up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله کاربرد فناوري نانو در تصفيه آب PDF
QR code - کاربرد فناوري نانو در تصفيه آب

کاربرد فناوري نانو در تصفيه آب

نمونه هاي عملي از کاربرد فناوري نانو در تصفيه آب (3)

▪ هزينه
زئوليت ها را مي توان به طور ارزان توليد کرد زيرا منبع آنها به طور طبيعي و فراوان در دسترس است. در امريکا زئوليت هاي دانه اي براي کاربردهاي صنعتي و کشاورزي بين ۳۰ تا ۷۰ دلار به ازاري هر تن و براي محصولات مصرفي بين ۵ ۰ تا ۵ ۴ دلار به ازاي هر کيلوگرم هزينه دارند.
▪ روش مصرف
چگونگي مصرف زئوليت ها بسيار وابسته به نوع ابزاري است که در آن استفاده مي شوند. اين ابزار مي تواند شامل رزين هاي تعويض يوني، کارتريج و ابزارهاي ستوني و غيره باشند. علاوه بر اين زئوليت ها گاهي اوقات به احيا با يک محلول اسيدي نياز دارند. مصرف زئوليت هاي زغال سنگ ممکن است مشکل ساز باشد، چرا که مطالعات نشان مي دهند مقاديري از آلودگي هاي سرب، کادميم، کروم، مس، جيوه، روي و ديگر آلودگي ها مي توانند از زغال سنگ گذشته و موجب آلودگي خاک، آب هاي زيرزميني و آب شوند. همچنين مشخص شده است که مقادير آرسنيک و منيزيم عبور کرده از Fly ash بسيار بيشتر از مقادير توصيه شده سازمان بهداشت جهاني است. ترکيبات زئوليت نقره AgION نياز به پاک سازي مکرر دارند، زيرا پوشش ضدباکتري نقره از تشکيل آلودگي هاي بيولوژيکي روي فيلتر جلوگيري مي کند و در اين صورت نياز به ذخيره سازي و مصرف احياء کننده هاي شيميايي مرتفع مي شود.
فناوري هاي مبتني بر نانوکاتاليست ها
نانوذرات آهن خنثي
نانوذرات آهن خنثي (NZVI) براي تصفيه درجا و غيردرجاي آب هاي زيرزميني استفاده مي شوند. اين ماده همزمان يک جاذب و يک عامل احياکننده است، همچنين موجب مي شود که آلودگي هاي آلي به ترکيبات کربني با درجه سميت کمتري شکسته شوند و فلزات سنگين کلوخه شده، به سطح خاک بچسبند. NZVI را مي توان براي تصفيه درحا مستقيماً به منابع آب هاي زيرزميني تزريق کرد، يا مي توان از آن در غشاها براي کاربردهاي خارجي استفاده کرد. همچنين NZVI دو فلزي که در آن نانوذرات آهن با يک فلز ثانويه از قبيل پالاديم براي افزايش فعاليت آهن پوشيده مي شوند، موجود است. NZVI بسيار فعال بوده و سطح مخصوص بالايي نسبت به ZVI دانه اي دارد.
▪ حذف آلودگي ها
NZVI مي تواند براي فرآوري گستره وسيعي از آلودگي هاي متداول زيست محيطي، مثل متان کلردار، بنزن کلردار، Pesticideها، رنگ هاي آلي، تري هالومتان ها، PCBها، آرسنيک، نيترات و فلزات سنگين از قبيل جيوه، نيکل و نقره استفاده شود. همچنين ممکن است توانايي کاهش پرتوهاي راديويي را داشته باشد. پالاديم پوشيده شده با NZVI نشان داده است که همه ترکيبات کلردار را در مدت هشت ساعت تا زير مقادير قابل رؤيت کاهش مي دهد. اين در حالي است که NZVI معمولي براي حذف بيش از ۹۹ درصد از اين ترکيبات به ۲۴ ساعت نياز دارد. نانوذرات نسبت به آلودگي ها، براي يک دوره شش الي هشت هفته اي، فعال باقي مي مانند. NZVI نشان داده است که در گستره وسيعي از PHها و دماهاي خاک و مقادير Nutrient مؤثر است.
▪ مقدار تصفيه آب
مقدار آب زيرزميني که NZVI مي تواند فرآوري کند، وابسته به کيفيت آهن، شامل تعداد دفعاتي که استفاده مجدد شده است؛ نوع زيرلايه مورد استفاده، کيفيت آب معدني براي توليد محلول قابل تزريق، شامل مقدار اکسيژن، مقدار و نوع ذرات ريز در محلول، است. دريک مطالعه موردي، سطحي با مساحت صد مترمربع را ۰۵۷ ۶ ليتراز محلول شامل kg ۲ ۱۱ از NZVI تحت تأثير قرار مي دهد. مطالعه ديگري نشان مي دهد که در يک منطقه، مقدار ۱۳۶ کيلوگرم NZVI براي فراوردي ۶ ۱۱ميليون کيلوگرم از خاک کافي است؛ اما در منطقه ديگر همين مقدار از NZVI تنها براي فرآوري ۱۰۲ ميليون کيلوگرم از خاک به کار مي رود. دلايل ذکر شده براي اين مطابقت نداشتن شامل حجم متفاوت آب مصرف شده در تهيه محلول، مقادير متفاوت کنش پذيري آهن به دليل تفاوت در مقدار اکسيژن آب و مقدار متفاوت فشار کاربردي در حين تزريق است.
▪ هزينه
