نانوتكنولوژي و رفع آلودگي ها

«نانوتكنولوژي» و رفع آلودگي ها بهتر از روشهاي رايج كنوني عمل كند ؟
در حال حاضر،‌ روش هاي تصفيه چه در فاز گاز (هوا) ، چه در فاز مايع (آّب) و چه در فاز جامد (خاك) شامل سه دسته اصلي مي شود كه مي توانند به صورت منفرد و يا تركيبي مورد استفاده قرار گيرند:
1- روش هاي شيميايي
2- روش هاي فيزيكي
3- روش هاي بيولوژيكي
بدون دخالت «نانوتكنولوژي» در اين عرصه هر يك از اين روشها داراي محدوديت هايي است كه سبب مي شود در رفع آلودگي ها نتوان به طور كامل به آنها اعتماد كرد.
روشهاي شيميايي در برخي موارد مي توانند بسيار پر هزينه باشند و يا مواد جانبي خطرناك توليد كنند و اگر با آلاينده خطرناكي روبرو باشيم كه غلظت مجاز آن در حد ppm يا ppb باشد در اين صورت وضعيت از اين هم وخيم تر مي شود زيرا علاوه بر هزينه بسيار، كندي سرعت واكنش، لزوم ساخت راكتور هاي داراي ويژگي هاي خاص و امكان باقي ماندن ماده شيميايي مورد استفاده در فرايند كه خود مي تواند خطرناك باشد نيز مزيد بر علت مي شود.
هر جه اندازه ذرات آلاينده كوچك تر مي شود هزينه لازم براي حذف فيزيكي آن نيز بيشتر مي شود. روش هاي فيزيكي اغلب قادر نيستند تا آلاينده هايي با اندازه هاي بسيار ريز را از محيط خارج كنند.
روشهاي بيولوژيكي اگرچه روش هايي بسيار ارزان هستند و به همين علت با اقبال بسياري روبرو شده اند اما اين روش ها قادر نيستند هر نوع آلاينده اي را حذف كنند و يا با سرعت مطلوب و راندمان مورد نظر اين كار را انجام دهند، علاوه بر اينها،‌ بازدهي اين فرايندها به شدت وابسته به شرايط محيطي و آب و هوايي است و كنترل شرايط براي آنها گاهي بسيار مشكل مي باشد.
«نانوتكنولوژي» داراي پتانسيل هاي خوبي براي جبران اين قبيل كاستي هاست، اين فن آوري يا به طور مستقيم وارد عرصة حذف آلاينده ها يا كمك به شناسايي و اندازه گيري آنها مي شود و يا به طور غير مستقيم با ايجاد يك تغيير مسير در فرايند آلاينده، يا تغيير ماهيت آن سبب حذف و يا دست كم كاهش حجم آلاينده هاي حاصل از آن مي شود. در زير به بخشي از اين موارد اشاره مي كنيم:

نانو حسگرها :

نانو حسگرها ابزار بسيار ريزي هستند كه قادر به شناسايي و پاسخ به محرك هاي فيزيكي در مقياس نانو از قبيل محركهاي بيولوژيكي، شيميايي، جابجايي هاي بسيار جزيي،‌ نيرو، صوت، جرم، حرارت و الكترو مغناطيس مي باشند. اين حسگرها مي توانند از نوع سيليكون هاي متخلخل بوده و براي شناسايي واكنشهاي شيميايي و بيولوژيكي با استفاده از روشهاي طيف سنجي يا نوري به كار روند، مي توانند از نوع نانوپروب بوده و به عنوان گيرنده نوري-بيولوژيكي، نوري-شيميايي و يا حسگر هاي تصويري فضايي به كار روند و هم مي توانند از نوع حسگر هاي الكتريكي-مكانيكي بوده و براي اندازه گيري تغييرات جرم مواد جذب شده روي ساختار هاي رزونانسي استفاده شوند. با توجه به اين موارد دو نمونه از نانوحسگرهاي ساخته شده با خواص جالب معرفي مي شوند :

غبارهاي هوشمند (smart dust) :

غبار هوشمند در واقع سنسور بسيار پيشرفته اي است كه در سال 1999 در آمريكا ساخته شده است. اين سنسور ها را مي توان نانوكامپيوتر هاي بسيار كوچك و سبكي دانست كه قادرند ساعت ها در هوا معلق مانده و داده هاي حاصل از پردازش خود روي دما، فشار، رطوبت، ميزان مواد شيميايي موجود، نور و صداي محيط اطراف خود را تا فاصله 20 كلومتري مخابره كنند و امكان پايش مستمر وضعيت آلودگي هوا را در يك منطقه خاص فراهم آورند. اين سنسورها در صورت نزديك شدن به هم قادرند يك شبكه موقت محلي ايجاد كرده و با هم تبادل اطلاعات نمايند و امكان تحليل دقيقتر وضعيت آلودگي هوا را فراهم كنند.
اندازه اين سنسور ها در حد ميلي متر مكعب است و در حجم زياد با هزينه معقولي قابل ساخت است. انرژي آنها از نور خورشيد تامين مي شود و لذا تنها در روزهاي آفتابي قابل استفاده هستند، اما كار روي آنها براي تعبية باطري با ظرفيت و حجم مناسب كه بتواند آن را در تاريكي يا هواي ابري نيز قابل استفاده نمايد همچنان ادامه دارد.

