی صنایع رنگ و رزین و پوشش دارای مقادیر زیادی از مواد شیمیایی مخرب و خطرناک هستند و توسعه فناوری نانو به افزایش ایمنی این پساب­ها و رسیدن به استانداردهای بین­المللی محیط زیست کمک شایانی می­کند. در ایران نیز محصولات و فناوری­های متنوعی در این خصوص توسعه داده شده­اند. نانوکامپوزیت

2- كاربرد نانو ذرات

با در نظر گرفتن مشكلات روش­هاي متعارف تصفيه فاضلاب، نانوذرات مي­توانند براي توليد آب آشاميدني سالم، از بين بردن ميكروارگانيزم­هاي بيماري­زا و بهبود كيفيت آب توليدي و پساب تصفيه شده به كار روند. مهمترين ويژگي نانوذرات كه كاربرد آنها را در اين امر ممكن مي­سازد، اثر اين ذرات در جلوگيري از رشد ميكروبي و تخريب بافت ميكروبي مي­باشد. نانوکامپوزیت

از طرفي استفاده از گندزاهاي متداول منجر به افزايش مقاومت ميكروارگانيزم­ها در برابر ماده گندزدا و همچنين اثرات بد جانبي آنها مي باشد. در بين نانو ذرات، نقره به علت كاربردهاي فراوان و هزينه كم توليد بيشتر مورد توجه قرار گرفته و هم اكنون در علوم داروسازي و پزشكي، تصفيه آب، گندزدايي، صنايع رنگ و روكش، نساجي، بسته بندي مواد غذايي استفاده مي شود (Dastjerdi و همکاران، 2010). نانوکامپوزیت

نانو ذرات با داشتن خاصيت ضد ميكروبي مي­توانند جهت كاهش گرفتگي بيولوژيكي در تركيب با بيوراكتورهاي غشايي استفاده گردند. ذرات نانو داراي دو خاصيت مي­باشند كه آنها را مانند “جاذب­ها”، جذاب مي­كند. در نگاه كلي­تري، آنها سطح ويژه بيشتري از اكثريت ذرات دارند. ذرات نانو همچنين مي­توانند كاربرد خود را به وسيله گروه­هاي شيميايي متنوع بالا ببرند تا بتوانند اثر خود را در برابر تركيبات هدف، افزايش دهند. مشخص شده است كه از خصوصيات منحصر به فرد ذرات نانو، توسعه ظرفيت بالا و جذب انتخابي براي يون­ها و آنيون­هاي فلزي مي­باشد. نقره تك ظرفيتي و تركيبات نقره به عنوان تركيبات آنتي ميكروبي براي كليفرم در آب و فاضلاب استفاده شده است.

نانوکامپوزیت  عملكرد نانو كريستال­هاي نقره شامل خواص آنتي ميكروبي، آنتي بيوتيكي و آنتي قارچ، در تركيب با پوشش­ها، نانوفيبرها، نوار باندهاي كمكهاي  اوليه، پلاستيك­ها، صابون و منسوجات مي­باشد. همچنين در بخش درمان برخي ويروس­ها، پارچه­هايي كه خودشان تميز مي­شوند، نانوکامپوزیت

فيلر رسانا و در سيم نانو و كاتاليزورهاي مشخص ديگري نيز استفاده مي­شوند. گزارش شده است كه ذرات نانو نقره، در برابر باكتري­هاي گرم مثبت و گرم منفي ميكروب كش  مي­باشند. اين باكتري­ها عبارتند از Klebsiella pneumoniac ، Staphylococcus ،Escherichia coli و Pseudomonas aeruginosa (Kim و همکاران، 2007).

اگرچه كه توده زينك اكسيد نمي­تواند آرسنيك را جذب كند، نانوذرات زينك اكسيد براي زدودن آرسنيك از آب استفاده شده­اند. مطالعات براساس سطح ويژه نشان داده كه، گنجايش جذب مديا با نانوذرات بيش از دو برابر اين گنجايش جذب در مديا هيدرواكسيد آهن كه عموماً در تصفيه آب به كار مي­رود، است (Jain و همکاران، 2009).