NZVI حدوداً ۴۰ تا ۵۰ دلار به ازاي هر کيلوگرم و پلاديم پوشش يافته با NZVI بين ۶۸ تا ۱۴۶ دلار به ازاي هر کيلوگرم هزينه دارد. اگر چه NZVI به طور قابل توجهي نسبت به ZVI دانه اي و ميکرومقياس که هر کدام به ترتيب ۲ ۲ و ۷۵ ۳ دلار به ازاي هر کيلوگرم هزينه دارند، گران است، اما از آن جا که مقادير کمي از NZVI به دليل سطح ويژه و واکنش پذيري بسيار بالاي آن مورد نياز است، از نظر اقتصادي به صرفه است. در مقابلِ هر گرم پودر تجاري ZVI که سطحي کمتر از يک متر مربع دارد، NZVI به ازاي هر گرم ۵ ۳۳ مترمربع سطح واکنش پذير داشته و سرعت تصفيه آن ده تا صد مرتبه سريع تر است.
▪ روش مصرف
استفاده درجا و غيردرجاي از NZVI نسبتاً آسان است. براي کاربردهاي درجا، پودر NZVI را براي تشکيل محلول آهن با آب در يک منبع مخلوط کرده، سپس با يک پمپ و چاه تزريق مستقيماً به خاک آلوده تزريق مي کنيم. از آنجا که تجهيزات مشابه مورد استفاده براي ديگر موارد تزريقي موجود است، تجهيزات چاهي خاص مورد نياز نيست. NZVI به دليل داشتن ذرات کوچک تر نسبت به ZVI دانه اي، راحت تر تزريق شده، مي تواند تا اعماق بيشتري نفوذ کند. همچنين نانوذرات NZVI مي توانند در يک ماتريس جامد از قبيل کربن فعال، زئوليت، نانولوله هاي کربني و ديگر مواد براي توليد غشاهايي با کاربرد غيردرجا ايمن شوند.
● فتوکاتاليست هاي نانومقياس دي اکسيد تيتانيوم
دي اکسيد تيتانيوم هم به عنوان عامل احياي فتوکاتاليستي و هم به صورت يک جاذب عمل مي کند و به صورت درجا و غيردرجا در تصفيه آب استفاده مي شود. دي اکسيد تيتانيوم در حضور آب، اکسيژن و تابش UV، راديکال هاي آزاد توليد مي کند که اين راديکال ها آلودگي هاي متفاوت را به ترکيبات کربني با درجه سميت کمتري تجزيه مي کنند. دي اکسيد تيتانيوم نانومقياس، سطح بيشتر و فرايند فتوکاتاليستي سريع تري را نسبت به ذرات بزرگ تر فراهم مي نمايد. دي اکسيد تيتانيوم يا به صورت نانوپودر، براي استفاده در سوسپانيون ها و يا به شکل فيلترهاي دانه اي موجود است و در چندين شکل ديگر به عنوان پوشش براي غشاهاي ثابت، ميکروکره هاي نانوکريستالي و غشاهاي ترکيبي با سيليکا به کار مي رود.
▪ حذف آلودگي ها
دي اکسيد تيتانيوم تقريباً همه آلودگي هاي آلي را تجزيه مي کند. اين ماده بسيار آب دوست است؛ و بنابراين توانايي جذب آلودگي هاي زيستي و فلزات سنگين از قبل آرسنيک را دارد. راندمان آن تابع کيفيت دي اکسيد تيتانيوم، شدت پرتو فرابنفش، PH آب، موجودي اکسيژن و غلظت آلودگي ها است.
▪ مقدار تصفيه آب
سيستم هاي متفاوت دي اکسيد تيتانيوم، شدت جريان و سرعت هاي حذف متنوعي را فراهم مي کنند و ازهمه آنها مي توان محدوده استفاده کرد. نانوپودرهاي سوسپانسيون شده دي اکسيد تيتانيوم فرايند فتوکاتاليستي پُربازدهي را از خود نشان مي دهند؛ چرا که سطح داخلي آنها در معرض تابش اشعه فرابنفش و آلودگي ها قرار مي گيرد. به دليل ترکيب سطوح کنش پذير با مواد پايه و در نتيجه، کاهش سطح فعال، بازده نانوذرات دي اکسيد تيتانيوم که به عنوان پوشش استفاده شده يا روي زيرلايه هايي از قبيل شيشه و سراميک ثابت شده اند، پنج برابر درصد بازده فتوکاتاليستي نانوذرات سوسپانسيون شده است. همچنين تخلخل غشا يا زيرلايه، بر شدت جريان و عمر مفيد اين سيستم ها مؤثر است. ميکروکره هاي نانوکريستالي دي اکسيد تيتانيوم، سطحي قابل مقايسه با نانوپودرها دارند، اما فرايندهاي فتوکاتاليستي آهسته تري انجام مي دهند.
▪ هزينه
هزينه نانوپودرهاي دي اکسيد تيتانيوم برحسب کيفيت آن چند صد دلار بر کيلوگرم است. به عنوان مثال اخيراً شرکت Altair يک سيستم توليدي به ثبت رسانده است، که مي تواند نانوپودرهاي دي اکسيد تيتانيوم را در مقياس انبوه و بسيار ارزان توليد کند. همچنين اين شرکت فروش محصولات کوچک مبتني بر اين فناوري را طراحي مي کند. اين محصولات در دو اندازه ۴۰ کيلوگرم بر ساعت و يک تا دو کيلوگرم بر ساعت موجود خواهند بود. اين واحد، دي اکسيد تيتانيوم را از تتراکلريد تيتانيوم توليد مي کند که مي تواند حدوداً هزاروصد دلار به ازاي هر تن يا صد و ده دلار به ازاي هر کيلوگرم فروخته شود.
▪ روش مصرف