نانوحسگرهاي گاز :

در صنعت هميشه خطر نشت گاز هاي سمي وجود داشته است، متاسفانه حسگرهاي گازي رايج بسيار دير موفق به شناسايي اين گازها با غلظت پايين مي شوند و اين خود لزوم استفاده از حسگر هاي سريع تر و دقيق تر را ايجاب مي كرد. در سال 2000 ميلادي نخستين نانوحسگر هاي گازي براي شناسايي ديوكسين با غلظت ppb ساخته شدند. اين حسگر گازي شامل يك نانوتيوب چند ديواره مي شود كه قادر است تا 10 به توان 34 برابر بيشتر از جاذب هايي مثل كربن فعال، ديوكسين را به خود جذب كند و آنرا شناسايي نمايد. يك سال بعد، نانوحسگرهاي گازي از همين نوع براي شناسايي دي اكسيد گوگرد، اكسيد نيتروژن و دي اكسيد كربن نيز ساخته شدند. به طور همزمان در آمريكا هم يك نوع نانوحسگر گازي كه در آن از نانوتيوب تك لايه استفاده مي شد، ساخته شد كه قادر به تشخيص آني آمونياك و دي اكسيد كربن در غلظت 20 ppm بود.

نانوفيلتر ها :

نانو فيلتر هاي ساخته شده از نوع فيلتر هاي تحت فشار بوده و بهتر از اولترا فيلتر ها عمل مي كنند اما از بعضي جهات مانند حذف نمك طعام از آب شور ضعيف تر از اسمز معكوس عمل مي نمايند.
اين فيلتر ها با روزنه هاي بين 1 تا 10 نانومتري خود قادرند در فشار بين 5 تا 15 بار، با صرف انرژي كمتري نسبت به اسمز معكوس آب هاي زير زميني و آبهاي سطحي با مواد جامد زياد را تصفيه كنند و نمك موجود در آب شور دريا را تا 90 درصد كاهش دهند، علاوه بر اينها، قادر است انواع باكتري ها، ويروس ها، آفتكش ها، آلاينده هاي آلي و املاح كلسيم و منيزيم را به شكل موثري حذف نمايد.

نانوپوشش ها :

پوشش هاي داراي ساختار نانو، خواص بهتري نسبت به پوشش هاي رايج دارند، چسبندگي بسيار خوب و ايجاد خواص سطحي بسيار ويژه از اين جمله اند. نانو پوشش ها را روي سطوحي مانند فلزات، شيشه، سراميك و پلاستيك با ضخامتهاي چند ميكروني نشانده اند و به آنها خواصي نظير مقاومت در برابر خوردگي مكانيكي (سايش) و شيميايي(زنگ زدگي) ،مقاومت حرارتي،‌ درخشندگي و خود تميز شوندگي داده اند. تمامي اين عوامل سبب كاهش در ميزان مصرف مواد اوليه لازم جهت جايگزيني،‌كاهش مصرف انرژي لازم جهت توليد مواد اوليه بيشتر و نيز كاهش نياز به مصرف مواد پاك كننده كه در برخي موارد، خود آلاينده محيط زيست به حساب مي آيند مي گردد.

نانوپودر هاي فلزي :

هر فلزي كه مفتول شكننده اي داشته باشد مي تواند به شكل نانوپودر توليد شود. اين نانوپودرهاي فلزي از لحاظ شيميايي بسيار فعالند و خواص كاتاليزوري ويژه اي نيز مي توانند از خود نشان دهند. ‌ مي توان آنها را در دماي پايين تري ذوب كرد و آلياژ نمود كه همگي اينها سبب مي شود در فرايندهايي كه از اين مواد استفاده مي شود نياز به مصرف انرژي و در نتيجه آلودگي ناشي از آن كاهش يابد.
نانوپودر هاي فلزي از مسير ديگري نيز مي توانند سبب كاهش آلودگي شوند، به عنوان مثال، ‌يك نوع نانوپودر حاوي آلومينيم مي تواند با اضافه شدن به سوخت جامد موشك، شدت سوختن آن را تا دو برابر افزايش داده و با افزوده شدن به نفت سفيد،‌ سرعت احتراق و كيفيت و ارزش سوختي آن را بالا ببرد و به اين ترتيب سبب مي شود تا سوخت كمتري مصرف شده و آلودگي كمتري توليد شود.

نانوكاتاليست هاي زيست محيطي :

شايد بتوان گفت كه اولين كاربرد اين كاتاليستها كه به مرحله اجرا در مقياس انبوه رسيده است، استفاده از آن در تصفية گازهاي خروجي از اگزوز اتومبيل ها باشد. در ابتدا اين عمل تنها توسط كاتاليستهاي بر پايه پلاتين انجام مي شد. اين نوع كاتاليست كارايي خوبي را نشان مي داد اما از اين جهت كه بسيار گران قيمت بود،‌ لازم بود تا جايگزين ارزان و مناسبي براي آن در نظر گرفته شود. از اين رو كاتاليستهاي نانوساختار ارزان قيمتي توليد شد كه داراي كارايي مناسبي بودند و به همين علت به سرعت جاي خود را پيدا كردند. اين نوع كاتاليزورها كه به نامهاي TMC و TMOC شناخته مي شوند قادرند تا اكسيد هاي نيتروژن و گوگرد حاصل از احتراق را به مواد سالم تبديل نمايند.
كاربرد ديگر نانوكاتاليست ها در تصفيه آب، هوا و حذف فلزات سنگين است. اين كاتاليست ها اغلب حاوي نانوپودرهاي دي اكسيد تيتانيوم هستند كه در مجاورت نور فرابنفش قادر است طي واكنش هاي زنجيره اي راديكالي، آلاينده هاي مورد نظر را اكسيد و تجزيه كند و به اين ترتيب خطر آلايندگي آنها را كاهش داده يا از بين ببرد.
منبع: nanotechnology.blogfa.com
/خ