فيلتراسيون مونواكسيد به كمك فناوري نانو

مقدمه :
هوا و آلاينده ها
 

هوا ضروري‌ترين ماده براي ادامه حيات موجود زنده است. درصد گازهاي موجود در هوا شامل 78 درصد ازت ، 19 درصد‌اكسيژن و به ترتيب 2، 1 و 3/0 درصد بخار آب، آرگون و دي‌اكسيد كربن و همچنين حدود 18 پي‌پي‌ام، گاز نئون، 5 پي‌پي‌ام هليوم، 1/5 پي‌پي‌ام متان و مجموعا 5/0 پي‌پي‌ام دي‌اكسيد ازت، هيدورژن و گزنون است. به طور كلي از آلوده‌كننده‌هاي مهم هوا مي توان "مونواكسيد كربن" ،" اكسيدهاي گوگرد"، "اكسيدهاي ازت"، "اكسيدكننده‌هاي فتوشيميايي"، "هيدروكربورها"، ذرات معلق در هوا و مواد راديو اكتيو را نام برد كه در اين مقاله به بررسي خواص مونواكسيد كربن مي پردازيم.

بررسي خواص گاز مونواكسيد كربن
 

با آغاز فصل سرما مردم تلاش مي‌كنند، كمتر در معرض سرما قرار بگيرند و براي گرم كردن محل سكونت و كار خود از وسايل گرم كننده‌، شامل بخاري گازي با دودكش و بدون دودكش، شومينه‌هاي گازي يا هيزمي، چراغ‌هاي خوراك پزي و غيره استفاده مي‌كنند كه بر اثر سوختن ناقص مواد و گازها در اين وسايل، گاز "مونوكسيد كربن" ( CO ) توليد مي‌شود كه اين گاز بسيار خطرناك و سمي است. از چند سال گذشته به دليل كمبود جا در خانه‌ها؛‌ برخي از كارخانه‌ها اقدام به توليد بخاري‌هاي بدون دودكش كرده‌اند كه جاي كمتري اشغال مي‌كند. بر خلاف تصورات رايج بيشتر مردم خطرات ناشي از آلاينده ها در مكانهاي بسته بيشتر از محيط هاي باز مي باشد اما از آنجا كه خلاف اين امر صورت مي گيرد و در زمستان كليه منافذ خانه بسته است، با توليد گاز منو اكسيد كربن مسموميت و به دنبال آن مرگ به همراه مي آيد.

ناقص سوزي و توليد CO
 

اصطلاحاً زماني كه شعله آتش زرد رنگ باشد، گفته مي شود كه اين نوع سوخت مونواكسيد كربن زيادي توليد مي كند كه براي محيط زيست بسيار خطرناك است و هر چه محيط محدود تر باشد قطعاً خطر آن هم بيشتر مي شود. ناقص سوختن يك اصطلاح علمي است كه بيشتر در شيمي به كار مي رود. ابن عبارت زماني استفاده مي شود كه اكسيژن كافي براي سوخت كامل يك ماده وجود نداشته باشد.

منابع و صنايع مونواكسيد كربن
 

آلودگي هوا يكي از پنج عامل اصلي تهديد كننده سلامت بشر هستند كه در چند دههء اخير مي توان با تراكم و نزديكي بيش از حد ساختمانها، عدم تهويهء مناسب هوا به منظور جلوگيري از اصراف انرژي ، استفاده از مواد مصنوعي و شيميائي در ساختمان ، مبلمان و وسايل شخصي همينطور استفاده از حشره كش ها، مواد شوينده، تميز كننده و ضد عفوني كننده دانست. مونو اكسيد كربن يك گاز بي رنگ و بو مي باشد كه در اثر سوخت ناكامل انرژي فسيلي و سوختن تركيبات آلي هيدروكربنها توليد و منتشر مي شود. اين گاز در هواي داخل در اثر دود سيگار ، بسته بودن محيط و نزديك بودن به گاراژ يا خيابان متراكم مي شود. از صنايع توليد گاز مونواكسيد كربن مي توان به اگزوز اتومبيل ها، دودكش كارخانه جات، دود حاصل از سوختن ذغال، آتش سوزي ها، گازهاي خانگي و فرآورده هاي نفتي اشره كرد. به طور كلي دود اتومبيل حاوي 7 درصد، بخاري نفتي 5 درصد و گاز مايع 4 درصد مونواكسيد كربن هستند. منبع اصلي توليد مونواكسيد در شهرها، وسايط نقليه موتوري است. البته فعاليت‌هاي صنعتي و احتراق ناقص سوخت در تأسيسات تجاري و دستگاه‌هاي حرارتي و سوختن زباله نيز به ميزان كمتر در توليد اين گاز سهيم هستند.