به دليل سختي بازيافت و جداسازي ذرات بعد از تصفيه، استفاده از نانوپودرهاي دي اکسيد تيتانيوم سوسپانسيون شده مشکل است. ذرات سوسپانسيون معمولاً به وسيله اولترافيلتراسيون يا ميکروفيلتراسيون جدا مي شوند اما در حين اين فرايند مقدار قابل توجهي از ذرات از بين مي روند. استفاده از ميکروکره هاي نانوکريستالي آسانتر است. آنها در آب از طريق حباب سازي هوا سوسپانسيون شده و به طور طبيعي در ظرف آب براي بازيافت آسان تر ته نشين مي شوند.
● اکسيدآهن نانوساختار جاذب
شرکت فناوري هاي Adedge آمريکا، اکسيدآهن نانوساختار دانه اي و خشکي به نام AD۳۳، براي حذف آرسنيک عرضه نموده است. AD۳۳ با ترکيبي خواص کاتاليستي و جذبي اکسيدآهن با هم، ضمن تبديل آرسنيک به موادي با سميت کمتر، به طور همزمان آن را از آب جدا مي نمايد، اين شرکت همچنين طرحي از لوازم مصرفي شامل فيلترهاي AD۳۳ را ارائه نموده است.
▪ حذف آلودگي ها
AD۳۳ مي تواند بيش از ۹۹ درصد آرسنيک را حذف کند، همچنين مي تواند مقادير سرب، روي ، کروم، مس و ديگر فلزات سنگين را کاهش دهد و آلودگي هاي جذب شده را از خود عبور نمي دهد.
▪ مقدار تصفيه آب
عمر مفيد فيلترهاي AD۳۳ معمولاً دو تا چهار سال است. سيستم هاي تصفيه خانگي سري مداليون شرکت Adedge با سه دبي۱۹، ۲۶ و ۳۸ ليتر بر دقيقه موجود است، همچنين شرکت Adedge کارتريج هاي حاوي AD۳۳ با دبي متوسط دو ليتر بر دقيقه را عرضه نموده است. عمر مفيد اين کارتريج ها بين سه هزار و ۸۰۰ تا ۱۱ هزار و ۴۰۰ ليتر است و به طوري که تخمين زده مي شود چهار تا شش برابر بزرگ تر از ديگر جاذب هاي تجاري موجود است.
▪ هزينه
هزينه کارتريج هاي AD۳۳ براي هر مورد حدوداً ۵۰ دلار است و هزينه هر فيلتر مجزا وابسته به مقدار خريداري شده است؛ اما به طور نمونه بين هشت تا ۱۳ دلار به ازاي هر ليتر تغيير مي کند.
▪ روش مصرف
طبق توصيه هاي شرکت Adedge، فيلترها و محصولات AD۳۳ نياز به جايگزيني مکرر داشته و مواد شيميايي يا احياءکننده ها براي آنها استفاده نمي شود. با توجه به خشکي ابزارهاي AD۳۳، نسبت به ساير ابزارهاي فيلتراسيون مبتني بر آهن مرطوب، راحت تر استفاده مي شوند؛ به طوري که در گسترده وسيعي از سيستم ها استفاده مي شوند. علاوه بر اين، ابزارهاي AD۳۳ مصرف شده خطرناک نيست مي توان آنها را طبق استانداردهاي سازمان حفاظت از محيط زيست آمريکا در زمين دفع کرد.
نانوذرات مغناطيسي
▪ Magneto ferritin
نانوذرات مغناطيسي معمولاً به عنوان جاذب و نانوکاتاليست براي تصفيه آب بررسي شده اند. شرکت انگليسي Nano Magnetics، نانوذرات مغناطيسي را تحت عنوان Magneto ferritin ارائه کرده و مشغول بررسي توانايي آن براي انجام اسمز پيش رونده (forward osmosis) به عنوان گزينه اي با بازدهي انرژي براي اسمز معکوس است. در چنين سيستمي از نانوذرات مغناطيسي براي توليد فشار اسمزي مورد نياز براي راندن آب از ميان يک غشاي فيلتراسيون استفاده شده اند. برخلاف اسمز معکوس که براي توليد فشار اسمزي نيازمند انرژي ورودي است.
▪ حذف آلودگي ها
Magneto ferritin با توانايي اسمز پيش رونده، براي نمک زدايي در نظر گرفته شده است؛ اگر چه با توجه به به نوع غشاي مصرفي قادر به حذف آلودگي هاي ديگر نيز هست.
▪ مقدار تصفيه آب
شرکت Nano Magnetics اشاره مي کند که Magneto ferritin را مي توان از آب، بازيافت و بدون هيچ محدوديت ويژه اي دوباره استفاده کرد.
▪ هزينه
اطلاعات خاصي نسبت به هزينه هاي Magneto ferritin در دسترس نيست؛ اما به گفته شرکت Nano Magnetics عمر طولاني و استفاده مجدد اين مواد آنها را نسبت به اسمز معکوس از لحاظ هزينه بسيار مناسب تر نموده است. همچنين اسمز پيش رونده هزينه هاي مرتبط با انرژي را تا ۴۰ درصد هزينه هاي اسمز معکوس کاهش مي دهد.
▪ روش مصرف
هنوز براي Magneto ferritin هيچ سيستم قطعي اي طراحي نشده است؛ اما برخي منابع اشاره مي کنند که نانوذرات مغناطيسي در يک طرف غشاء براي ايجاد غلظت، به صورت غيرتعادلي به منبع آب اضافه شده اند. اين اختلاف غلظت فشار اسمزي مورد نيار براي راندن آب منبع از ميان غشاء را ايجاد خواهد کرد. سپس نانوذرات مي توانند با استفاده از ميدان مغناطيسي از آب خالص سازي شده، بازيافت شوند.

