دانلود مقاله كاربرد-نانوتكنولوژي-در-تصفيه-آب (docx) 52 صفحه
دسته بندی : تحقیق
نوع فایل : Word (.docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد صفحات: 52 صفحه
قسمتی از متن Word (.docx) :
روش هاي خالص سازي آب با به کارگيري فناوري نانو نانو، دلالت بر يک واحد بسيار کوچک در علم اندازه گيري دارد. يک نانومتر معادل 9-10 متر يا به عبارتي يک ميلياردم متر است. اخيراً با ورود فناوري هاي نوين از قبيل زيست فناوري و نانو فناوري، مواد و راهکارهاي جديدي براي تصفيه آب و نيز آب و فاضلاب هاي صنعتي و کشاورزي معرفي شده و يا مي شوند. کاربردهاي فناوري نانو در اين خصوص عبارتند از : نانو فيلترها، نانو فتوکاتاليست ها، مواد نانو حفره اي، نانو ذرات، نانو سنسورها، توانايي هاي اين فناوري در تصفيه آب و با توجه به انواع آلودگي هاي نقاط مختلف ايران مورد ارزيابي قرار گرفته است.
نانو، دلالت بر يک واحد بسيار کوچک در علم اندازه گيري دارد. يک نانومتر معادل 9-10 متر يا به عبارتي يک ميلياردم متر است. اخيراً با ورود فناوري هاي نوين از قبيل زيست فناوري و نانو فناوري، مواد و راهکارهاي جديدي براي تصفيه آب و نيز آب و فاضلاب هاي صنعتي و کشاورزي معرفي شده و يا مي شوند. کاربردهاي فناوري نانو در اين خصوص عبارتند از : نانو فيلترها، نانو فتوکاتاليست ها، مواد نانو حفره اي، نانو ذرات، نانو سنسورها، توانايي هاي اين فناوري در تصفيه آب و با توجه به انواع آلودگي هاي نقاط مختلف ايران مورد ارزيابي قرار گرفته است. در گذشته نه چندان دور اهداف تصفيه خانه هاي آب آشاميدني کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بيماري زا در آب بود که با روشهاي متداول فيلتراسيون و گندزدايي قابل حصول بوده اند. ليکن با افزايش غلظت مواد ريزدانه، ترکيبات ازته، مواد آلي و معدني و فلزات سنگين به منابع آب روش هاي متعارف جوابگوي نيازتصفيه خانه ها نبوده و لازم است از فرآيندهاي نسبتاً جديد در تصفيه خانه ها استفاده شود. اخيراً نيز با ورود فناوري هاي نوين از قبيل زيست فناوري و نانو فناوري، مواد و راهکارهاي جديدي براي تصفيه آب و نيز آب و فاضلاب هاي صنعتي و کشاورزي معرفي شده و يا مي شوند. مفهوم نانوفناوري به حدي گسترده است که بخش هاي مختلف علوم و فناوري را تحت تأثير خود قرار داده و در عرصه هاي مختلف از جمله محيط زيست کاربردهاي وسيعي يافته است. در اين مقاله به بررسي کاربردهاي فناوري نانو در صنعت آب مي پردازيم. نانو فيلترها تاريخچه نانو فيلتراسيون به دهه هفتاد ميلادي زماني که غشاهاي اسمز معکوس با فشارهاي نسبتاً پايين همراه با جريان آب تصفيه اي قابل قبول، بسط و توسعه پيدا کردند باز مي گردد. استفاده از فشارهاي بسيار بالا در فرآيند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهيه آب با کيفيت بسيار عالي مي شد، وليکن به همان نسبت هزينه گزاف انرژي مصرفي عاملي نگران کننده به شماره مي آمد. در نتيجه، تهيه آب با استفاده از اين روش از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نبود. بنابراين استفاده از غشاهايي با ميزان درصد حذف پايين تر ترکيبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بيشتر و به طبع آن، افزايش حجم آب تصفيه شده با کيفيتي مطلوب (درحد استانداردهاي مورد نظر) در فناوري جداسازي يک پيشرفت قابل ملاحظه، به شمار مي آمد. از ين رو غشاهاي اسمز معکوس با فشار پايين، بعنوان غشاهاي نانو فيلتراسيوني شناخته شدند. نانو فيلتراسيون فرآيند غشايي جديدي است که خواص آن بين فرايندهاي اسمز معکوس و اولترافيلتراسيون قرار دارد و در اختلاف فشار