تاثيرات نامطلوب مونواكسيد كربن
 

مونو اكسيد كربن از طريق ريه وارد خون شده، با هموگلوبين تركيب مي شود و اجازه نمي دهد كه اكسيژن كافي به سلولها برسد. از علائم مونو اكسيد كربن مي توان آنفلوانزا، خستگي، سردرد، گيجي، حالت تهوع، ناراحتي روحي و تپش بالاي قلب را نام برد. مسوميت بالاي مو نو اكسيد كربن مي تواند به مرگ فوري منتهي شود. مسموميت آن با ميزان پائين براي خانمهاي حامله مي تواند عوارض جبران ناپذيري براي خانمهاي حامله به جاي گذارد كه به دليل دارا بودن همين خصايص، لقب قاتل پنهان گرفته است. اگر اين گاز در هوا پراكنده شود، گاز گرفتگي صورت گرفته، و مسموميت و مرگ به دنبال دارد كه آمار چشم گير اين مسموميت، توجه محققين و مخترعين را به خود جلب كرده است. جلوگيري از گسترش مضرات ناشي از آلودگي هوا در منازل ، مدارس ، مهد كودكها و محل بازي كودكان بدون كمك تمامي افراد جامعه و همكاري بخش خصوصي و سازمانهاي دولتي ذيربط امكان پذير نمي باشد.
اين آلاينده تأثير فراواني بر سلامتي موجودات زنده بر جاي مي‌گذارد. لازم به ذكر است، ميل تركيبي هموگلوبين خون كه عامل انتقال اكسيژن به بافت‌هاي بدن است، با مونواكسيد كربن دويست مرتبه بيشتر از ميل تركيبي آن با اكسيژن است. در نتيجه وجود مقدار كمي از اين گاز و تركيب آن با هموگلوبين خون موجب تشكيل كربوكسي هموگلوبين مي‌شود كه يك تركيب‌ پايدار است. اين تركيب از مقدار هموگلوبيني كه اكسيژن را به بافت‌هاي بدن مي‌رساند، مي‌كاهد و از جدا شدن اكسيژن و هموگلوبين از يكديگر جلوگيري مي‌كند. همچنين مونواكسيد كربن در خون، فشار نسبي گاز اكسيژن را كاهش داده و نيروي محركه انتشار در بافت‌هاي بدن را كم مي‌كند. مجموعه اين تغييرات، ايجاد مسموميت‌ها و حساسيت‌هاي زيادي از جمله تضعيف مركز اعصاب، حساسيت به نور و كاهش قدرت بينايي، كاهش قوه باصره و كنترل حركات اختياري را فراهم مي‌آورد.

آمار و نتايج مطالعات مضررات " CO "
 

طبق آمار سازمان بهداشت جهاني، وجود گازهاي آلاينده در هواي دم، منجر به افزايش مرگ و مير به ميزان بيش از 500 هزار نفر در هر سال، در سراسر جهان مي شود كه در اين راستا گزارشي در خصوص بسياري از اختلالات فيزيولوژيك، بيوشيميايي و جهش مولكولي ناشي از تماس با اين مواد وجود ندارد.
براساس آمارهاي وزارت بهداشت ميزان مرگ و مير سالانه شهروندان تهراني براثر آلودگي هوا بيش از 7 هزار نفر است كه از اين تعداد 4 هزار نفر بر اثر بيماريهاي ناشي از ذرات معلق در هوا و 3 هزار و 300 نفر براثر سرطان هاي ناشي از آلودگي هوا جان خود را از دست مي دهند.آمارها نشان مي دهد كه هر ساله براثر آلودگي هوا از هر 100 هزار نفر 62 نفر به بيماري هاي قلبي و تنفسي و 52 نفر نيز به سرطان مبتلا مي شوند كه به هيچ وجه مطلوب نيست. لذا بايستي اصول ايمني را جهت جلوگيري از حوادث رعايت كنيم. به گزارش سازمان جهاني بهداشت ( WHO ) سيگارنه تنها براي سيگاري‌ها بلكه براي افرادي هم كه سيگاري نيستند، اما در معرض دود سيگار ديگران قرار مي‌گيرند بسيار خطرناك است .براساس آمار اين سازمان، سالانه نزديك به 200هزار نفر بر اثر عواقب دود سيگار در محل كار جان مي‌بازند. مونو اكسيد كربن، گاز خطرناكي است كه مانع انتقال اكسيژن به خون مي‌شود. اين گاز ازسوخت خودروهاي بنزيني يا هنگام مصرف دخانيات توليد مي‌شود.در اروپا قانوني به اجرا گذاشته شده كه ميزان مونواكسيد كربن توليد شده توسط خودروها را محدود مي‌كند. در مقايسه با اين قانون، يك فرد سيگاري كه در روز 5 نخ سيگار مي‌كشد، به نسبت، مونواكسيد كربن بيشتري از يك خودرو توليد مي‌كند.

