آب توسعه تصفیه نانو فصل ۲

آب توسعه تصفیه نانو فصل ۲ – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه فنی مهندسی – بین رشته ای

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

نانوتکنولوژی، آب و توسعه

تکنولوژیهای متعارف تصفیه آب

تکنولوژیهای تصفیه آب بر مبنای نانو

بخش ۲

 [۲] تکنولوژی تصفیه آب براساس نانوتکنولوژی

بخش زیر اطلاعاتی را در مورد انواع کاربردهای نانوتکنولوژی که به تصفیه آب مربوط هستند، فراهم می‌کند. این بخش، برای نشان دادن هر نوع کاربرد، مثالهای ویژه‌ای از اختراعات را با استفاده از نانوتکنولوژی ارائه می‌دهد، اما باید توجه شود که تعدادی از محصولات و روشهای ویژه دیگر نیز براساس نانوتکنولوژی توسعه داده شده‌اند یا قبلا در دسترسی بوده‌اند. باید توجه شود که اغلب اطلاعات مربوط به این مثالهای ویژه براساس اطلاعات عمومی بدست آمده‌ از خود تولیدکنندگان می‌باشد. چون این محصولات، هنوز وارد بازار نشده‌اند یا مدت زمان زیادی نیست که وارد بازار شده‌اند، تحقیقات مستقل کمی راجع به عملکرد این محصولات وجود دارند. اطلاعاتی راجع به خطرات زیست محیطی بالقوه و خطرات سلامتی این تکنولوژیها در این بخش ارائه نشده است زیرا اطلاعاتی هر چند کم در مورد این موضوعات در متون‌های دستگاه‌های مخصوص تصفیه آب وجود دارند.

 [۱-۲] تکنولوژیهایی با مبنای نانوتیوبهای کربنی

۱-۱-۲ غشاهای نانوتیوب کربنی

نانوتیوبهای کربنی [لوله‌هایی در اندازه نانوی(۱۰^-۹+ m) از جنس کربن] می‌توانند بطور یکنواخت ردیف شوند تا غشاهای دارای منافذ یا مقیاس نانو (۱۰^-۹+ m) تشکیل دهند. این غشاها می‌توانند آلاینده‌ها را حذف نمایند. منافذ با مقیاس نانوی این فیلترها نسبت به تکنولوژیهای تصفیه دیگر، انتخابی‌تر عمل می‌کنند. نانوتیوبهای کربنی، مساحت سطح بالا، نفوذپذیری بالا و پایداری مکانیکی و گرمایی خوبی دارند. غشاهای نانوتیوب کربنی می‌توانند بوسیله پوشاندن یک کاغذ سیلیکونی یا ذرات نانوی کاتالیزور فلزی ساخته شوند که سبب ایجاد نانوتیوبهای کربنی می‌شود که بصورت عمودی ردیف شده و بصورت فشرده بسته‌بندی می‌شوند اما چندین روش دیگر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. سپس، فضاهای بین نانوتیوبهای کربنی می‌توانند با مواد سرامیکی پر شوند تا پایداری غشا را افزایش دهند.

آب توسعه تصفیه نانو فصل ۲

حذف آلاینده

تحقیقات آزمایشگاهی گزارش می‌دهد که غشاهای نانوتیوب کربنی می‌توانند تقریبا تمام انواع آلاینده‌های آب را که شامل کدری، باکتریها، ویروسها و آلاینده‌های آلی می‌باشند، حذف نمایند. همچنین، این غشاها بعنوان وسیله امید بخشی برای نمک‌زدایی و جایگزینی غشاهای اسمز معکوس، تعیین شده‌اند.

مقدار آبی که تصفیه می‌شود

نشان داده شده که با وجود آنکه منافذ غشاهای نانوتیوب کربنی بسیار کوچکند، سرعت جریان در آنها همانند یا حتی بیشتر از منافذ بسیار بزرگ است که این امر، احتمالا به علت نرم بودن درون نانوتیوبها می‌باشد.