پايين (10-20 بار) قابل استفاده مي باشد. به علت عمل نمودن در فشار پايين و بازيابي بالاتر، هزينه هاي عملياتي و نگه داري اين فرآيند به مواد شيميايي نياز نبوده و پساب توليدي فشرده و غليظ مي باشد. لذا هزينه حمل و نقل و دفع آن کمتر است. به کمک تجهيزات خاص غشاء ها به طور خودکار تميز مي شود. در مورد فرآيند نانو فيلتراسيون، هزينه انرژي به مراتب از اسمز معکوس کمتر مي باشد. نکته حائز اهميت در مورد نانو فيلترها نسبت به ساير غشاها، قدرت انتخاب گري در حذف يون هاست. غشاهاي نانو فيلتراسيون معمولاً از دو لايه تشکيل مي شود. لايه نازک و متراکم عمل جداسازي و لايه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سيستم را انجام مي دهد. غشاهاي نانو فيلتراسيون معمولاً در دو نوع باردار و غيرباردار موجود هستند. مکانيسم اصلي در حذف ملکول هاي بدون بار، خصوصاً ترکيبات آلي بر پايه غربالسازي استوار مي باشد. در حال که حذف ترکيبات يوني به دليل بر عم کنش هاي الکتروستاتيک بين سطح غشا و گونه هاي باردار، حذف مي شوند. امروزه غشاهاي نانويي تجاري، در اشکال متفاوتي استفاده مي گردند. اين اشکال شامل، سيستم هاي مارپيچي، صفحه اي، جعبه اي، لوله اي و فيبري مي باشد. شکل هر يک از غشاهاي نانويي براساس نوع غشا و نانويي براساس نوع غشا و به منظور بالا بردن بازده و عملکرد آن انتخاب مي گردد. نانو مواد نانومواد در مقايسه با مواد در ابعاد بزرگ داراي سطوح بسيار وسيع تري هستند. به علاوه اين مواد قادر به بر هم کنش با گروه هاي شيميايي مختلف به منظور افزايش ميل ترکيبي آنها با ترکيبات ويژه مي باشند. همچنين نانومواد مي توانند به عنوان ليگندهاي قابل بازيافت با ظرفيت و عملکرد انتخابي بسيار بالا براي يون هاي فلزي سمي به هسته هاي رايواکتيو، حلال هاي آلي و معدني به شمار مي آيند. جاذب ها به طور وسيعي به عنوان جداساز محيطي در خالص سازي آب و براي حذف آلاينده هاي آلي از آب آلوده استفاده مي شدند. تحقيقات وسيعي در اين زمينه صورت گرفته است از جمله مي توان به کاربرد نانو تيوپ هاي کربني تک ديواره براي حذف يون هاي سنگين ماننده 2Pb، 2Cu، 2Cd، چيتوزان با گروه هاي عاملي فسفاته براي حذف 2Pb، ترکيب کربن نانوتيوپ- اکسيد سديم براي حذف As (V) ، نانو بلورهاي FeO(OH) - براي جذب AS (V) و Cr (VI) ، زئوليت هاي تعويض يون NaP1 براي حذف فلزات سنگين از پساب هاي معدني اسيدي مانند 3Cr، 2Ni، 2Zn، 2Cu، 2Cd، نانو مواد کربني براي جذب مواد آلي فرار، رنگ هاي آلي و ترکيبات آلي و ترکيبات آلي کلره، فولرن براي جذب ترکيبات آروماتيک چند حلقوي مانند نفتالين اشاره نمود. نانو مواد حفره اي مواد نانو حفره اي به عنوان يک زير مجموعه مواد نانو ساختار با دارا بودن سطح منحصر به فرد، شکل ساختماني و خواص حجمي در زمينه هاي مختلف از جمله، فرايندهاي تعويض يوني، جداسازي، کاربردهاي کاتاليستي، ساخت حسگرها، ايزولاسيون ملکولي هاي زيستي و خالص سازي کاربرد دارند. به طور کلي مواد نانو حفره اي را مي توان براساس دامنه قطر منافذ نانويي به سه دسته ميکروپور، مزوپور و کاروپور تقسيم نمود. براساس سيستم آيوپاک، حفره هاي مواد ميکروپور داراي قطري کمتر از 2 نانومتر مي باشند. مزوپورها داراي حفره هاي به قطر بين 2 تا 50 نانومتر و ماکروپورها داراي حفره هايي با قطر بيشتر از 50 نانومتر هستند. مواد نانوحفره اي را مي توان براساس جنس، از قبيل آلي يا معدني، سراميک يا فلز و يا خواص آنها دسته بندي نمود. در سيستم هاي پلي مري، سراميکي و يا کربني نيز مشابه اين چنين حفره هايي ديده مي شود که البته شکل حفره ها در آن متفاوت هست.
