سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017

چگونه می توانید یک تصفیه خانه بسازید؟ - جلسه هفتم

نانو تکنولوژی، فناوری نوین
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
اهداف
· اصول نانو فناوری
·  روش های تصفیه آب توسط نانو فناوری

وسایل مورد نیاز
·دسترسی به اینترنت

مقدمه
نانو تکنولوژی فناوری جدیدی است که تمام دنیا را فراگرفته است و به تعبیر دقیقتر "نانو تکنولوژی بخشی از آینده نیست بلکه همه آینده است.

تعریف نانو تکنولوژی
نانو تکنولوژی،توانمندی تولید مواد،ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطح مولکولی و اتمی و استفاده از خواص آنها درمقیاس نانو می باشد.
 استفاده از این فناوری در کلیه علوم باعث شده است که تحقیقات در زمینه نانو به عنوان چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد . لذا محققین، اساتید و صنعت گران ایرانی نیز باید در یک بسیج همگانی، جایگاه و موقعیت خویش را در خصوص این موضوع مشخص نمایند و حضوری فعال و حتی رقابتی در این جایگاه ایجاد نمایند . برای چنین کاری طراحی یک برنامه منسجم فراگیر و همه جانبه اجتناب ناپذیر است .
نانو تکنولوژی دارای سه شاخه نانو فناوری خشک، مرطوب،و محاسبه ای است که از نظر کاربردی در علوم مختلف به خصوص در ساخت و تولید مواد الکترونیکی-پزشکی و صنایع غذایی کاربرد دارد.
چگونه می توانید یک تصفیه خانه بسازید؟ - جلسه هفتم
شکوفایی بسیار از فناوری های مهم ازجمله فناوری اطلاعات و بیوتکنولوژی به عنوان دو دستاورد بسیار عظیم قرن بیستم بدون بهره گیری از نانو تکنولوژی دچار اختلال  خواهند شد .
یکی از مزایای اصلی نانوفیلتراسیون به عنوان یک روش نرم شدن آب این است که در طول فرایند حفظ یون های کلسیم و منیزیم، در حالی که یون های هیدراته یکنواختی را منتقل می کنند، بدون اضافه کردن یون های سدیم اضافی، به عنوان مبدل های یونی استفاده می شود. بسیاری از فرآیندهای جداسازی در دمای اتاق (مانند تقطیر) کار نمی کنند، که هزینه های فرایند را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد در صورتی که حرارت و یا خنک کننده مداوم استفاده شود. انجام جداسازی مولکولی ملایم با نانوفیلتراسیون مرتبط است که اغلب به سایر اشکال فرآیند جداسازی (سانتریفیوژ) نیازی ندارد. این دو مزایای اصلی هستند که با نانوفیلتراسیون مرتبط هستند. نانوفیلتراسیون دارای مزیت بسیار مطلوبی است که قادر به تصفیه حجم زیاد و به طور مداوم است. با این حال، نانوفیلتراسیون دارای حداقل مساحت مورد نیاز در روش فیلتر کردن غشاء در صنعت است، زیرا اندازه منافذ غشاء تنها به چند نانومتر محدود می شود. برای هر چیزی کوچکتر، اسمز معکوس استفاده می شود و هر چیزی بزرگتر باید از اولترافیلتراسیون استفاده شود. اولترافیلتراسیون همچنین می تواند در مواردی مورد استفاده قرار گیرد که نانوفیلتراسیون می تواند استفاده شود، به دلیل اینکه روش متعارفی است. یک نکته اصلی در ارتباط با فناوری نانو، همانند تمام تکنولوژی فیلتر غشای، هزینه و نگهداری غشاهای مورد استفاده است. غشاهای نانوفیلتراسیون گرانقیمت هستند. تعمیر و تعویض غشاء بستگی به کل مواد جامد محلول، میزان جریان و اجزای خوراک دارد. با استفاده از نانوفیلتراسیون در صنایع مختلف، تنها برآورد فرکانس جایگزینی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. این باعث می شود تا نانوفیلترها به مدت کوتاهی قبل یا بعد از استفاده مواد اولیه خود جایگزین شوند.