نانو ذرات مغناطيسي مي­توانند به طور كامل و كافي باكتري­ها را گير بياندازند زيرا ضريب بالاي سطح آنها به سادگي منطقه تماس و درگيري بيشتر را فراهم مي­كند. هيدرواكسيد آهن يك اصطلاح عمومي براي گروه تركيبات مغناطيسي آهن اكسيد مي­باشد.

هيدرواكسيدهاي آهن داراي ويژگي­هاي مغناطيس شده به صورت خودكار است و مواد حلال بلوريني كه تنها در اسيدهاي قوي حل مي­شوند، مي­باشد.

اتم­هاي آهن مي­تواند به وسيله مقدار زيادي يون­هاي فلزي ديگر جايگزين شوند بدون اينكه هيدرواكسيد آهن ساختار اسپينلِ آن را تغيير دهند. نانوکامپوزیت

هيدرواكسيدهاي آهن مختلف و آهن طبيعي در حالت دست­هاي براي زدودن آكتينيدها و فلزهاي سنگين از فاضلاب نانودات يا پودرنانو، ذرات كروي يا ذرات فلزي با سطوح وجهي و ساختار (Fe) استفاده مي­شدند. نانوکامپوزیت

در بيشتر عمليات تصفيه فاضلاب، فلزات در نقش فلز هيدروكسيد شده چون قابليت حل پاييني دارد، حذف مي­شوند. اكسيد آهن و تيتانيوم دي­اكسيد جاذب­هاي خوبي براي آلاينده­هاي فلزي هستند. كاهش انتقال نمك فلزات، قديميترين، آسانترين و گسترده­ترين روش براي آماده­سازي نانو ذرات فلزي است (Tiwari و همکاران 2008).

نانو نقره با داشتن قابليت برقراري پيوند با ديواره سلولي، پلاسماي غشا باكتري و نيز نفوذ به درون سلول باكتري، منجر به تغيير و تخريب در ساختار سلول و در نهايت مرگ آن مي­شود. نانو ذرات اكسيد فلزي، براساس نسبت سطح به حجم، خاصيت ضد باكتريايي متفاوتي از خود نشان مي­دهند. نانوکامپوزیت

باكتري­هاي گرم مثبت در مقايسه با باكتري­هاي گرم منفي در مقابل نانو ذرات فلزي، مقاومت بيشتري از خود نشان مي­دهند كه اين مي­تواند به ساختار ديواره سلولي ارتباط داشته باشد. تحقيقات متعدد، مبتني بر واكنش­هاي احتمالي بين نانو ذرات با ماكرو مولكول­هاي موجودات زنده انجام گرفته است.

اختلاف بين بار منفي ميكروارگانيسم و بار مثبت نانو ذره، به صورتي­كه الكترومغناطيس جاذب بين ميكروب و نانو ذره عمل كرده و باعث اتصال نانو ذره به سطح سلول شده و در نتيجه مي­تواند باعث مرگ سلول شود. در نهايت تعداد زيادي از اين تماس­ها منجر به اكسيد شدن مولكول­هاي سطحي ميكروب­ها و مرگ سريع آنها مي­شوند (Hajipour و همکاران، 2012).

احتمال داده مي­شود يون­هاي آزاد شده از نانومواد با گروه­هاي تيول (SH‐) پروتئين­هاي سطحي سلول­هاي باكتريايي واكنش دهند. تعدادي از اين پروتئين­هاي غشاي سلول­هاي باكتريايي عمل انتقال مواد معدني از سطح ديواره را به عهده دارند؛ كه نانو مواد با اثر بر روي اين پروتئين­ها باعث غير فعال شدن و نفوذ ناپذيري غشا مي­شوند.

غير فعال شدن تراوايي غشا در نهايت باعث مرگ سلول مي شود. همچنين نانو مواد چسبيدن سلول باكتري و تشكيل بيوفيلم را به تاخير مي­اندازند كه اين عمل باعث مي­شود گروهي از باكتري­ها نتوانند تثبيت شوند و تكثير يابند.

در تحقيقات انجام شده اثر نانوذرات بر باكتري­ها مورد مطالعه قرار گرفته است و نشان داده شده كه تركيب نانوتكنولوژي و بيولوژي مي­تواند منجر به توليد باكتري كش­هاي جديدي گردد. سلول­هاي باكتريايي در تماس با نقره با مصرف آن دچار اختلال عملكردي شده و آسيب مي­بينند (Lin و همکاران، 2007).