هزینه

از آنجا که محققین روشهای جدید و با هزینه موثرتر را توسعه داده‌اند، هزینه تولید غشاهای نانوتیوب کربنی، رو به کاهش است. بعضی از منابع تخمین می‌زنند که غشاهای نانوتیوب کربنی نسبت به دیگر تکنولوژیهای غشایی تصفیه که شامل غشاهای اسمز معکوس و غشاهای سرامیکی و پلیمری می‌باشند، می‌توانند تا حد زیادی ارزان‌تر شوند و بنابراین قیمت نانوتیوبهای کربنی افت می‌کند. نمک زدایی با استفاده از فیلترهای نانوتیوب کربنی نسبت به اسمز معکوس به علت ذخیره انرژی، هزینه کمتری دارد زیرا نانوتیوبهای کربنی، سرعت جریان سریعی نشان می‌دهند که مقدار فشار مورد نیاز برای جریان یافتن آب را کاهش می‌دهد. انتظار می‌رود که غشاهای نانوتیوب کربنی نسبت به غشاهای متداول بادوام‌تر باشند و تمیز کردن آنها آسانتر باشد و کاربرد مجدد آنها بدون کاهش بازده تصفیه راحت‌تر باشد.

سهولت کاربرد

غشاهای نانوتیوب کربنی بصورت بالقوه به همان روش غشاهای اولترا فیلتراسیون و میکرو فیلترواسیون می‌توانند بکار برده شوند. تحقیقات نشان می‌دهد که آنها بادوام هستند، در مقابل حرارت مقاومند و تمیز کردن و استفاده مجدد آنها آسان است. این غشاها می‌توانند از طریق فرآیند فراصوتی کردن و سترون کردن در دمای حدود ۱۲۱ درجه سلسیوس بمدت  ۳۰ دقیقه، تمیز شوند.

آب توسعه تصفیه نانو فصل ۲

ملاحظات بیشتر

انتظار می‌رود که غشاهای نمک‌زدایی نانوتیوب کربنی در ظرف ۵ تا ۱۰ سال آینده وارد بازار شوند. محققین بطور مدوام تلاش می‌کنند تا بر مشکلات همراه بزرگ مقیاس کردن این تکنولوژی، غلبه نمایند.

۲-۱-۲ نانومش

آزمایشگاههای سلدون، یک شرکت کوچک در ایالات متحده، چندین دستگاه نمونه را براساس محیط‌های فیلتر نانومش، تولید کرده‌اند. [مش یعنی تعداد سوراخها در هر اینچ مربع] نانومش از نانوتبوبهای کربنی تشکیل شده که به هم متصل می‌شوند و بر روی یک سوبستر‌ای منفذدار و انعطاف‌پذیر قرار داده می‌شوند. این نانوتیوبها بر روی یک سوبسترای مسطح قرار داده می‌شوند تا یک فیلتر کاغذی شکل تشکیل دهند یا بر روی یک سوبسترای حلقه‌ای قرار داده می‌شوند تا بتوانند در اطراف هر فیلتر استوانه‌ای متداول یا دیگر ساختارهای پشتیبان، پیچیده شوند. نانومشهای مسطح، تا زده می‌شوند تا مساحت سطح فیلتر به حداکثر مقدار خود برسد. سلدون، معمولا چند الگویی قابل حمل براساس این تکنولوژی را برای خالص‌سازی آب دارا می‌باشد که مهمتر از همه، یک دستگاه تصفیه نی مانند در اندازه یک مداد به نام «چوب آب» می‌باشد.

…

آب توسعه تصفیه نانو فصل ۲

 [۲-۲] روشهای نانو فیلتراسیون دیگر

۱-۲-۲ غشاها و دستگاه‌های نانو فیلتراسیون

تعدادی از غشاهای نانو فیلتراسیون بعنوان جایگزینی برای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون در دسترس هستند. بعنوان مثال، شرکت کره‌ای ساهان، یک خط غشایی نانوفیلتراسیون برای کاربرد در مقیاس وسیع عرضه کرده است که شامل فاضلاب خانگی می‌باشد. علاوه بر این، ساهان، دستگاهی تولید کرده است که برای خالص‌سازی آب خانگی بدون استفاده از تانک ذخیره، فیلترهای نانوفیلتراسیون را با پیش تصفیه و تصفیه نهایی ترکیب کرده است. تانک ذخیره آب برای اغلب سیستم‌های اسمز معکوس مورد نیاز می‌باشد اما ساهان اظهار می‌دارد که اگر آب مدت زیادی یا با اقدامات بهداشتی نامناسب ذخیره شود، خطر آلودگی مجدد آب افزایش می‌یابد.