مقدمه آب ماده اي فراوان در کره زمين است. به شکل هاي مختلفي همچون دريا ، باران ، رودخانه و... ديده مي‌شود. آب در چرخه خود ، مرتباً از حالتي به حالت ديگ ...

رودخانه رسوباتي را که با خود حمل مي کند، در بسترش يا در زمان طغيان در محدوده بلافصل آن بر جاي مي گذارد. رسوبات بر جاي گذرده شده توسط رودخانه در خشکيها ...

رودخانه رسوباتي را که با خود حمل ميکند، در بسترش يا در زمان طغيان در محدوده بلافصل آن بر جاي ميگذارد. رسوبات بر جاي گذرده شده توسط رودخانه در خشکيها ر ...

رودخانه‌ رسوباتي را که با خود حمل مي‌کند، در بسترش يا در زمان طغيان در محدوده بلافصل آن بر جاي مي‌گذارد. رسوبات بر جاي گذرده شده توسط رودخانه در خشکيه ...

● فناوري نانو در بسته بندي موادغذايي درصنايع و شرکت ها: در حال حاضر شرکت هاي زيادي مانند Unilever, keystone,Hershey,food,nestle مشغول کار روي نانو غذا ...

آب، فراوان ترين مايع و به جرات مهم ترين مايعي است که روي زمين وجود دارد؛ اما اهميت آن به پديده هاي زيستي منحصر نمي شود. ويژگي هاي فيزيکي آب در مقايسه ...

زمان ظهور نانوسراميک ها را مي توان دهه ۹۰ ميلادي دانست. در اين زمان بود که با توجه به خواص بسيار مطلوب پودرهاي نانوسراميکي، توجهاتي به سمت آنها جلب شد ...

جهان امروز بر خلاف دنياي ديروز که تمام توجهش به صنايعي چون نفت و انرژي بود، به سمت فن آوري اطلاعات، مواد جديد، بيوتکنولوژي، نانوتکنولوژي و الکترونيک گ ...

دانلود نسخه PDF - کاربرد فناوري نانو در تصفيه آب