نکته حایز اهمیت آن است که باکتری‌ها نسبت به این ذرات مقاومت پیدا نمی‌کنند. بنابراین اثرگذاري بر طیف وسیعی از باکتری‌ها میسر خواهد بود. به علاوه این ذرات پس از اثر در نقطه هدف بر میکروارگانیزم‌هاي دیگر نیز تأثیر می­گذارند (Richter و همکاران، 2015).

در تحقیقات انجام شده در خصوص نانوکامپوزیت پلیمری نقره، مزایا، مشکلات، کاربرد‌‌ها و نیز بهبود عملکردی این ذرات از طریق تغییر خصوصیات آنها مورد بررسی قرار گرفته است (Dallas و همکاران، 2011). نانوکامپوزیت

نانو ذرات اکسید فلزی بر اساس نسبت سطح به حجم، خاصیت ضد باکتریایی متفاوتي ازخود نشان می‌دهند. تحقیقات متعددی مبتنی بر واكنش‌هاي احتمالی بین نانو ذرات و ماکرو‌مولکول‌های موجودات زنده انجام پذیرفته‌اند.

نانوذرات برای بهبود خاصیت ضد باکتریایی و کاهش گرفتگی بیولوژیکی به طور وسیعی مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج مطلوبی حاصل شده است (Kim و Vander Bruggen، 2010). در این بین نقره به علت عملکرد ضد باکتریایی مناسب و کم خطر بودن برای سلامتی بشر کاربرد گسترده ای یافته­ است (Lin و همکاران، 2013). نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد که در صورت حضور نانو ذرات نقره روی صفحه آگار، از رشد باکتری اشرشیا کلی به طور کامل جلوگیری به عمل می‌آید. البته این تأثیر بازدارندگی، هم به غلظت نانوذرات نقره و هم به [1]CFU باکتری مورد آزمایش بستگی دارد.

با استفاده از CFU نزدیک به واقعیت در تحقیق مذکور نتیجه گیری شده که این ذرات از اثر ضد میکروبی و کارایی بالا در جلوگیری از رشد میکروبی برخوردارند. ساندی و همکاران، مکانیسم اثر نقره بر باکتری را ناشی از عدم امکان تکثیر DNA و غیر فعال شدن پروتئین سلولی در حضور نانوذرات نقره می‌دانند.

در نتایج تحقیقات دیگری، خاصیت میکروب‌کشی نانوذرات به دلیل جذب الکترواستاتیکی بین بار منفی باکتری و بار مثبت نانوذره اعلام شده است. تغییرات و آسیب جدی وارده به غشا میکروبی در حضور نانوذرات فلزی، احیا کننده قوی، تحت عنوان تشکیل حفره در سطح غشا که منجر به تغییرات و تخریب ساختاری و در نهایت مرگ سلول می گردد (Sondi و همکاران، 2004 و Franci و همکاران، 2015).

در مطالعه­اي كه بر روي نانو ذرات نقره در درمان زخم باز و سوختگي صورت گرفته نشان مي­دهد كه 20 پي پي ام سوسپانسيون كلوئيدي نقره با قطر 30 نانومتر داراي 100 درصد كارايي در درمان مالاريا مي­باشد (Baltomore، 2008). نانوکامپوزیت

کاربرد نانوکامپوزیت­ها

توانایی وارد کردن مواد نانومقیاس در کامپوزیت­ها امکان تولید مواد جدید با ویژگی­های بهبودیافته را فراهم می­نماید؛ می­توان ویژگی­های این مواد جدید را برای کاربردهای خاصی همچون سامانه­های فیلتراسیون تنظیم کرد. این سامانه­های جدید مبتنی بر فناوری نانو دارای طول عمر طولانی­تر، هزینه کلی پایین­تر، نیاز کمتر به تعویض، و اثرات زیست محیطی ضعیف­تری هستند.

نانوکامپوزیت­ها ممکن است شامل محیط متخلخل، ژل­ها، کلوئیدها و کوپلیمرها باشند. نانوکامپوزیت­ها ترکیب جامد از توده زمینه و فاز نانومقیاس هستند که به دلیل تفاوت در شیمی ساختاری خواص گوناگونی دارند. خصوصیات مکانیکی، الکتریکی، نوری، حرارتی، الکتروشیمیایی و کاتالیزوری نانوکامپوزیت­ها به­طور قابل توجهی از مواد آغازی متفاوت هستند.

خواص مواد نانوکامپوزیتی نه تنها به خواص اجزاء بلکه به مورفولوژی و ویژگی­های سطحی آنها نیز بستگی دارد. نانوکامپوزیت تشکیل شده از ذرات فلزی پراکنده در پلیمر و سرامیک یا زمینه شیشه­ای کاربرد مهمی در زمینه های کاتالیزوری و الکترونیک دارد (Xiaolei، 2013).

نانوکامپوزیت­ های پلی آنیلین جهت حذف سولفات­ها استفاده می­شوند. پرکلرات­ها را می­توان با استفاده از نانوکامپوزیت­های گرافن پلی­ پیرول حذف نمود. نانوکامپوزیت­های زیست تخریب پذیر دسته بزرگی از مواد با کارایی بالا هستند که کاربردهای بالقوه متنوع دارند.

در پایان چرخه حیات، چنین موادی به دی اکسیدکربن، آب، و خاک گیاه از طریق فعالیت میکروارگانیسم تجزیه می­شوند. نانوکامپوزیت­ها نه تنها بعنوان یک جاذب موثر در حذف آلاینده­ها از پساب عمل می­کنند بلکه به عنوان یک بستر بسیار مناسب برای نانوذرات طلا به منظور حذف 2+C از طریق فرآیند اکسایش کاتالیزوری نیز می­باشند. برتری تصفیه آب با استفاده از نانوکامپوزیت­ها نسبت به دیگر فنآوری­های تصفیه آب اثبات شده است .

فعالیت­های صنعتی مانند تولید کاغذ، فرآوری مواد معدنی، صنایع پتروشیمی، و فعالیت­های استخراج معدن، مقادیر زیادی از فاضلاب غنی شده با سولفات را ایجاد می­کنند. سولفات­ها موجب خوردگی مجرای فاضلاب در طول تخلیه فاضلاب می­شوند. تولید سولفید از نظر ایمنی و همچنین نگهداری هیدروژن سولفید به عنوان یک گاز سمی دشوار است به خصوص هنگامی که آن اکسید می­شود و منجر به تشکیل دی اکسید گوگرد می­گردد که آن نیز به اسید سولفوریک تبدیل شده و باعث خوردگی فلزات می­شود. سولفید یک آلاینده فاضلاب است و همچنین مقدار اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی را تحت تاثیر قرار می­دهد.

همچنین وجود آن موجب مشکلات جدی در طول تصفیه بیهوازی فاضلاب می­شود. روش­های مختلفی برای حذف سمیت از فاضلاب پیشنهاد شده است.

یکی از روش­های مناسب برای حذف سولفید از فاضلاب فرآیند جذب سطحی است. نانوکامپوزیت پلی آنیلین یک جاذب مناسب برای حذف سولفید از فاضلاب می­باشد (Tait و همکاران، 2009 و Marina و همکاران، 2009).

پرکلرات­ها اثرات قابل توجهی روی سلامتی انسان دارند. آنها می­توانند از جذب ید در غده تیروئید و اثرات تولید هورمون تیروئید جلوگیری کنند. بنابراین حذف پرکلرات از آب ضروری است. حذف پرکلرات­ها از آب به وسیله روش­های جداسازی معمول دشوار است. نانوکامپوزیت

روش تبادل یون الکتریکی بعنوان یک فنآوری جداسازی سبز برای حذف یون­های پرکلرات از آب توسعه یافته است. یک نانوکامپوزیت گرافن پلی پیرول جدید به عنوان مبدل یون الکتریکی مناسب برای حذف پرکلرات به کار گرفته شده است.