روش تصفیه آب
برای تصفیه آب با استفاده از خاصیت فوتوکاتالیستی دی اکسیدتیتانیوم، از این ماده می توان به صورت نانوپودر یا یک لایه نازک روی سطح دیگری استفاده نمود. به این صورت که نانوپودر اکسیدتیتانیوم را به آب آلوده افزوده و آن را در برابر پرتو ماوراء بنفش قرار می دهند. پس از مدت چند روز (به اندازه نانوپودر و طول موج نور مورد استفاده بستگی دارد) با فرآیند اکسیداسیونی که در اثر فعال شدن اکسیدتیتانیوم در برابر پرتوی فرابنفش روی داده است، آلاینده ها به آب و دی اکسید کربن تجزیه شده و آب از آلودگی پاک می شود. در روش دیگر سطحی را با یک لایه اکسیدتیتانیوم می پوشانند و آن را در برابر پرتو و درمسیر جریان آب آلوده قرار می دهند که البته استفاده از نانوپودرها روش موثرتری است. در هر دو روش پس ازجذب اشعه ماورابنفش به وسیله ذرات اکسیدتیتانیوم الکترون های آن برانگیخته شده و از مدار خود خارج می گردند. نتیجه این فرآیند ایجاد حفراتی است که قابلیت اکسیدکنندگی بسیار بالایی دارند. در عین حال الکترون ها نیز که خاصیت احیاکنندگی قوی دارند پس از تماس با آب، رادیکال های آزاد اکسیژنی وهیدروکسیدی ایجاد می کنند. این رادیکال ها خاصیت اکسیدکنندگی بالایی داشته و قادر خواهند بود مواد آلاینده و باکتری ها را به مواد بی خطر مانند آب و دی اکسیدکربن تجزیه کنند.
در این طرح حدود 5 گرم نانوپودر دی اکسیدتیتانیوم و چند قطره مرکب برای آلوده و رنگی کردن آب و پرتوفرابنفش که از طریق لامپ تامین می شد، مورد استفاده قرار گرفت. از هر دو روش برای تصفیه آب استفاده شد. در روش اول نانوپودرها مستقیما در تماس با آب رنگی قرار گرفتند و در روش دوم نانوذرات تیتانیومی روی یک سطح زئولیتی نشانده و سپس با آب رنگی تماس داده شدند. میزان اثرگذاری هر دو روش مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد با روش اول میزان تصفیه بیشتری بر روی آب انجام می شود، چراکه نانوپودرها به علت سطح تماس بیشتری که با آب دارند، تاثیر بیشتری نیز بر تصفیه آن می گذارند.
یک ماده نانو دیگر، گرافن است، گرافن از نظر شیمیایی خنثی، از نظر مکانیکی محکم و غیر قابل نفوذ نسبت به گاز یا مایع است. بنابراین، کربن نقش مهمی در ساخت نانومواد طبیعی متخلخل دارد. غشاهای گرافنی که از مولکولهای اکسید گرافین تشکیل شده اند یا گرافن تبدیل شیمیایی که با آرایه های دو بعدی نانوذرات پیوند دارند، توانایی جداسازی مولکول ها را در یک گاز یا یک فاز مایع دارند. گفته می شود که نانوموادهای گرافن پوشش داده شده به دلیل خواص منحصر به فرد خود، در کاربرد آب بیشتری کاربرد دارند. غشاء گرافن از طریق فیلتراسیون خلاء یا پوشش محلول اکسید گرافین به عنوان ورق اکسید گرافین به دست می اید. غشاء نانوفیلتراسیون پوشش گرافنی دارای دامنه جریان شارش بالاتر است. گرافن با نانولوله های کربنی که به عنوان نانوفیلترها کار می کند بیشتر برای رد شدن رنگ در خروجی آب، و حذف یون های نمکی مفید است و همچنین به عنوان عامل ضد عفونی کننده عمل می کند. غشاهای نانوفیلتر گرافن دارای عامل مؤثر ضد انعقادی هستند که به دلیل اتصال قوی بین صفحات گرافین و پروتئین ها. همچنین، غشاهای نانوفیلتر پوشش داده شده با اکسید گرافین کمک می کند تا در حذف کلر از آب استفاده شود. علاوه بر این، نانوفیلتر بسیار نازک پوشش داده شده با گرافن قوی ترین فیلتر است که می تواند برای تصفیه آب تجاری استفاده شود. غشاء اکسید گرافن می تواند در قالب های مختلف در محدوده میکرو، نانو و یا اولترافیلترها استفاده شود. از جمله نانوفیلترها به دلیل قدرت مکانیکی و خواص فیزیکی شیمیایی غشا، برای کارآمدتر شدن شیرین کننده های آب استفاده شود. علاوه بر این، در ساخت و استفاده از نانوفیلترهای بر اساس اکسید گرافین برای تصفیه آب ، چالش هایی وجود دارد. بنابراین، در زمینه تحقیقاتی که برای بهبود جامعه انجام می شود، زمینه های بیشتری وجود دارد.
چگونه می توانید یک تصفیه خانه بسازید؟ - جلسه هفتم

 بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
- تهیه: مینا رزقی و شایان فروزنده دل
- تنظیم: محبوبه همت
تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین