همه چیز درباره استفاده از مواد نانو در تصفیه آب

در وضعیت کمبود آب که عمدتاً ناشی از رشد جمعیت و تغییرات آب‌وهوایی در سراسر جهان است، چالش‌های فراوانی وجود دارد. به‌منظور اطمینان از تأمین آب آشامیدنی و کاهش آلودگی جهانی آب، به فناوری‌های نوین تصفیه نیاز است. بر همین اساس، امروزه کاربرد فناوری نانو در تصفیه آب بسیار رواج پیدا کرده است. نانوتکنولوژی منجر به تغییرات شگرفی در استفاده از منابع آبی شده و آلودگی‌ها را کاهش می‌دهد. همچنین، این فناوری جدید امکان بازیافت و استفاده مجدد از انرژی و آب را فراهم می‌کند. در این محتوا قصد داریم در مورد استفاده از تکنولوژی نانو در فرایند تصفیه آب صنعتی و  تصفیه فاضلاب صحبت کنیم. امیدواریم که مفید واقع گردد.

منظور از کاربرد فناوری نانو در تصفیه آب چیست؟

نانو به معنای اجسام بسیار کوچک با اندازه‌های کمتر از 100 نانومتر است. یکی از روش‌های تصفیه آب، استفاده از فناوری نانو است که این تصفیه به وسیله ممبران نانوفیلتراسیون، نانوذرات فعال، نانوذرات نقره و نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید انجام می‌شود. این فناوری برای تصفیه آب به کار می‌رود تا با استفاده از فیلتراسیون و جذب فعال، ذرات و مواد آلوده را از آب حذف کند. این روش‌ می‌تواند باعث حذف آلودگی‌های شیمیایی و میکروبی از آب شود و بهبود کیفیت آب را به‌دنبال دارد.

کاربرد فناوری نانو در تصفیه آب و فاضلاب

طبق مطالعات انجام شده تقریباً ۶۶۳ میلیون نفر در کشورهای درحال‌توسعه به آب آشامیدنی دسترسی ندارند؛ بنابراین در شرایطی که گاهی اوقات تصفیه آب وجود ندارد، نیاز به تأمین آب اولیه برای این افراد ضروری است. از طرف دیگر، حذف آلاینده‌ها از آب‌های آلوده برای جلوگیری از آسیب به‌سلامت انسان حیاتی است. با استفاده از مواد نانو می‌توان تا حد زیادی به‌سلامت آب دست پیدا کرد. در این بخش به ترتیب کاربرد این فناوری نانو را در حذف آلاینده‌ها از آب، بیشتر مورد بررسی قرار می‌دهیم.

نانوجاذب‌ها در تصفیه آب

نانوجاذب‌ها ذراتی هستند که از مواد معدنی و آلی با میل ترکیبی بالا برای جذب مواد تشکیل شده‌اند. به‌عبارت‌دیگر، این مواد قابلیت حذف بسیاری از آلاینده‌ها را دارند. این نانو ذرات برای حذف انواع مختلف آلاینده‌های توسعه‌یافته مورداستفاده قرار می‌گیرند. این نوع مواد دارای ویژگی‌های مهمی همانند پتانسیل کاتالیزوری، اندازه کوچک، واکنش‌پذیری بالا و انرژی سطحی بزرگ هستند. آنها را می‌توان بر اساس فرایند جذب، که شامل نانوذرات فلزی، اکسیدهای مخلوط نانوساختار، نانوذرات مغناطیسی و نانوذرات اکسید فلزی است، طبقه‌بندی کرد.

نانوکاتالیزورها برای کاربرد فناوری نانو در تصفیه آب

نانوکاتالیزورها نتیجه برهم‌کنش انرژی نور با نانوذرات فلزی هستند. این نوع تصفیه، به دلیل فعالیت‌های فتوکاتالیستی زیاد و گسترده، موردتوجه قرار گرفته است. فعالیت‌های فوتوکاتالیست، بر اساس تخریب باکتری‌ها و مواد آلی به وسیله واکنش با رادیکال‌های هیدروکسیل انجام می‌شود. مواد مورد استفاده در نانوکاتالیزورها معمولاً مواد معدنی مانند نیمه‌هادی‌ها و اکسیدهای فلزی هستند. بااین‌حال، برای درنظرگرفتن نانو فوتوکاتالیستی باید برخی از الزامات رعایت شود.

نانو غشاها در تصفیه آب

وظیفه نانو غشاها، جداسازی ذرات از فاضلاب است. آنها می‌توانند در حذف رنگ‌ها، فلزات سنگین و سایر آلاینده‌ها بسیار کارآمد باشند. نانو شامل موادی به‌عنوان غشای نانولوله‌ها، نانو روبان‌ها و نانوالیاف است. گاهی اوقات تصفیه معمولی آب نمی‌تواند در حذف برخی از آلاینده‌ها همانند فلزات و میکروارگانیسم‌ها مؤثر باشد.

حذف روغن و چربی در آب با مواد نانو

حوادثی نظیر نشت نفت یا دفع از صنایع اکوسیستم، آب را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد. روش‌های مختلفی برای جداسازی روغن از آب آلوده به نفت، اعمال می‌شود که گران بوده و گاهی اوقات مؤثر نیستند. فناوری‌های جدیدی برای این منظور موردمطالعه قرار گرفته‌اند که نانوتکنولوژی یکی از روش‌های مقرون‌به‌صرفه است. یکی از خواص مفید کاربرد فناوری نانو در تصفیه آب ، می‌تواند جداسازی مؤثر نفت از آب باشد که شامل راندمان جداسازی بالا، قابلیت بازیافت مطلوب، سازگاری با محیط‌زیست است. دسته‌ای از محققان هم اسفنجی را طراحی کرده‌اند که قادر به حذف روغن از آب است. آنها از نانو ذرات نقره پوشیده شده‌اند و روی سطح یک اسفنج متخلخل قرار می‌گیرند.