دانشگاه کالیفرنیا در حال تجاری­سازی دسته جدیدی از غشاهای نانوکامپوزیتی آبگریز و با میزان کثیف­شدگی پایین برای اسمز معکوس است تا از آن­ها در نمک­زدایی از آب دریا و خالص­سازی آب استفاده شود. در تولید این غشاها نانوذرات ابرآبگریز با استفاده از فرایند جدیدی سنتز شده و سپس در یک فیلم نازک پلی آمیدی که روی یک بستر اولترافیلتراسیونی پلی سولفونی قرار گرفته است، مورد استفاده قرار می­گیرند. نانوکامپوزیت

پژوهشگران بر این باورند که بر خلاف روش­های دیگر تغییر سطحی غشاها، می­توان از فرایندهای تولید تجاری غشاها که در حال حاضر استفاده می­شوند، برای اجرای این روش بهره برد (Amouamouha و Badalians، 2017). به علاوه، امکان انتخاب یا تغییر ویژگی­های نانوذرات مورد استفاده در این روش وجود دارد که این قابلیت می­تواند به ایجاد خواص مختلفی همچون واکنش پذیری شیمیایی، فعالیت ضدباکتریایی، و حرکت ارتعاشی روی سطوح غشاها منجر شود.

بررسی هایی که روی غشاهای نانوکامپوزیتی فیلم نازک صورت گرفته است نشان می­دهد که این غشاها می­توانند از طریق افزایش تراوایی و با مصرف انرژی کمتر نسبت به غشاهای اسمزی موجود، آبی تولید کنند که کیفیت آن معادل یا بهتر از آب تولید شده توسط این غشاهاست. نانوکامپوزیت

روش‌های تولید نانوکامپوزیت به دو گروه فیزیکی و شیمیایی تقسیم می‌گردد. مسأله اصلي در تهيه اين نوع غشاها، ايجاد اتصالات عرضي مناسب بين دو فاز آلي و غيرآلي است. وجود فضاهاي خالي در فصل مشترك فازهاي آلي و غيرآلي موجب ايجاد نقص در غشا گشته و شديداً بر عملكرد غشا از لحاظ عبور دهي و انتخاب‌پذیری تاثيرات منفي خواهد گذاشت.

با اصلاح سطح چه به صورت فیزیکی و چه شیمیایی، خواص شیمیایی غشا، مورفولوژی و ساختار منافذ آن می‌تواند تغییر کند و منجر به بهبود عبوردهی و انتخاب‌پذیری گردد (Yin و Deng، 2015). روش‌های بسیاری برای نایل آمدن به این هدف وجود دارد که خلاصه‌ای از آنها به شرح زیر است:

الف- روش‌های فیزیکی شامل روش ترسیب بخار شیمیایی (CVD)، روش ترسیب بخار فیزیکی (PVD)، روش رسوب بخار شیمیایی بهبود یافته با پلاسما و روش رسوب بخار شیمیایی در فشار کم و زیاد می‌باشد. روش‌های فیزیکی یا همان لایه نشانی خود به روش­­های متفاوتی نظیر لایه نشانی به روش تبخیر حرارتی، لایه نشانی به روش تبخیر با باریکه الکترونی، لایه نشانی به روش کندوپاش  لایه نشانی به روش کندسوز لیزری، لایه نشانی به روش برآرایی، لایه نشانی چرخشی و غوطه وری انجام می‌پذیرد (Institute of Polymer Research).

ب- روش­های شیمیایی به سه روش عمده‌ی ساخت غشاهاي نانوكامپوزيت زمينه مختلط شامل تركيب نمودن محلولي، پليمريزاسيون درجا و روش سل-ژل  تقسیم می‌گردد (Cong و همکاران، 2007).

  • نتیجه گیری

آب سالم برای سلامتی انسان ضروری است و همچنین یک ماده خام حیاتی در بسیاری از صنایع کلیدی نظیر الکترونیک ، دارو و مواد غذایی محسوب می شود. جهان با چالش های زیادی در افزایش تقاضا برای آب سالم به عنوان منابع موجود آب شیرین روبرو است که با توجه به موارد ذیل در حال کاهش می باشد (الف) گسترش وقوع خشکسالی، (ب) افزایش رشد جمعیت، (ج) تشدید و بهبود مقررات بهداشتی و سرانجام (د) افزایش رشد مصرف آب. نانومواد دارای چندین ویژگی فیزیکوشیمیایی کلیدی هستند که آنها را بویژه به عنوان فیلترهای جداکننده برای تصفیه آب جذاب می­سازد.