راه حل هاي موجود براي حل مشكلات گاز مونواكسيد كربن
 

گاز CO مشكلات و مضراتي از قبيل آلودگي هوا ، مشكلات استنشاق ، بيماريهاي قلبي-تنفسي و مشكلاتي ديگر پديد مي آورد كه در سالهاي اخير توجه مسئولين زيربط، محققين و مخترعين را به خود جلب كرده است در حالي كه با توجه به آمار بهداشت جهاني همه ساله نيم ميليون نفر بر اثر عدم رعايت حوادث ايمني و مضرات مونواكسيد كربن جان مي بازند. عليرغم اثرات نامطلوب آلاينده‌هاي هوا كه به برخي از آنها اشاره شد، تأثير هر آلاينده به غلظت و مدت تماس با آن بستگي دارد. براي مثال، يك آلاينده مانند منواكسيدكربن با غلظت زياد، در مدت كوتاه ممكن است اثر نامطلوبي نداشته باشد، در حالي كه غلظت پايين‌تري از اين آلاينده به مدت طولاني‌تر مي‌‌تواند باعث بروز عوارض متعددي مانند سرگيجه و تهوع شود.
بنابراين ميزان تاثير غلظت و مدت زمان تنفس گازها با يكديگر تفاوت دارند. در شرايطي كه بخواهيم مشخص كنيم كداميك از آلاينده‌ها داراي اثر نامطلوب بيشتري است، از شاخصي به نام استاندارد آلاينده استفاده مي كنيم.
بر اساس اين شاخص، وضعيت آلودگي هوا به پنج دسته تقسيم‌بندي شده است. حدود استانداردي بين 5 تا 50 بيانگر وضعيت هواي پاك، 51 تا 100 نشانگر هواي مجاز و استاندارد هوا بين 101 تا 199 هواي سالم و بين 200 تا 299 و بيش از 300 وضعيت هواي خيلي ناسالم و خطرناك را نشان مي‌دهند كه براي سنجش ميزان خطر گاز مونواكسيدكربن، بايد به حدود استاندارد آن در هوا توجه نمود تا در صورت وجود خطر، علت را بر طرف كرد.
به طور كلي عدم رعايت نكات ايمني بيشترين عامل مسموميت و مرگ بر اثر CO بوده است كه باعث ناسالم شدن هوا و عبور آن از مرز هواي مجاز است. رعايت اين نكات مي تواند گامي موثر براي پيشگيري از خطرات اين آلاينده باشد.

پيشگيري از مسموميت با گاز Co بسيار ساده است:
 

-استفاده از وسايل گرمايشي استاندارد در پيشگيري از اين مسموميت از اهميت بالايي برخوردار است و بخاري‌هاي بدون دودكش به هيچ عنوان از توليد گاز Co جلوگيري نمي كند بلكه به دليل بسته بودن منافذ در زمستان، باعث مسموميت و آلوده شدن هواي محيط مي شود.
-دقت و توجه به داغ بودن دودكش نيز بهترين آزمايش سلامت دودكش است. اگر لوله دودكش بخاري شما سرد است دليل آن خارج نشدن حاصل احتراق و ديگر گازهاي سمي مانند مونواكسيد كربن، از دودكش است. در صورت سرد بودن لوله دودكش بايد ضمن رفع نقص، به طور موقت با باز كردن قسمتي از درب يا پنجره، در محيط تهويه ايجاد كنيد.
-رنگ شعله بخاري و وسايل پخت و پز بايد آبي باشد و چنانچه رنگ شعله قرمز ،‌زرد يا نارنجي باشد، حتما نقص در سوخت رساني و كمبود اكسيژن در محيط است كه سريعا بايد تعمير و سوخت رساني شود. همان طور كه در قبل اشاره كرديم رنگ شعله زرد نشان از كمبود اكسيژن تركيبي است كه در اين حالت ناقص سوزي رخ داده و مونواكسيدكربن توليد مي شود
-در صورت استفاده از وسايل گرمايشي نبايد تمام منافذ خانه بسته باشند زيرا خطر مسموميت در محيط بسته و محدود بيشتر است.
-از نسب آبگرمكن در حمام و يا استفاده از شعله آشپزخانه براي گرم كردن بايد خود داري نمود.
علاوه بر راههاي فوق، راههاي بسياري براي كاهش خطرات CO وجود دارد كه از جمله آن ها مي توان به پركاربرد ترين آنها يعني "فيلتراسيون" اشاره نمود. امروزه نانو فيلتراسيون ها نقش بسيار مهمي در جدا سازي آلاينده هاي مضر موجود در هوا دارند. با فناوري نانو ميتوان نقايص مواد را در مقياس نانو متر بر طرف نمود و آنها را به شيوه مطلوب و قابل استفاده تغيير داد. در ابتدا لازم مي دانيم فناوري نانو را به طوري كامل شرح داده، و به دنبال راههاي اساسي براي كاهش خطرات CO باشيم.