حذف آرسنیک به‌وسیله نانو

آرسنیک، یک ماده سمی و سرطان‌زا است که بدون بو و مزه است. استفاده طولانی‌مدت از آب آلوده به آرسنیک موجب ایجاد سرطان‌های پوستی، ریوی، کلیوی و تنابه‌ای می‌شود. طبق استانداردهای سازمان جهانی بهداشت، مقدار مجاز برای آرسنیک در آب، برابر ۱۰ میلی‌گرم در لیتر است؛ بنابراین حذف این ماده خطرناک از آب آشامیدنی جز ضروریات به شمار می‌آید. روش های حذف آرسنیک از آب متنوع است و برای حذف آن می‌توان از فناوری‌های نوین موجود استفاده کرد. طبق آخرین تحقیقات، دانشمندان از نانوذرات اکسید برای حذف آرسنیک استفاده می‌کنند. استفاده از این نانوذرات، به‌صورت صنعتی با مشکلاتی همراه بوده است. به‌گونه‌ای که این نانو مواد به‌راحتی در آب معلق می‌شوند و باعث گرفتگی و مسدودشدن فیلترها می‌گردند. برای حل این مشکل، محققان رزین‌های تبادل کاتیون را با یون‌های روی پرکرده و آنها را می‌سوزانند. در نتیجه گوی‌هایی از جنس دی‌اکسید روی به دست می‌آورند که در حذف آرسنیک بسیار مؤثر هستند.

کاربرد فناوری نانو در تصفیه آب و حذف رنگ

رنگ‌های محلول در آب آشامیدنی منجر به تولید تری‌هالومتان‌ها می‌شوند که بسیار خطرناک است. این مواد در ترکیب با کلر باعث تشکیل ترکیبات مضر سرطان‌زا می‌شوند. رنگ‌هایی که در آب طبیعی مشاهده می‌گردند، ناشی از اسیدهای معدنی است. این اسیدها معمولاً در اثر تجزیه مواد آلی موجود در آب به وجود می‌آیند. بیشتر روش‌های تصفیه آب متداول، قادر به حذف رنگ از آب نیستند؛ اما با استفاده از غشاهای نانو می‌توان به‌راحتی این رنگ‌ها را از آب جدا کرد.

حذف فلزات سنگین با نانو

نانوذرات برای اکسید نمودن آلودگی ناشی از مواد آلی و همچنین حذف فلزات سنگین از آب بسیار مورداستفاده قرار می‌گیرند. این نانوذرات در هنگام واکنش، به‌عنوان عامل اکسیدکننده عمل می‌کنند و به تولید آب یا دی‌اکسیدکربن می‌پردازند. طبق مطالعات اخیر پژوهشگران، از نانو ذرات می‌توان جهت حذف عوامل آلاینده همانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و مواد شیمیایی آلی خطرناک نیز استفاده کرد. ذرات نانو در جداسازی فلزات سنگین و همچنین پاک‌سازی سطوح آلوده مناسب هستند.

حذف نیترات از آب با نانوتکنولوژی

حذف نیترات از آب آشامیدنی نیز بسیار اهمیت دارد. با استفاده از نانوذرات آهن، امکان حذف نیترات از آب با راندمان بالا فراهم است؛ اما با محدودیت‌هایی همراه است. در شرایط ایده‌آل و زمانی که غلظت نیترات در آب بین ۵۰ تا ۳۰۰ میلی‌گرم بر لیتر است، با استفاده از نانوذرات آهن می‌توان در مدت ۳ ساعت، غلظت نیترات را به ۴ تا ۵ میلی‌گرم بر لیتر کاهش داد.

محدودیت کاربرد فناوری نانو در تصفیه آب

نانو تکنولوژی یک روش جایگزین بسیار مؤثر برای حذف طیف وسیعی از آلاینده‌ها از هر نوع منبع آب است. علی‌رغم توانایی بالای آن در حذف آلاینده‌های خاص، نانو مواد دارای یک سری محدودیت‌هایی در این زمینه هستند. به‌عنوان‌مثال نانو ذرات نقره برخی از رایج‌ترین گونه‌های نانو ذرات بوده که می‌توانند اثرات مضری بر موجودات آبزی از جمله باکتری‌ها، جلبک‌ها، بی‌مهرگان، ماهی‌ها و گیاهان داشته باشند. بااین‌حال تلاش‌های گسترده‌‌ای برای توسعه دستگاه‌های ناظر بر سطوح مواد نانوی مهندسی شده است.

جمع‌بندی نهایی

در این مطلب تا حدی کاربرد فناوری نانو در تصفیه آب توضیح داده شد. گاهی تصفیه معمولی آب از برخی آلاینده‌ها همانند فلزات سنگین، روغن و میکروارگانیسم‌ها میسر نیست. برای بهبود این تصفیه، نانو مواد به‌عنوان یک جایگزین احتمالی در نظر گرفته می‌شود. همچنین با رشد شهرنشینی و صنعتی‌شدن شهرها، آلودگی آب شدت بیشتری به خود گرفت. پس نیاز است که تدابیری اندیشیده شود. زیرا آب سالم برای آیندگان یک نیاز لازم و ضروری است.