 …

۲-۲-۲ فیلترهای نانوفیبری آلومینا

شرکت آرگونید که مرکزش در ایالات متحده است، تکنولوژی نانوفیبری جاذب را با خط محیطی فیلتر نانوسرام و فیلترهای فشنگی عرضه کرده است که از نانوفیبرهای الکتروپوزیتیو آلومینا بر روی یک سوبسترای فیلتر شیشه‌ای ساخته شده‌‌اند. نانوفیبرهای آلومینا نسبت به الیاف فیلتری متداول، مساحت سطحی دسترس‌پذیرتری دارند و بار الکتروپوزیتیو بیشتری نشان می‌دهند بنابراین شرکت آرگونید بیان می‌کند که آنها می‌توانند آلاینده‌هایی با بار منفی‌تر نظیر ویروسها، باکتریها، کلوییدهای آلی و معدنی را با سرعت زیاد و تا حد زیادی جذب نمایند.

[آلکتروپوزیتیومی، خاصیتی از عناصر یا ترکیباتی است که تمایل به از دست دادن الکترون دارند]

۳-۲-۲ دستگاه‌ های نانوفیبری جریان گرانشی

صنایع KX که مرکزش در ایالات متحده است، فیلترهای جهانی یعنی، یک خط دستگاه تصفیه جریان گرانشی که شامل نانوفیبرهایی است که بویژه در کشورهای در حال توسعه بکار می‌روند، را تولید کرده‌اند. محیط این فیلترها شامل لایه‌های زیر است: یک لایه پیش تصفیه که گل و لای را تصفیه می‌کند. یک لایه جذب سطحی که آلاینده‌های شیمیایی را حذف می‌کند و یک لایه نانوفیبری که آلاینده‌ها و ذراتی با ابعاد کلوییدی را حذف می‌کند. محیط نانوفیبری از انواع پلیمرهای آبدوست (هیدروفیلی)، رزین‌ها، سرامیک‌ها، سلولز، آلومینا و دیگر مواد ساخته شده است. این تکنولوژی در مقیاسهای خانگی و در سطح جامعه، در دسترس هستند.

 [۳-۲] سرامیک‌های نانوفیبری، خاکهای رسی و دیگر مواد جاذب

۱-۳-۲ تصفیه زیست محیطی سرامیک نانوفیبری

شرکت سرامیک‌های منفذدار، LLC، که اخیرا بوسیله شرکای MetaMateria در ایالات متحده ایجاد شده است، خط تولید سرامیک‌های سبک با منافذ کنترل شده به نام سل منفذدار(Cell-pore TM) را عرضه کرده است که معمولا بصورت تجاری برای تصفیه آب آکواریوم‌ها وجود دارند. مواد سرامیکی، باکتریهای هوازی را در داخل ساختار منفذ‌دار خود نگه می‌دارند. این باکتریها، آلاینده‌های مختلف را به مواد غیر سمی تبدیل می‌کنند.

…

آب توسعه تصفیه نانو فصل ۲

۲-۳-۲ فیلتر غشایی سرامیکی با منافذ در اندازه نانو

Nanovation AG  در آلمان، یک خط تولید فیلترهای غشایی سرامیکی با منافذ در اندازه نانو تحت نام Nanopore®  و سیستم‌های تصفیه غشایی با ضرایب فیلتری چندگانه، ارائه داده است. فیلترهای غشایی Nanopore® از نانو پودرهای سرامیکی بر روی مواد نگهدارنده نظیر آلومینا ساخته شده‌اند و در انواع اندازه‌ها و در دو شکل اصلی موجود می‌باشند: فیلتر گرد لوله‌ای شکل و فیلتر مسطح دیسکی شکل این محصولات با استفاده از نانو پودرهای سرامیکی اختصاصی این شرکت ساخته شده و فرآیند تولید ادامه دارد.

…

۳-۳-۲٫ تک لایه‌های خود جفت شده برروی پایه‌های با منفذ میانی (SAMMS™)

آزمایشگاه ملی شمال غرب آرام در ایالات متحده (PNNL) ، SAMMS™ را توسعه داده است که یک تکنولوژی ساخته شده از مواد شیشه‌ای یا سرامیکی با منافذ در مقیاس نانو است که یک تک لایه مولکولی می‌تواند به آن متصل شود. هم تک لایه و هم پایه با منفذ میانی می‌توانند برای حذف آلاینده‌های مخصوص فعالیت کنند . SAMMS™  جذب سطحی سریعتر، ظرفیت بالاتر و انتخاب پذیری عالی‌تری نسبت به بعضی از غشاها و تکنولوژی‌های ترکیبی دیگر نشان داده است. SAMMS™  برای حذف آلاینده‌های فلزی از آبهای آشامیدنی، آبهای سطحی و بخارات پسابهای صنعتی طراحی شده است.

