لکه‌های نفتی در آب دریا

حذف با استفاده از دندریمرها

دندریمرها در واقع پلیمرهای با شاخه های متعددی می باشند که دارای ترکیب کنترل شده و ابعاد نانومتری مشخص می باشند. عوامل کیلیتی (Chelating agents) در شکل دندریمرها، همچنین برای حذف آلودگی های فلزی مورد بررسی قرار گرفته اند. این مواد می توانند به نحوی طراحی شوند که قادرند به عنوان قفس عمل کنند و یون های فلزی و فلزات با ظرفیت صفر را در خود به دام بیندازند. این مسئله موجب می شود تا این مواد به صورت محلول در محیط در بیایند. این نوع از دندریمرها به عنوان عوامل کیلیتی برای پلیمرهای مورد استفاده در سیستم های الترافیلتراسیون، استفاده می شوند.

حذف با نانوذرات مغناطیسی

یکی دیگر از گروه های نانوذره ای که در کاربردهای محیط زیستی استفاده می شوند، نانوذرات مغناطیسی هستند. برای مثال، محققین مرکز نانوتکنولوژی بیولوژیکی و محیط زیستی دانشگاه رایس (CBEN )، اخیراً نشان داده اند که نانوذرات زنگ زده می توانند برای حذف آرسنیک از آب با یک آهنربا، استفاده شوند. مفهوم بسیار ساده است، آرسنیک به نانوذرات اکسید شده ی آهن می چسبد و به همین خاطر به آهنربا می چسبد. ذرات آهن نانوساز در ابعاد 10 نانومتر با مساحت سطح بالا، موجب بهبود بازده حذف می شوند و میزان مواد مورد استفاده را کاهش می دهد. در مقایسه با سایر روش هایی که هم اکنون برای حذف آرسنیک از آب ، استفاده می شود، این روش مزیت ساده بودن را دارند و از همه مهم تر، نیاز به الکتریسیته ندارد. این مسئله بسیار مهم است مخصوصاً در جاهایی که دسترسی به برق، وجود ندارد. نانوذرات مغناطیسی اصلاح شده با گروه های عاملی خاص برای تشخیص باکتری در نمونه های آب، استفاده می شوند.
آرسنیک و آرسنات همچنین با استفاده از نانوذرات آهن با ظرفیت صفر، رسوب دهی می شوند. مکانیزم حذف در این مورد، در واقع جذب آنی و هم رسوبی آرسنیک با شکل اکسید شده ی آهن صفر ظرفیتی می باشد. همانگونه که گفته شد، آهن صفر ظرفیتی فعالیت بالایی در ابعاد نانومتری دارد، بنابراین، این ماده یک کاندیدای خوب برای تصفیه ی آزمایشگاهی آب های زیر زمینی است.