تكنولوژي نانو ، راه برگزيده
 

نانو به راستي كوچك است چرا كه مقياس نانو متر به معناي يك ميلياردم متر است. (1000000000/1)
براي احساس اندازه هاي مادون ريز ، قطر موي سر انسان را كه يك دهم ميليمتر است در نظر بگيريد ، يك نانومتر صدهزار برابر كوچكتراست 9- ^ 10متر .
در واقع تكنولوژي نانو عبارت است از به كار گيري ابزارها و سيستم ها براي كنترل، شكل و طراحي، توصيف، توليد و كاربرد ساختارها در اندازه نانومتر. اهميت نانو مقياس به اين دليل است كه در نانو مقياس خواص جديدي به دست مي آوردند و مواد در اين مقياس كوچك اند. مواد توليد شده در مقياس نانو را بر اساس سه بعدي، دو بعدي و يك بعدي بودن آنها بررسي مي كنند.
تكنولوژي و مهندسي در قرن پيش رو با وسايل ، اندازه گيريها و توليداتي سروكار خواهد داشت كه چنين ابعاد مادون ريزي دارند. در دو دهه اخير، پيشرفتهاي تكنولوژي وسايل و مواد با ابعاد بسيار كوچك به دست آمده است و به سوي تحولي فوق العاده كه تمدن بشر را تا پايان قرن دگرگون خواهد كرد ، پيش مي رود . درحال حاضر پروسه هاي در ابعاد چند مولكول قابل طراحي و كنترل است . همچنين خواص مكانيكي ، شيميايي ، الكتريكي ، مغناطيسي ، نوري و... مواد در لايه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درك و تحليل و سنجش است . با تكنولوژي نانو قادر به تغيير مواد در جهت مطلوب و رفع نقايص مواد هستيم. درست همان روشي كه در طبيعت براي توليد كردن حاكم است. مجموعه هاي طبيعي ، تركيبي از دانه هاي مادون ريز قابل تشخيص با خواص مشابه و يا متفاوت با اندازه هاي در حدود نانو مي باشد.
در بياني كوتاه نانوتكنولوژي يك فرايند توليد مولكولي است . همانطور كه طبيعت مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ كرده است ، ما هم بايد براي توليد محصولات جديد ، با اين اعتقاد كه هرچه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست ، نظير طبيعت راهي پيدا كنيم . البته منظور اين نيست كه چند هسته از مواد راپيدا كنيم و با رساندن انرژي و خوراك پس از چند سال يك نيروگاه از آن بسازيم كه شهري را برق دهد . بلكه براي تركيب و تكامل خودكار توليدات مادون ريزكه به نحوي در مجموعه هاي بزرگتر مصرف دارد ، راهي بيابيم . در اندازه هاي مادون ريز ، روشها و ابزارآلات متعارف فيزيكي مانند تراشيدن و خم كردن و سوراخ كردن و...جوابگو نيستند .
براي ساختن ماشين هاي ملكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد .
با تهيه نقشه هاي ساختاري بدن يعني آرايش ژنها و DNA كه ژنم ناميده شده است و به موازات آن دست يافتن به تكنولوژي مادون ريز ، در دراز مدت تحولات بسياري در هستي ايجاد خواهد شد . توليد مواد جديد ، گياهان ، جانداران و حتي انسان متحول خواهد شد . اشكالات ساختاري موجودات در طبيعت رفع مي شود و با تركيب و خواص اورگانيك گياهان و جانوران ، موجودات جديدي با خواص فوق العاده و شخصيتهاي متفاوت بوجود خواهد آمد .آينده علوم و مهندسي كه چندين گرايشي ( Multi- Disciplinary ) است ، به طرف توليد ماشينهاي مولكولي سوق داده خواهد شد تا در نهايت بتواند مجموعه هاي كارآيي از پيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه نمايد. استفاده از اين روش به توليد و ساخت محصولات و ايجاد تكنولوژي‌هاي جديد با كارآيي بالا منجر مي‌شود. نانوتكنولوژي اين امكان را فراهم مي‌كند كه اجزا و تركيبات مواد شيميايي را در مقياس نانو در آورده و داخل سلول‌ها قرار داده و مواد جديدي را با استفاده از روش‌هاي جديد خود مونتاژ بسازيم. در اين روش به هيچ وسيله‌اي مانند يك روبات يا ابزار ديگري براي سرهم كردن اجزا نيازي نيست.
هستي را به رايانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) كه دو پديده مختلف ولي ادغام شده هستند ، مي توان تشبيه كرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هيدروژن ) و نرم افزار يا برنامه ، قابليت نهفته در خلقت آن است .
اتم به نظر ساده و ابتدايي هيدروژن در طي ميلياردها سال با قابليت نهفته در خود توانسته است ميليونها نوع آرايش مختلف را در هستي بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولي در برنامه ريزيهاي جديد و يافتن اشكال ديگري از آنچه در طبيعت وجود دارد ، پيش خواهد رفت . طبيعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهاي شگفت آور آن را باز خواهد كرد . احتمالا انسان در شرايط مناسبتري از درجه حرارت و فشار كه درتشكيل طبيعي مواد مختلف از هيدروژن لازم است ، بتواند اتمهاي مورد نباز خود را توليد كند ، سيارات ديگري را در نهايت در اختيار بگيرد و بعيد نيست كه نواده هاي دوردست ما بتوانند در نيمه هاي راه ابديت در اكثر نقاط جهان هستي و كهكشانها سكني گزينند.
به احتمال زياد قبل از پايان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعي و ديجيتالي را خواهند داشت. از بيماري ، پيري ، درد ستون فقرات ، كم حافظه اي و... رنج نخواهند برد .قابليت فهم و تحليل اطلاعات در مغز آنها در مقايسه با امروز بي نهايت خواهد شد. در هزاره هاي آينده انسانهاي طبيعي مانند امروز احتمالا براي مطالعات پژوهشي نگهداري شده و به نمونه هاي آزمايشگاهي و بطور حتم قابل احترام تبديل خواهند شد و مردمان آينده از اينهمه درد و ناراحتي كه اجداد آنها در هزاره هاي قبل كشيده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .
اكنون جا دارد همگام با تحولات جديد در مهندسي و علوم ، دانشگاهها و مراكز تحقيقاتي بطور جدي به پژوهشهاي تكنولوژي مادون ريز مشغول شوند تا حداقل ما هم بتوانيم مرزهاي دانش روز را به نسلهاي آينده تحويل دهيم و در تشكلهاي جديد هستي سهمي داشته باشيم . باشد هرچه زودتر به خود آييم و عمق شكوهمند و معجزه آساي انديشه بشررا دريابيم و از كوتاه بيني و افكار فرسوده موروثي فاصله بگيريم . گفته شيخ اجل سعدي در آينده مصداق واقعي تري خواهد داشت :
اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي كه بر اساس تحقيقات و مشاهدات بخش خصوصي به دست آمده است ، اشاره مي شود .
انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ، طوري ساخته خواهند شد كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .

فوايد نانو تكنولوژي
 

مهمترين فياده هاي نانوتكنولوژي عبارتند از :
1- كاهش مصرف انرژي
2-توليد انرژي تجديد پذير يا كاراكتر(با بهره وري بيشتر)
3-كاهش مصرف منابع در فاز توليد يا مصرف
4-كاربرد در برنامه هاي پاكسازي زيست محيطي
5-كاهش اثرات زيست محيطي صنعت خودرو سازي
6-بهبود دادن فرآيند بازيافت

فرصت هاي زيست محيطي مرتبط با نانو تكنولوژي
 

1-توليد مواد و محصولاتي گوناگون بدون توليد محصولات جانبي و خطرناك
2-محصولات نانو تكنولوژي از عناصر ساده و فراوان مانند كربن ساخته شده اند.
3-مواد كمتري نياز است زيرا مواد نانو قوي تر و نازك تر هستند.
4-حفاظت از منابع از طريق توليد محصولات مينياتوري
5-صرفه جويي در مصرف انرژي و جلوگيري از اتلاف، از طريق كاهش حجم و وزن محصولات
نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 ميليارد دلار براي صنعت نيمه هاديها و 900 ميليون دلار براي مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود.
همچنين نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .
-تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود 180 ميليارد دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .
-كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه 100 ميليارد دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .
-نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد ، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس ، آب دريا را نمك زدايي مي كند.
-انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.
-در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .
بنا بر اين استفاده از نانو مواد و تكنولوژي نانو در صنايع، مي تواند گامي موثر در جهت صرفه جويي و پيش برد اهداف در جهت مطلوب كردن مواد، باشد.

فيلترهاي نانويي
 

از تكنولوژي نانو در تهيه فيلتر استفاده مي‌شود. اين فيلترها با كاربردهاي مختلف براي استفاده در يخچال، اتومبيل، محيط خانه و بيمارستان‌ها و مراكز درماني براي حذف باكتري، قارچ، بو و تركيبات آلي فرار مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

فيلترهاي نانو نقره، فيلترهاي ضدميكروب
 

فيلترهاي نانو نقره داراي قدرت بسيار بالايي در حذف ميكروارگانيسم‌ها و ميكروب‌هاي بيماري‌زا هستند. استفاده از اين فيلترها در مكان‌هايي مانند بيمارستان و مراكز عمومي‌ كه احتمال وجود آلودگي‌هاي ميكروبي زياد است اهميت و كاربرد زيادي دارند:

رفع بو و مواد فرار با فيلترهاي نانوكربن
 

علاوه بر نقره از ذرات نانويي كربن نيز براي از بين بردن بو و مواد فرار استفاده مي‌شود. فيلترهاي نانو كربن با دارا بودن ساختارهاي نانو كربني كه داراي نسبت سطح به حجم بالايي هستند، بوها و مواد فرار را به خوبي جذب مي‌كنند. قدرت جذب اين فيلترها 15 برابر بيشتر از كربن فعال است و علاوه بر بو تركيبات آلي فرار را نيز حذف مي‌كنند.

