● نانوفیلتراسیون

   تولید آب نانو فیلتر در مقیاس انبوه به واسطه فن آوری های جدید "نانو فیلتراسیون" امکان پذیر شده است. آب تصفیه شده به وسیله این تکنولوژی ها به اندازه آب معدنی تصفیه شده ارزش دارد. نانو فیلتر استفاده شده در این روش قادر است مواد معدنی لازم برای سلامت انسان در آب را باقی گذارد و مواد سمی و مضر، را از آن حذف کند.

نانوفیلتراسیون یک روش مفید بین روش های اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون است. اولترافیلتراسیون به دلیل بالاتر بودن مقدار آلاینده های معدنی و قلیایی نسبت به حد مجاز و روش اسمز معکوس به دلیل تولید خلوص بیش از حد محصول و بالا بودن قیمت دارای نقایصی هستند.

دانشمندان دانشگاه باناراس (Banaras) روش ساده ای برای تولید فیلترها با استفاده از نانولوله های کربنی توسعه داده اند که قادر به حذف مؤثر آلاینده های میکرو و نانومقیاس از آب و نیز حذف هیدروکربن های سنگین از نفت خام است. استفاده از نانولوله های کربنی در ساخت فیلترها سبب سهولت در تمیز کردن، افزایش استحکام، قابلیت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما می شود. این فیلترها دارای دقت بسیار مناسبی در کاربردهای مختلف هستند، به عنوان مثال قادرند پولیوویروس هایی با اندازه ۲۵ نانومتر را به خوبی پاتوژن های بزرگ تری مانند E. Coil و باکتری های استافیلوکوک، از آب حذف نمایند. نانوفیلتراسیون دارای مزایایی مانند قیمت پایین، و کنترل مقدار کاهش آلاینده ها در آب تصفیه شده است.

شرکت آرگوناید (argonide) در حال استفاده از نانوفیبرهای اکسید آلومینیوم با اندازه دو نانومتر برای تصفیه آب است. فیلترهایی که از این فیبرها ساخته شده اند، می توانند ویروس ها، باکتری ها و کیست ها را از بین ببرند.

● شیرین سازی آب به وسیله نانوغشاها

غشاء نانو لوله ای

محققان آزمایشگاه ملی Lawrence Livermore با همکاری دانشگاه برکلی کالیفرنیا غشاهایی با حفره هایی از جنس نانولوله های کربنی ساخته اند که به کمک آن امکان جداسازی ارزان تر گاز و مایع فراهم می شود. در حال حاضر اغلب غشاهای موجود از جنس مواد پلیمری هستند که برای کاربردهای دما بالا مناسب نیست. استفاده از این نوع غشاها نمی تواند توازن قابل قبولی بین ورودی غشا و قابلیت انتخاب آن برقرار نماید، یعنی ورودی بالا منجر به کاهش انتخاب پذیری است و بالعکس؛ اما دانشمندان با استفاده از نانولوله های کربنی توانسته اند این دو امر به ظاهر متضاد را با هم جمع و امکان انتخاب پذیری خوب همراه با ورودی بالا را فراهم کنند.

این محققان توانسته اند روشی برای ساخت این غشاها بیابند که با سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) هم سازگار باشد. این غشاهای جدید با حفره های کوچک تر و با تراکم بسیار و امکان عبور شدت جریان زیاد از هر حفره، از لحاظ گذردهی آب و هوا نسبت به غشاهای پلی کربناتی فعلی بسیار برترند. این غشاهای بهبود یافته کاربردهای فراوانی در تصفیه آب دارند.

کامالش سیکار(Kamalesh Sirkar) در مؤسسه فن آوری نیوجرسی از روش جداسازی غشایی در شیرین سازی آب استفاده کرده است. در روش جداسازی غشایی، آب شور داغ را روی ورقه نازکی از غشایی دارای سوراخ های ریز موسوم به نانوحفره می ریزند. این حفره ها آن قدر کوچکند که تنها بخار می تواند از آنها عبور کند و آب، مایع، نمک ها و مواد معدنی دیگر در پشت غشا می مانند. در طرف دیگر محفظه ای از آب سرد قرار دارد که بخار با عبور از آن، کندانس شده و دوباره به مایع تبدیل می شود.

ابزاری که در این روش به کار رفته است، عبارت است از دستگاهی مستطیل شکل با مجموعه ای از غشاهای الیاف مانند توخالی که مایع به طور عرضی در آن جریان می یابد. این غشاها به صورت هزاران لوله به شکل تار مو در آمده، سپس آنها را به صورت بسته هایی داخل یک جعبه قرار می دهند.

تصفیه آب به کمک نانوذرات

نانوذرات لانتانیوم تولیدی شرکت آلتایرنانو (Altairnano) فسفات را از محیط های آبی جذب می کند. به کارگیری این نانوذرات در حوضچه ها و استخرهای شنا می تواند به طور مؤثری فسفات موجود را از بین برده و در نتیجه از رشد جلبک ها جلوگیری نمایند. تحقیقات دانشگاه Lehigh آمریکا نشان می دهد که نانوپودرها می توانند به عنوان ابزاری مناسب برای پاک سازی خاک های آلوده و آب های زیرزمینی استفاده شوند. نانوذرات آهن موجب اکسیده و درهم شکستگی ترکیبات آلوده کننده مانند تری کلرواتیلن، تتراکلرید کربن، دیوکسین ها و PCB ها شده، آنها را به ترکیبات کربنی با درجه سمیت بسیار پایین تبدیل می کند .

برای از بین بردن اغلب فلزات سنگین موجود در آب، روش تصفیه کاتالیزوری گزینه مناسبی نیست، بنابراین محققان به جای آن از روش های جذب روی پلیمرها و یا ذرات افزودنی استفاده می کنند. آرسنیک از آلاینده های بسیار سمی رایجی است که هم به طور طبیعی و هم به شکل پساب های بشری باعث آلودگی آب می شود. مصرف این ماده سبب افزایش سرطان های مثانه و روده می شود.

درسطح جهان آمار مسمومیت با آرسنیک بسیار بالا است و در بسیاری از کشورهای در حال توسعه مانند بنگلادش که بیش از ۱۰ تا ۲۰ درصد جمعیت آن دچار مسمومیت با آرسنیک شده اند، یک فاجعه بهداشتی تلقی می شود. اغلب آلایندگی های ناشی از آرسنیک به کشورهای جهان سوم اختصاص دارد. به این ترتیب نیاز شدیدی به فن آوری های نوین احساس می شود تا بتوان آلاینده های فلزی سنگین مانند آرسنیک را از آب آشامیدنی حذف کرد. به همین منظور محققان دانشگاه رایس، از نانوبلورهای مغناطیسی به عنوان هسته اصلی سیستم های تصفیه جدید استفاده کرده اند.

سطوح معدنی آهنی نه تنها تمایل شدیدی به جذب آرسنیک دارند، بلکه با انتخاب اندازه مناسب می توان به راحتی این ذرات مغناطیسی را به واسطه جداسازی مغناطیسی از آب جدا کرد. نانوذرات همان کارایی توده آهنی را در جذب آرسنیک دارند. در واقع نه تنها ظرفیت جذب آرسنیک آنها بالاتر است، بلکه به محض قرار گرفتن این ماده در کنار نانوذرات جدا کردن آنها سخت می شود. در نظر گرفتن تمام این نتایج، نشان می دهد که نانوذرات مغناطیسی جاذب های بسیار کارآمدی برای آرسنیک خصوصاً در pH پایین هستند و خاصیت جذبی غیرقابل برگشت آنها مخزن مناسبی را برای جمع آوری آلاینده ها فراهم می کند.

تصفیه پساب های صنعتی

پساب های صنعتی صنایع شوینده، غنی از اکسیژن بیوشیمیایی و مواد فعال شیمیایی است که باید در فرایندهای تصفیه از آب زدوده شود. یکی دیگر از موادی که در پساب های صنعتی فراوان یافت می شود مواد نامحلول روغنی شامل روغن ها و گریس هاست. حضور این مواد فرآیند پالایش آب را دچار مشکل می کند. یکی از روش های اقتصادی برای تصفیه این مواد، استفاده از سیستم های ترکیبی میکروفیلتراسیون نانوفیلتراسیون است. در این سیستم ها از میکروفیلتراسیون برای زدودن ذرات معلق مانند روغن ها و گریس ها و از نانوفیلتراسیون برای حذف پاک کننده ها استفاده می شود.