حذف با استفاده از ایروژل و جاذب های جامد

مسئله ی لکه های نفتی در آب دریا، یکی از بزرگترین دغدغه ها می باشد و نتایج محیط زیستی قابل توجهی دارند. هم اکنون، این مشکل بوسیله ی استراتژی های بیولوژیکی مختلفی حل می شود. هدف از نانوتکنولوژی در این زمینه، تولید افزودنی های آنزیمی و ... یکی دیگر از روش های انجام این کار، استفاده از ایروژل اصلاح شده با مولکول های آب گریز برای بهبود عملکرد با نفت می باشد. این ایروژل ها دارای مساحت سطحی بالایی هستند و بنابراین، آنها می توانند 16 برابر وزنی خود، نفت جذب کنند. آنها به صورت اسفنج عمل می کنند. وقتی نفت در آن جذب می شود، اسفنج حاوی نفت می تواند به سهولت حذف شود. مسئله این است که این مواد گران قیمت هستند بنابراین، راه های جایگزین باید مورد بررسی قرار گیرد. Interface Scientific Corporation نانومواد جدیدی را تولید کردند که با استفاده از مونومرهای خود آرا (SAMs) اصلاح شده اند. این مواد در حذف نفت بسیار مؤثر است. این شرکت جزئیاتی در مورد این ماده ارائه نکرده است اما گفته است که این نانوذره می تواند 40 برابر وزنی خود، نفت جذب کنند.
همانگونه که گفته شد، استفاده از نانوذرات یک روش موفق در زمینه ی حذف آلاینده های محیطی و تصفیه ی آب می باشد. زیرا این مواد دارای اندازه ی کوچک هستند و از این رو، فعالیت آنها بالاست. با وجود این، برخی دغدغه ها در مورد استفاده از آنها در تصفیه ی آب و خاک، وجود دارد. وقتی این ماده در محل آلودگی پراکنده شود، نانوذرات حرکت می کنند و به نقطه ای می رسند که بوسیله ی گیاهان و حیوانات موجود در محل، جذب می شوند. آیا این جذب اثرات منفی ایجاد می کند؟ نانوذرات زیست تخریب شونده به احتمال زیاد، مشکلات کمتری ایجاد می کنند، با وجود این، نیاز است تا جوانب ایمنی این مواد بررسی شود. این مسئله در بسیاری از بررسی ها، در نظر گرفته شده است. این جوانب در حقیقت بر اساس ارزیابی اثرات محیط زیستی استفاده از نانوذرات، مورد بررسی قرار می گیرد. در حقیقت این کار با ارزیابی ریسک و آنالیز طول عمر این مواد، انجام می شود. بدین صورت اثرات کوتاه مدت و دراز مدت نانوذرات بر محیط زیست، تشخیص داده می شود.

نانوغشاها و نانوفیلترها

نانوتکنولوژی می تواند همچنین برای تولید نانوفیلترها، نانوجاذب ها و نانوغشاهای با خواص خاص، مورد استفاده قرار گیرند. این نانومواد می توانند در تصفیه ی آب و هوا، مورد استفاده قرار گیرند. مشابه سایر کاربردها، این امکان وجود دارد که این مواد را در سطح مولکولی دستکاری کنیم.
در اصل، نانوتله ها طراحی شده برای آلودگی های خاص، می تواند تولید شود برای مثال، مواد دارای حفرات سطحی و انرژی سطحی بالا. یک مثال در این زمینه، در کارهای انجام شده در مرکز CBEN دانشگاه رایس، مشاهده می شود. در این مرکز، محققین غشاهای اکسید آهن فعالی تولید کرده اند که قادر به حذف آلودگی های آلی از آب هستند (شکل 1). فیلترها و غشاء ها می توانند همچنین مهندسی شده و نسبت به آلودگی های خاصی حساس باشند. این مواد می توانند به صورت شیمیایی با آلودگی واکنش دهند و موجب تشکیل ترکیبات غیر سمی شوند. برای مثال، محققین در دانشگاه تنسی در حال کار بر روی نانوفیبرهایی هستند که موجب حذف میکروارگانیزم ها در طی فیلتراسیون شود.
یک کاربرد مورد توجه برای نانوغشاء ها، بوسیله ی محققین دانشگاه کالیفرنیا (در لس آنجلس) ((UCLA بوجود آمده است. در حقیقت این گروه از محققین غشاهای اسمز معکوس جدیدی تولید کردند که می تواند آب دریا را تصفیه کنند و موجب تصفیه ی فاضلاب شوند. غشاها در یک زمینه ی مرتبط از پلیمر و نانوذرات مهندسی شده، تولید می شود تا بدین صورت یون هاب آب موجب حذف آلایندگی ها شود. این مسئله به دلیل وجود حفرات نانوسایزی است که در این غشا ایجاد می شود. تنها مولکول های آب قابلیت عبور از این تونل ها را دارند. یکی دیگر از ویژگی های منحصربفرد این نانوغشاها، قابلیت دفع میکرواگانیزم ها و باکتری ها می باشد. در واقع این مسئله نتیجه ای از ترکیب شیمیایی نانوذاتی است که در داخل غشاء قرار دارد. در مقایسه با غشاهای اسمز معکوس متداول، این غشاها کمتر مستعد بسته شدن به دلیل لخته شدن، می باشد. این کار موجب افزایش عمر مفید این غشاها می شود.