فيلترهاي نانو هيبريد، فيلترهاي ضدقارچ
 

يكي ديگر از موارد كاربرد نانوتكنولوژي در ساخت فيلترهاي نانو هيبريد است كه فرآيند تهويه و تصفيه هوا را به خوبي انجام مي‌دهند و براي از بين بردن ميكروب‌ها در محيط‌هاي مختلف مانند محيط‌هاي نگهداري مواد غذايي، سرويس‌هاي بهداشتي، رستوران‌ها و آشپزخانه‌ها به كار برده مي‌شوند. اين فيلترها حاوي نانو ذرات هيبريد مواد آلي و معدني است و پايداري خوبي دارند.

تكنولوژي نانو فيلتراسيون و استفاده از آن
 

يكي از كاربردهاي فناوري نانو استفاده از نانو فيلترها است كه گام مؤثري در حفظ محيط زيست و صرفه جويي در انرژي شناخته مي شود. از تكنولوژي نانو در تهيه فيلتر استفاده مي‌شود. اين فيلترها با كاربردهاي مختلف براي استفاده در يخچال، اتومبيل، محيط خانه و بيمارستان‌ها و مراكز درماني براي حذف باكتري، قارچ، بو و تركيبات آلي فرار مورد استفاده قرار مي‌گيرند. گازهاي مضري مانند فرمالدئيد، تولوئن و بنزن كه از مبلمان، موكت، فرش، لوازم چوبي و چرمي، وسايل پلاستيكي، سطوح رنگ شده، لوازم آرايش و ... متصاعد مي‌شوند سبب بسياري از سردردها، سرگيجه، سوزش چشم، مشكلات تنفسي و تشديد آسم مي‌گردند و مقدار اين گازها در محيط خانه 2 تا 5 برابر محيط خارج است كه نانو فيلتراسيون مي تواند نقش مهم و موثري در رفع اين مشكلات داشته باشد.
نانوتكنولوژي نيز يكي از نمونه‌هاي جديد پيشرفت علم و تكنولوژي است كه گسترش و كاربرد زيادي به ويژه در بهداشت و سلامت انسان‌ها داشته است. نانو فيلترها براساس منافذشان به3 گروه: ميكرو، اولترا و نانوفيلترها طبقه بندي شده اند. غشاهاي نانو فيلتراسيون معمولاً از2 لايه تشكيل مي شود. لايه هاي نازك و متراكم عمل جداسازي و لايه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سيستم را انجام مي دهد. غشاها در اشكال مختلف مارپيچي، صفحه اي، لوله اي و فيبري هستند. نانوفيلتراسيون يك فرآيند جداسازي تحت فشار ما بين اسمز معكوس و اولترا فيلتراسيون است. نانو فيلتراسيون نسبت به اسمز معكوس و اولترا فيلتراسيون برتري دارد، چرا كه در اولترا فيلتراسيون مقدار آلاينده هاي مصرفي نسبت به حد مجاز بالاتر بوده و در اسمز معكوس ميزان خلوص آب حاصله بيشتر از حد محصول است كه پيامد آن افزايش قيمت اين روش است.

توليد فيلترها
 

دانشمندان روش ساده اي براي توليد فيلترها با استفاده از نانو لوله هاي كربني ابداع كرده اند كه حتي قادر به حذف هيدروكربن هاي سنگين از نفت خام مي باشد. ساخت فيلترها از نانولوله هاي كربني فوايدي مانند سهولت نظافت، افزايش استحكام، قابليت مصرف مجدد و مقاومت آنها در برابر حرارت، دارا مي باشد.
برخي از شركت هاي صنعتي در حال استفاده از نانوفيلترهاي اكسيد آلومينيم با اندازه دو نانو متر براي تصفيه آب هستند. فيلترهاي نانو سرام قادرند باكتريها، نمكها عناصر كدر كننده، مواد راديو اكتيو و فلزات سنگين را از آب حذف كنند. اين نوع فيلترها در 5 PH تا 9 بهترين عملكرد را دارند. حداكثر4 بار فشار را مي توان به فيلترها اعمال كرد كه منجر به شدت جريان9 تا10 ليتر بر ساعت به ازاي هر سانتي متر مربع از فيلتر خواهد شد. در حال حاضر، هزينه هر مترمربع فيلتر يك دلار است كه ممكن است اين مقدار به3 دلار نيز برسد. بنا به گفته كارشناسان، فيلترهاي نانو سرام، نيازي به تصفيه پيشين يا پسين، تميز كردن و شارژ مجدد فيلتر ندارند.