 …

۴-۳-۲٫ آرسن X (Arsen X)

شرکت آمریکایی سالمت X ، ArsenX را تولید کرد که یک رزین جاذب ساخته شده از نانو ذرات اکسید آهن آبدار بر روی یک سوبسترای پلیمری می‌باشد و برای حذف آرسنیک و سایر آلاینده‌های فلزی بکار برده می‌شود. این نانو ذرات مساحت سطح زیاد، ظرفیت بالا و سرعت جذب سریعی را فراهم می‌کنند. ArsenX ™  کاربردهای POU کوچک مقیاس یا کاربردهای اجتماعی و صنعتی بزرگ مقیاس را شامل می‌شود و بعلاوه می‌تواند در دستگاههای طراحی شده موجود برای رزین‌های تبادل‌گر یونی بکار برده شود.

 …

۵-۳-۲٫ پلیمر سیکلو دکسترین با منافذ نانو

سیکلو دکسترین یک ترکیب پلیمری تشکیل شده از ذراتی با حفره‌های استوانه‌ای کاملا محبوس شده می‌باشد که می‌تواند آلاینده‌های آلی را به دام اندازد. پلیمر سیکلو دکسترین می‌تواند برای استفاده در کاربردها و دستگاههای مختلف بصورت پودر، دانه‌دانه یا فیلم نازک تولید شود. پلیمر سیکلو دکسترین، علاوه بر استفاده برای تصفیه آب pou ، می‌تواند برای تصفیه آبهای سطحی ساکن یا برای تمیز کردن روغن و لوله‌های شیمیایی آلی بکار برده شود.

…

۶-۳-۲٫ نانو چند سازه نانو لوله پلی پیرول-کربنی

آزمایشگاه ملی شمال غرب آرام ایالات متحده، یک غشای نانو چند سازه‌ای را تولید کرده است که از یک فیلم نازک پلیمر جاذب به نام پلی‌پیرول بر روی بستری از نانو لوله کربنی ساخته شده است و به این صورت، مساحت سطح و پایداری غشا را افزایش می‌دهد. این غشاها، برخلاف دیگر محصولات جاذب که به بازیابی شیمیایی نیاز دارند، می‌توانند بصورت الکتریکی بازیابی شوند.

…

آب توسعه تصفیه نانو فصل ۲

۴-۲ زئولیتها

۱-۴-۲٫ زئولیتهای طبیعی، سنتزی، خاکستر سبک زغال سنگ و زئولیتهای ترکیبی

زئولیتها، مواد جاذبی با ساختارهای شبکه‌ای هستند که منافذی تشکیل می‌دهند. آنها می‌توانند از منابع طبیعی بدست آیند یا در آزمایشگاهها ساخته شوند. زئولیتهای سنتزی، معمولا از محلولهای سیلیسیوم – آلومینیوم یا خاکستر سبک زغال سنگ ساخته شده‌اند و بعنوان ترکیب یا محیط تبادل یونی در فیلترهای فشنگی یا ستونی مورد استفاده قرار می‌گیرند. شرکت تکنولوژیهای Agion در ایلات متحده، ترکیبی را تولید می‌کند که از زئولیتها و یونهای نقره‌ای که بصورت طبیعی ایجاد شده‌اند و خواص ضدباکتریایی نشان می‌دهند، ساخته شده‌اند.