فیلترهای ابر آب دوست

در بسیاری از موارد، دسترسی به آب تمیز و سالم یک مسئله ی مهم می باشد. نانوفیلترها اجازه می دهد تا آلودگی هایی مانند آرسنیک و سایر فلزات سنگین از آب زدوده شوند. یک واقعیت تجاری از این کاربرد، بطری های LifeSaver می باشند که دارای فیلترهای ابرآب دوست می باشد که توانایی حذف باکتری ها و ویروس ها را دارد. این فیلترها در بطری پلاستیکی وارد می شود و امکان جداسازی آلودگی ها از آب را در محل مصرف، مقدور می سازد.

جلوگیری از ایجاد آلودگی

نانوتکنولوژی استراتژی های ابداعی مختلفی برای کاهش آلودگی ها در بسیاری از فرایندها، دارد. این کار با کاهش در ضایعات فرایند تولید، کاهش در استفاده ی مواد شیمیایی مضر، کاهش میزان انتشار گازهای گلخانه ای در احتراق سوخت و استفاده از پلاستیک های زیست تخریب پذیر، انجام می شود. این موارد، برخی از مثال هایی است که می تواند موجب کاهش آلودگی های محیطی شود. نانوتکنولوژی هم اکنون در این بخش فعال می باشد. این مسئله هم در تکنولوژی های مواد پیشرفته و همچنین در افزایش بازده فرایندهای صنعتی، نمایان می شود.

مواد

موادی که در یک محیط دوست دار محیط زیست و با نانوتکنولوژی، تولید می شوند، شامل پلاستیک های بیوتخریب پذیری هستند که از پلیمرهایی تولید شده اند که دارای ساختار مولکولی بهینه برای تخریب می باشند. این مواد سمی نیستند و در حقیقت کامپوزیت های نانوکریستالی هستند که جایگزین الکترودهای لیتیم- گرافیتی در باتری های زیست قابل شارژ، استفاده می شوند. همچنین شیشه های خود تمیز شونده مانند شیشه های Activ یک محصول تجاری حاصل از تکنولوژی نانویی است. این شیشه ها حاوی پوشش های خاصی است که از نانوکریستال های اکسید تیتانیم تشکیل شده است. این مسئله در زمانی رخ می دهد که نور خورشید به این مواد برخورد کند. در واقع نور به دو شیوه با این ماده برخورد می کند: اولاً با شکسته شدن، موجب تجزیه ی کثیفی های موجود بر روی سطح شیشه می کند و دوماً در زمان برخورد آب، این ماده موجب می شوند تا آب به سهولت بر روی سطح، عبور کنند. در این محصول، اکسید تیتانیمی با ضخامت 2 تا 20 نانومتر بر روی این سطوح، رسوب دهی می کند. ضخامت این فیلم ضرورتاً برای اطمینان یافتن از فعالیت فوتوکاتالیستی و شفافیت می باشد (شکل 2). این پوشش در واقع آب دوست است و زمانی که کثیفی بر روی آن رسوب می کند، زاویه ی تماس سطحی افزایش می یابد اما سپس و بعد از تابش، کاهش می یابد. واکنش فوتوشیمیایی که نیازمند اکسیژن می باشند، فرایندهای کاملاً پیچیده است و حاوی چندین فرایند تابشی می باشد. تیتانیم اکسید در این واکنش مصرف نمی شوند بلکه به عنوان کاتالیست عمل می کنند. به عنوان نتیجه، مواد آلی به دی اکسید کربن تجزیه می شوند. هم زمان، زاویه ی تماس سطح همچنین پس از تابش، کاهش می یابد. بعد از تابش، کثیفی می تواند به سهولت و بواسطه ی باران از شیشه حذف شود. نتیجه در اینجا، گسترش مؤثر کثیفی بر روی سطح شیشه می باشد. در حقیقت این مسئله موجب تمیزکاری سریع سطح می شود. این پوشش ها به صورت خاص در برابر سایش نیز مقاوم می باشند. اگر چه نام این محصول بر این کاربرد دلالت ندارد، این مود در واقع لایه های خود تمیزشونده ی واقعی نیستند، زیرا آنها نیازمند آب برای تمیزکاری می باشند.

منبع مقاله :
Nano-Surface chemistry / Morton Rosoff