فيلترهايي از جنس نانو الياف
 

برخلاف فيلترهاي معمولي ، لايه الياف نانو توانايي فيلتراسيون ذرات در مقياس ميكرون را دارد كه با استفاده از آن مي توان فيلترهاي ارزان قيمت و با كارايي بالا به دست آورد.
مكانيزم فيلتراسيون الياف نانو با الياف معمولي متفاوت است. همين ويژگي سبب گسترش محدوده كاربرد اين الياف در جوانب مختلف زندگي روزمره انسان ها شده است. با كاهش قطر الياف پليمري از ميكرومتر به نانومتر، خواص منحصر به فردي مانند نسبت سطح به حجم بسيار بالا، انعطاف پذيري و خواص مكانيكي عالي در الياف ايجاد مي شود كه سبب گسترش كاربرد آنها خواهد شد.

نانو الياف و فيلتراسيون
 

در سالهاي اخير، نانو الياف به علت دارا بودن ويژگي هاي منحصر به فرد در صنايع مختلف از جمله فيلتراسيون هوا مورد توجه قرار گرفته اند. در يك طرح پژوهشي دوساله ، لايه هاي مختلفي از الياف نانو با قطر و ضخامت مختلف به روش الكتروريسي تهيه شده و در يك سيستم آزمايشگاهي آزمون فيلتر كه براي تعيين ويژگي هاي فيلتر طراحي و ساخته شده بود، بررسي و آزمايش شد. نتايج به دست آمده از اين طرح تحقيقاتي كه از سوي محققان واحد علوم و تحقيقات دانشگاه آزاد اسلامي انجام شد، نشان مي دهد فيلترهاي ساخته شده از الياف نانو قابليت بسيار بالايي در فيلتراسيون ذرات آلوده دارند و از راندمان بالاتري در مقايسه با فيلترهاي سلولزي معمولي برخوردارند.
با استفاده از الياف نانو مي توان فيلترهاي تميز شونده با راندمان بالا و وزن كمتر طراحي و توليد كرد كه در نتيجه سبب مي شود تفاوت محسوسي را در روش فيلتراسيون نسبت به استفاده از فيلترهاي متداول اليافي ايجاد كنيم.تاكنون روشهاي متعددي براي توليد الياف نانومتري در نظر گرفته شده است كه از ميان آنها روش الكتروريسندگي علاوه بر سادگي از بازده بالاتري برخوردار است و در واقع مي توان گفت اين روش تنها روشي است كه در آينده مي توان از آن براي توليد نانو الياف به صورت هم جهت و پيوسته استفاده كرد. در روشهاي محصول توليد الياف با قطر بزرگتر ابتدا مذاب پليمري با اعمال نيروهاي مكانيكي تحت كشش قرار مي گيرد و از داخل حديده خارج مي شود و نهايتاً رشته اي از الياف به دست مي آيد. قطر الياف نانو به پارامترهاي مختلفي مانند غلظت پليمر، ولتاژ الكتريكي اعمال شده ، فاصله ، دبي جريان ، قطر سوزن و نوع جمع كننده بستگي دارد.

نانو الياف در خدمت فناوري
 

ويژگي متمايز اين الياف سبب مي شود نانو الياف پلميري به عنوان مواد مناسبي در زمينه هاي مختلف صنعتي استفاده شوند كه از آن جمله مي توان به كاربرد اين الياف در ساخت نانو كامپوزيت هاي پليمري ، صنايع فيلتراسيون ، نظامي و پزشكي اشاره كرد.امروزه استفاده از الياف نانو براي ساخت لباسهاي محافظ در مقابل عوامل شيميايي و بيولوژيكي ، ساخت فيلترهايي با ويژگي هاي متفاوت و همچنين نانو كامپوزيت هاي پليمري به صورت كاربردي مطرح شده است. پيش بيني مي شود استفاده از اين الياف در فيلتراسيون تحول عظيمي را در اين بخش به وجود آورد.
به گفته توكلي ، اگر از يك فيلتر با كيفيت بالا در فرآيند فيلتراسيون هوا استفاده شود، ذرات تا مقياس 300 نانومتر در اين سطح محبوس خواهند شد و بازده اين فرآيند به 99.97 درصد ارتقاء خواهد يافت.
هر چند اندازه منافذ قرار گرفته روي اين گونه فيلترها كوچك و ضخامت فيلتر در محدوده اي است كه اجزاي فوق العاده كوچك را نيز به دام مي اندازد؛ اما در اين نوع فيلتراسيون لازم است جريان هوا با فشار وارد شود. در غير اين صورت توانايي فيلتراسيون كاهش مي يابد و همانند يك فيلتر معمولي عمل مي كند.با استفاده از لايه نازكي از الياف نانو مي توان فرايند فيلتراسيون را در فشار هواي معمولي و جريان هواي كم با كيفيتي مشابه فيلترهايي از جنس الياف شيشه اي انجام داد.
قطر الياف نانوي مورد استفاده در اين نوع فيلترها به كمتر از يك ميكرون مي رسد كه همين امر باعث زياد شدن نسبت سطح به حجم ، كوچك شدن منافذ و در نهايت تخلخل بالا مي شود. اين فيلترها مي توانند با وجود كارايي بسيار بالا در فيلتراسيون ذرات ريز، افت فشار را نيز به حداقل برساند. اين ويژگي سبب افزايش كارايي فيلتر، كاهش افت فشار و افزايش طول عمر آن مي شود.
براي مثال ، نانو فيلترهاي مورد استفاده در صنايع خودروسازي سبب صرفه جويي در مصرف سوخت و انرژي ، سوختن كامل بنزين در موتور، كاهش آلودگي هوا و مشكلات زيست محيطي و كاهش هزينه ها مي شود. اين در حالي است كه با ورود هواي تميز به داخل موتور اتومبيل ، بازده موتور افزايش و ورود ذرات آلوده به داخل موتور كاهش مي يابد.