…

۵-۲ تکنولوژیهای با پایه نانو کاتالیست

۱-۵-۲٫ آهن زئو – والنت با مقیاس نانو

آهن زئو – والنت با مقیاس نانو (NZVI) برای تصفیه آبهای سطحی در محل و خارج از محل هر دو، مورد استفاده قرار می‌گیرد. عملکردهای همزمان آن بعنوان یک ماده جاذب و یک عامل کاهنده، سبب می‌شود که آلاینده‌های آلی به ترکیبات کربنی ساده با سمیت کمتر شکسته شوند و فلزات سنگین انباشته شده و به سطح خاک بچسبند. NZVI  برای تصفیه در محل می‌تواند بصورت دوغاب مستقیما به منبع آب سطحی آلوده، تزریق شود یا برای کاربردهای خارج از محل می‌تواند بصورت غشا مورد استفاده قرار گیرد. NZVI  دو فلزی که در آن، نانو ذرات آهن با یک فلز ثانویه نظیر پالادیم، جهت افزایش بیشتر واکنش‌پذیری آهن، پوشیده می‌شود، نیز در دسترس می‌باشد. NZVI  از ZVI  دانه‌ای واکنش‌پذیرتر است و مساحت سطح بزرگتری دارد.

…

۲-۵-۲٫ کاتالیستهای نوری تیتانیم دی اکسید با مقیاس نانو

تیتانیم دی اکسید هم بعنوان یک عامل کاتالیست نوری کاهنده عمل می‌کند و هم بعنوان یک ماده جاذب سطحی و برای تصفیه آب در محل و خارج از محل، هر دو، مورد استفاده قرار می‌گیرد. تیتانیم دی اکسید، در حضور آب، اکسیژن و تشعشع UV، رادیکالهای آزادی تولید می‌کند که انواع آلاینده‌ها را به ترکیبات کربنی با سمیت کمتر تجزیه می‌کند. تیتانیم دی اکسید با اندازه نانو نسبت به ذرات تیتانیم دی اکسید بزرگتر، مساحت بزرگتر و کاتالیز نوری سریعتری را فراهم می‌کند. تیتانیم دی اکسید برای استفاده در سوسپانسیونها یا فیلترهایی با محیطهای دانه‌ای، بصورت نانو پودر موجود می‌باشد. این ماده همچنین در چندین شکل دیگر موجود است که شامل پوششهایی برای غشاهای ثابت، میکروکره‌های نانو کریستالی و غشاهای چند سازه با سیلیس می‌باشد اما به این شکلها محدود نمی‌شود.

…

۳-۵-۲٫ نانو ذرات جاذب تیتانیم اکسید

GTO™ Adsorbsia™   یک محیط دانه‌ای جاذب تولیدی شرکت شیمیایی داو است که از طریق ترکیب خواص اکسیدکنندگی و جذب‌کنندگی تیتانیم اکسید، آرسنیک را از آب حذف می‌نماید. این ماده برای سیستم‌های با اندازه کوچک و متوسط یا برای کاربردهایPOU   طراحی شده است.

…

۴-۵-۲٫ ماده جاذب اکسید آهن با ساختار نانو

مؤسسه تکنولوژیهای آدج در ایالات متحده، AD₃₃ را که یک محیط اکسید آهنی دانه‌ای با ساختار نانو است، برای حذف آرسنیک عرضه کرده است. AD₃₃  خواص کاتالیتیکی (کاتالیزوری) و جذب‌کنندگی اکسید آهن را با هم ترکیب می‌کند تا آرسنیک را به فرآورده‌های جانبی با سمیت کمتر تجزیه کند و بطور همزمان آنرا از آب جدا سازد. آدج یک خط دستگاهPOU که محتوی محیطهای AD₃₃  است را نیز ارائه داده است.

…

آب توسعه تصفیه نانو فصل ۲

۶-۲ نانو ذرات مغناطیسی

۱-۶-۲٫  مگنتو فریتین

نانو ذرات مغناطیسی، عموما بعنوان مواد جاذب سطحی و نانو کاتالیزورها برای تصفیه آب، مورد بررسی قرار گرفته‌اند. شرکت انگلیسی نانو مگنتیک با مسؤلیت محدود، یک نانو ذره مغناطیسی به نام مگنتو فریتین تولید کرده است و توانایی آنرا برای انجام اسمز مستقیم (رو به جلو) بررسی کرده است، اسمز مستقیم (رو به جلو) جانشینی برای اسمز معکوس با انرژی بالقوه کافی می‌باشد. نانو ذرات مغناطیسی در چنین سیستمی استفاده می‌شوند تا فشار اسمزی لازم برای کشیدن آب از میان یک غشای تصفیه‌ای، تأمین شود، بر خلاف اسمز معکوس که برای ایجاد فشار اسمزی به اعمال انرژی نیاز دارد.

 …