آنها دارای سطح بسیار وسیعتری از ذرات توده هستند. همچنین نانومواد می­توانند با گروه­های شیمیایی مختلف برای افزایش میل به یک ترکیب مشخص ترکیب شوند. نانوکامپوزیت

تصور بر اين است که هر چه پیشرفت­های بیشتري در تولید نانو مواد مقرون به صرفه­تر و سازگارتر با محیط زیست حاصل شود، از این نانو مواد مي­توان به عنوان اجزا كليدي سیستم­های تصفیه آب صنعتی و عمومی استفاده نمود. توسعه غشاهای هوشمند با سطوح مقاوم به بیوفیلم و سنسورها و یا  محرک­هاي تعبیه شده که می­توانند به صورت خودکار عملکرد غشاء را تنظیم نمايند، به عنوان گزينه منتخب و هدف كليدي بلند مدت براي شیرین نمودن و تصفیه آب در کشورهای پیشرفته محسوب می­شوند. دفتر آبادانی و آزمایشگاه ملي ایالات متحده نقشه راه برای نیل به این هدف را تهیه نموده است. پیش بینی­ها حاكي از این است که نانو مواد اجزای کلیدی چنين غشاهایي خواهند شد. افزودن كنترل شده این نانوذرات در داخل آب­های سطحی در معرض نور خورشید می­تواند کربن آلی آزاد شده از طریق تخریب فتوشیمیایی اکسیدان را به ميزان قابل توجهی کاهش دهد. در کوتاه مدت، همچنين پیش بینی می­گردد که نانومواد در حل مشکلات ناشی از تصفيه آب كمك خواهند كرد كه شامل موارد ذيل مي­باشند:

(1) شیرین نمودن آب شور (2) بازیابی یون­های فلزی با ارزش و سمی از غشا كه در کاهش درجه شوري موثر می­باشد، (3) توسعه بیوسایدهای بدون كلر و (4) تصفیه آب آلوده به آلاینده­های سمی مانند پرکلرات، مواد و تركيبات دارويي نظیر ترکیبات مختل کننده  فعالیت غدد درون ریز. نانوکامپوزیت

یک رویکرد امیدوار کننده برای پیشبرد کاربردهای نانومواد گسترش مواد نانوکامپوزیت است که هم از ویژگی‌های ماده‌ی میزبان استفاده می‌کنند و هم از خصوصیات نانومواد اشباع شده بر روی میزبان استفاده می‌کند.

میزبان‌هایی مثل پلیمرها، بیوپلیمرها، معدنی‌ها، کربن‌های فعال یا غشاء‌ها می‌توانند پراکنندگی و پایداری نانوذرات موجود در خود را تسهیل کنند. آنها همچنین می‌توانند انتقال یا نفوذ آلاینده‌ها به میزبان را بهتر کنند و برهم‌کنش‌های بین‌وجهی را بهتر کنند. نانوکامپوزیت‌ها می‌توانند به‌خوبی رهایی نانوذرات در آب را بهتر کنند. نانوکامپوزیت

به‌علاوه، نانوکامپوزیت‌ ها می‌توانند تطابق فناوری نانو با فناوری‌هایی که امروزه استفاده می‌شود را بهبود ببخشند. محققان معتقدند نانوکامپوزیت‌ ها تغییرات زیادی در فناوری‌های تصفیه‌ی آب بوجود خواهند آورد. کارهای آینده باید فهم برهم‌کنش‌های بین نانوذرات ساکن و میزبان را عمیق‌تر کند، تکنیک‌هایی برای ساخت میزبان و دستکاری نانوذرات گسترش دهد و طراحی نانومواد چندکاره را منطقی‌تر کند.

در این میان، خطرها و اثرات نانومواد در محیط زیست باید مورد بررسی قرار گیرد و سنتز آنها از راه شیمی سبز برای کم کردن اثرات مخرب زیست محیطی باید به صورت موازی پیگیری شود. پروتکل‌ها و رهنمودهایی برای کنترل استفاده از نانومواد برای کمینه کردن اثرات آنها برای سلامت انسان و محیط زیست باید تهیه شود. انتظار می‌رود که این پروتکل‌ها، استانداردها و رهنمودها بر اساس فهم عمیق ما از اثرات نانو تهیه شوند.