آينده در تسخير نانو
 

انسان ها در معرض يك انقلاب اجتماعي قدرتمند و تسريع شده قرار گرفته اند كه تا حدودي ناشي از توسعه نانو فناوري در زمينه هاي مختلف زندگي است. در آينده اي نه چندان دور، دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني در مقياس نانو مي شوند كه حتي مي تواند همانندسازي كند و طي چند سال با توليد 5 ميليارد تريليون نانو روبات ، تقريبا تمامي فرآيندهاي صنعتي و نيروي كار كنوني از رده خارج خواهد شد. با اين تحول عظيم ، كالاهاي مصرفي به وفور يافت مي شود، در حالي كه ارزان ، شيك و بادوام خواهد بود. دارو درماني جهشي سريع و كوانتومي را تجربه مي كند، سفرهاي فضايي مقرون به صرفه خواهد شد و به طور كلي سبك زندگي در جهان به صورت زيربنايي متحول شده و الگوهاي رفتاري انسان ها نيز بناچار تحت تاثير اين روند قرار خواهد گرفت. مطالعات انجام شده نشان مي دهد با توجه به امكانات و قابليت هاي موجود در كشور، دستيابي به دانش فني توليد اين مواد در مقياس صنعتي و نيمه صنعتي امكان پذير خواهد بود.

نتيجه جداسازي مونواكسيد كربن به روش نانو فيلتراسيون
 

در محيط اطراف ما همواره انواع باكتري‌ها، قار‌چ‌ها، ويروس‌ها، گازهاي مضر و بوهاي نامطبوع وجود دارند. همچنين عوامل ميكروبي مانند ويروس‌ها و باكتري‌ها از علل مهم سرماخوردگي و عفونت‌هاي تنفسي به ويژه در كودكان، سالمندان و بيماران ريوي مي‌باشند. با توليد فيلترهاي نانو مي توان با حبس گاز CO در ابعاد نانومتر، از پخش شدن آن در هوا و نيز تنفس آن جلوگيري نمود و خطرات ان را كاهش داد. بنابراين با كاهش خطرات و مضرات اين گاز روبرو خواهيم بود.
منابع:
• ‌نانو فناوري مولكولي و نانو فناوري‌ زيستي نويسنده: دكتر محسن جهانشاهي
• Nano, Quantum and Molecular Computing
Edited by Sandeep K. Shukla
Virginia Polytechnic and StateUniversity,Blacksburg, U.S.A and
R. IrisBaharBrownUniversity, Providence, U.S.A
• شبكه فيزيك هوپا http://www.hupaa.com
• سايت ستاد فناوري نانو www.nano.ir
• نانو تكنولوژي و پيدايش كاربردهاي جديد
نويسنده: سيما حبيبي - مهدي محمدي شادپور ناشر: الماس دانش
• نانوتكنولوژي، آئينه تكنولوژي آفرينش . گردآوري و ترجمه: انجمن علمي دانشجويي نانوتكنولوژي دانشكده فني دانشگاه تهران . ناشر: كميتة مطالعات سياست نانوتكنولوژي، دفتر همكاري‌هاي فن‌آوري رياست جمهوري
• www.foresight.org
• عنوان: Nanolubricants نويسندگان: Jean Michel Martin, Nobuo Ohmae
• عنوان Commercializing Micro-Nanotechnology Products : انتشارات CRC
* ارسال مقاله توسط عضو محترم سایت با نام کاربری : sm1372
/ج