در واقع جنس ماده، شکل حفره ها، اندازه آنها و توزيع و ترکيب حفره ها است که در نهايت مشخص کننده نوع کاربرد ماده نانو حفره اي مي باشد. اين مواد شامل کربن هاي نانوحفره اي ترکيبات داراي( کاربردهاي متنوعي از جمله، جذب گازهاي آلاينده، بسته هاي کاتاليستي، فيلترهاي تصفيه آب، مخزن نگهداري گاز و... باشند. زئوليت هاي نانوحفره اي عمده کاربرد زئوليت( هاي در فرايندهاي تصفيه اي آب (شامل تصفيه آب شرب و پساب هاي صنعتي) حذف يون هاي فلزات سنگين مي باشد. پليمرهاي نانوحفره اي (نانوپروس پلي مرها عمده کاربرد( پلي مرهاي نانوحفره اي براساس عملکرد آنها به عنوان جاذب تعريف مي گردد. از جداسازي ملکول هاي آلي خاص از سيستم هاي بيولوژيکي تا کاربرد آن ها را در تصفيه آب به منظور حذف آلودگي هاي ناشي از ترکيبات آلي نظير فنل ها شامل مي شود. نانو ذرات حذف آرسنيک با نانو ذرات سريم( حذف آرسنيک با نانو ذرات اکسيد آهن( ( حذف کروم با نانو ذرات آهن حذف مس، کبالت و نيکل با نانو ذرات آهن( حذف( ترکيبات آلي با نانو ذرات آهن ( حذف آلاينده ها با نانو ذرات آهن در محل ( کاهش نيترات با نانوذرات دوفلزي پالاديم- مس گندزدايي آب با نانو ذرات نقره( نانو سنسورها در تصفية آب و پساب از آنجائي كه بسياري از خواصي كه انتظار مي‌رود توسط سنسورها اندازه‌گيري شود در سطح مولكولي يا اتمي هستند از نانوتكنولوژي در كاربردهاي حسگري يا شناسايي استفادة زيادي مي‌شود. سنسورهايي كه در ابعاد نانومتري ساخته شده‌اند از حساسيت فوق‌العاده‌اي برخوردارند، عملكرد انتخابي دارند و پاسخ‌دهنده مي‌باشند. بنابراين تأثير نانو تكنولوژي بر سنسورها فوق‌العاده عميق و گسترده است. به طور كلي به منظور كنترل بوي ناخوشايند، لازم است تا اندازه‌گيري‌هايي مبني بر ميزان بوي منتشر شده انجام شود. تركيبات بسياري در بوهاي ناشي از تصفية پساب شناسايي شده‌اند. به طور نمونه اين تركيبات عبارتند از: تركيبات كاهش يافتة گوگرد يا نيتروژن، اسيدهاي آلي، آلدئيدها يا كتون‌ها. در سال‌هاي اخير سنسورهاي تجارتي مجموعه‌اي كه بيني الكترونيكي ناميده مي‌شوند براي شناسايي ميكروارگانيسم‌ها و فلزات سنگين در آب آشاميدني (مانند كادميوم، سرب و روي) و به منظور شناسايي و تعيين مشخصات بوهاي ناشي از مخلوط بخار جمع شده در بالاي يك جامد يا مايع موجود در يك محفظة دربسته، توليد شده‌اند. اين سنسورها روش سريع‌تر و نسبتاً ساده‌اي را براي پيگيري تغييرات در كيفيت آب و فاضلاب صنعتي فراهم مي‌آورند. نانوفتوكاتاليست فتوكاتاليست ماده‌اي است كه در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز يك واكنش شيميايي شود، در حالي كه خود ماده، دست خوش هيچ تغييري نشود. فتوكاتاليست‌ها مستقيماً در واكنش‌هاي اكسايش و كاهش دخالت ندارند و فقط شرايط موردنياز براي انجام واكنش‌ها را فراهم مي‌كنند. تيتانيم دي اكسيد TIO2 (با گستره اندازه بين خوشه‌ها تا كلوئيدها – پودرها و تك بلوهاي بزرگ)، نزديك به يك فتوكاتاليست ايده‌آل است و تقريباً تمامي اين خصوصيات رادارد. تنها استثناء آن اين است كه نور مرثي را جذب نمي‌كند. نانو ذرات دي اكسيد تيتانيم، بر سطح زيرلايهاي مناسبي از جمله شيشه و يا تركيبات سيليسي، پوشش داده مي‌شوند و در حوضچه‌هاي تحت تابش نور ماوراء بنفش، قرار مي‌گيرند. بسياري از آلاينده‌هاي موجود در آب‌هاي صنعتي كه TIO2 آنها را با آب و دي‌اكسيد كربن تبديل مي‌كند عبارتند از: آلكان‌ها، آلكن‌ها، آلكين‌ها، اترها، آلدئيدها، الكل‌ها، تركيبات آميني، تركيبات سيانيدي، استرها و تركيبات آميدي.