از طرفی نانوکامپوزیت­ های برپایه مواد گیاهی و طبیعی انواع جدیدی از مواد دارای خواص متنوع هستند. نانوکامپوزیت­های زیست تخریب پذیر منابع بالقوه­ای برای کاربردهای تصفیه آب و حذف رنگ­های سمی از پارچه، چرم و پساب­های صنعتی می­باشند. کامپوزیت­ های بر پایه­ی مواد طبیعی به آسانی از طریق فعالیت میکروبی به دی اکسیدکربن، آب و خاک گیاه تجزیه می­شوند بدون اینکه هیچ گونه آسیبی به محیط زیست وارد نماید. همچنین در پلی آنیلین و نانوکامپوزیت­های گرافن پلی پیرول برای حذف یون­های سولفات و پرکلرات از فاضلاب نیز استفاده می­شوند. بنابر این تصفیه آب از طریق نانوکامپوزیت­ها نسبت به روش­های دیگر بهتر و مناسب­تر است.

 

منابع

Raffi, M., Hussain, F., Bhatti, T.M., Akhter, J.I., Hameed, A. and Hasan, M.M., (2008) “Antibacterial Characterization of Silver Nanoparticles against E-Coli ATCC-15224”, Journal of Materials Science & Technology, Vol. 24, No.2.

Dastjerdi, R., Montazer, M.,(2010) “A review on the application of inorganic nano-structured materials in the modification of textiles: Focus on anti-microbial properties”, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, Vol. 79, 5–18.

Kim, J., and Van der Bruggen, B. (2010). “The use of nanoparticles in polymeric and ceramic membrane structures: review of manufacturing procedures and performance improvement for water treatment”. Environmental Pollution, 158(7), 2335-2349.

Tiwari, D.K., Behari, J. and Sen, P., (2008) “Application of Nanoparticles in Waste Water Treatment”, World Applied Sciences Journal, Vol.3 (3), 417-433.

Hajipour, M. J., Fromm, K. M., Ashkarran, A. A., de Aberasturi, D. J., de Larramendi, I. R., Rojo, T. and Mahmoudi, M. (2012). “Antibacterial properties of nanoparticles”. Trends in biotechnology, 30(10), 499-511.

Li, J. H., Shao, X. S., Zhou, Q., Li, M. Z., and Zhang, Q. Q. (2013). “The double effects of silver nanoparticles on the PVDF membrane: surface hydrophilicity and antifouling performance”. Applied Surface Science, 265, 663-670.

Dallas, P., Sharma, V. K. and Zboril, R. (2011). “Silver polymeric nanocomposites as advanced antimicrobial agents: classification, synthetic paths, applications, and perspectives”. Advances in colloid and interface science, 166(1), 119-135.

Sondi, I., and Salopek-Sondi, B. (2004). “Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E. coli as a model for Gram-negative bacteria”. Journal of colloid and interface science, 275(1), 177-182.

Franci, G., Falanga, A., Galdiero, S., Palomba, L., Rai, M., Morelli, G., and Galdiero, M. (2015). “Silver nanoparticles as potential antibacterial agents”. Molecules, 20(5), 8856-8874.

Baltimore MD, (2008) “A product manufactured by American Biotechnology Inc. under the Name ASAP”.

Tait, S., Clarke, W.P., Keller, J. and Batstone, D.J. (2009). “Removal of sulfate from high-strength wastewater by crystallization”, Water Res., 43, pp. 762-772.

Marina, N.S.A., Giovanni, P., Marıa, L.F., Marıa, C.G., Sedat, Y., Vincenzo, A., Mario, P. and Francisco, M. (2009). “Self-assembled titania–silica–sepiolite based nanocomposites for water decontamination”, J. Mat. Chem., 19, pp. 2070-2075.

Amouamouha, M. and Badalians Gholikandi, G. (2017), “Characterization and Antibiofouling Performance Investigation of Hydrophobic Silver Nanocomposite Membranes: A Comparative Study”, Membranes, 7(4), 64; doi: 10.3390/membranes7040064.

Institute of Polymer Research, http://www.gkss.de.

Cong, H., Radosz, M., Towler, B. F., and Shen, Y. (2007). “Polymer–inorganic nanocomposite membranes for gas separation”. Separation and Purification Technology, 55(3), 281-291.

[1] colony forming units

[2] Sputtering

اشتراک:

درباره نویسنده

نظرات بسته اند

برچسب‌ها : % % % % % % % % % % % % % % % % %