برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۹/۱۲/۱۶ تا ۱۳۹۹/۱۲/۲۲

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

ضمائم مقاله
مقالات مرتبط
اخبار مرتبط
آمار مقاله
  • بازدید کل ۲۰,۰۳۴
  • بازدید این ماه ۱۶۹
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۲۱۹
  • قبول شدگان ۱۷۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۱۱۷
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۲
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

مقدماتی

کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

نانو و محیط زیست

1- فناوری نانو و محیط زیست - بخش اول
فناوری نانو، مانند هر فناوری نوین دیگری، می‌تواند تغییرات شگرفی در زندگی بشر به وجود آورد؛ از جمله‌ در محیط زیست او.
 
1-1- آشتی محیط زیست با فناوری‌های نوین
آیا چنین چیزی به واقعیت می‌پیوندد؟ در فناوری نانو چنین تصوری غیرممکن نیست!
تأثیرات مستقیم و غیرمستقیم فناوری نانو بر محیط زیست، از جنبه‌های مختلف قابل بررسی است. در حال حاضر، می‌توان موارد متعددی از کاربرد مواد نانوساختاری در حفظ محیط زیست، از قبیل نانوفیلترها (برای تصفیه پساب‌های صنعتی)، نانوپودرها (برای تصفیه گازهای آلاینده‌ی خروجی از خودروها و واحدهای صنعتی) و نانولوله‌ها (برای ذخیره‌سازی سوخت کاملاً تمیز هیدروژن) را برشمرد، اما دورنمای استفاده از این فناوری نوین بسیار گسترده‌تر از این‌گونه کاربردهای جزئی و مقطعی است.
یکی از مهم‌ترین اهداف متولیان و طرفداران محیط زیست، حذف مواد سمی و خطرناک از چرخه طبیعت است. مواد سمی معمولاً از اتم‌هایی تشکیل شده‌اند که خودبه‌خود مضر نیستند، بلکه نحوه اتصال این اتم‌ها به یکدیگر مواد سمی را به وجود می‌آورد. اگر بتوان وسیله‌ای ساخت که مشابه ریزجاندارانی مانند ویروس‌ها در مقیاس اتمی قادر به تغییر اتصالات اتم‌ها در مولکول باشد، می‌توان به ‌سهولت و با قیمت ارزان مواد سمی را خنثی کرد، یا حتی با اندکی تغییر، از آن‌ها محصولات مفید به دست آورد. برخی مواد سمی، حاوی عناصر مضری از قبیل جیوه، سرب، آرسنیک و کادمیوم هستند. این عناصر معمولاً حین استخراج مواد معدنیِ مختلف تولید می‌شوند. با بهره‌گیری از دانش و فناوری نانو در فرآیند استخراج، می‌توان از خروج این عناصر از محیط طبیعی آن‌ها (خاک) جلوگیری کرد.
فناوری نانو از دانش‌ها و فناوری‌های گوناگونی مانند فیزیک،‌ شیمی، بیولوژی و مهندسی بهره می‌گیرد. علی‌رغم این که فناوری نانو تاکنون در زمینه محیط زیست کاربرد صنعتی نداشته است، اما بسیاری معتقدند که این فناوری می‌تواند راه‌های جدیدی برای بهبود و ارتقای فناوری‌های زیست‌‌محیطی ارائه کند. از سوی دیگر، برخی عقیده دارند که استفاده از فناوری نانو خود می‌تواند منجر به مشکلات جدید زیست‌‌محیطی از قبیل مواد سمیِ جدید و خطرات زیستی مربوط به آن شود.
دنیای شما در اثر تجمع CO2 در حال نابود شدن است با کمک فناوری‌های نوین به فکر نجات آن باشید.
 
2-1- برخی کاربردهای فناوری نانو در محیط زیست
برخی از مهم‌ترین کاربردهای عملیِ شناخته‌شده فناوری نانو در زمینه محیط زیست عبارتند از نانوحسگرها، نانوفیلترها و کاتالیزورهای زیست‌محیطی.
 
1-2-1- نانوحسگرها
یک نانوحسگر وسیله‌ای است بسیار ریز که قادر به شناسایی و ارائه پاسخ به محرک‌های فیزیکی در مقیاس یک نانومتر باشد.
 
1-1-2-1- انواع نانوحسگرها
الف- مواد نانوساختاری: مانند سیلیکونِ متخلخل، نانوحسگرهای ساخته ‌شده از این مواد به منظور شناساییِ واکنش‌های شیمیایی و زیستی به کار گرفته می‌شوند.
 
ب- نانوذرات: مانند مواد کرویِ نانومقیاس که به عنوان گیرنده‌های نوری ـ زیستی،‌ نوری ـ شیمیایی و حسگرهای تصویریِ فضایی کاربرد دارند. مانند ذرات نانوسیلیکون که به عنوان حسگرهای زیستی استفاده می‌شوند.
 
filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1. نانودرختی که از نانوسیم‌های کربید سیلیکون ساخته شده است.
 
2-1-2-1- کاربردهای نانوحسگرها
نانوحسگرها کاربردهای متعددی در علوم مختلف از قبیل بیوپزشکی، محیط زیست، ارتباطات و تولید مواد هوشمند یافته‌اند.
الف- غبارهای هوشمند: یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایشِ مستمر آلودگی هوا است. با استفاده از نانوحسگرها پیشرفت مؤثری در زمینه کنترل آلودگی هوا صورت گرفت. با اختراع اولین نمونه‌های غبار هوشمند، تولید این‌گونه حسگرها به مرحله کاربرد عملی نزدیک شد. هدف اصلی از ساخت غبارهای هوشمند، تولید مجموعه‌ای از حسگرهای پیشرفته به صورت نانورایانه‌های بسیار سبک است. این نانوحسگرها به‌راحتی ساعت‌ها در هوا معلق باقی می‌‌مانند.
 
filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2. تصویر تخیلی از یک نانوحسگر که برای کنترل آلودگی محیط زیست طراحی شده است.
 
این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می‌شوند و می‌توانند از طریق بی‌سیمِ موجود در خود، اطلاعات جمع‌‌آوری‌‌شده را به یک پایگاه مرکزی ارسال کنند. سرعت انتقال اطلاعات در نمونه‌های اولیه حدود یک کیلوبایت در ثانیه است.
 
ب- نانوحسگرهای گازی: نشت گازهای مهلک یکی از خطرات روزمره‌ زندگی صنعتی است. متأسفانه هشداردهنده‌های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسایی این‌گونه گازهای نشتی می‌شوند. این نوع حسگرها از نانولوله‌های تک‌لایه به ضخامت حدود یک نانومتر ساخته شده‌اند و می‌توانند مولکول‌های گازهای سمی را جذب کنند. آن‌ها همچنین قادر به شناسایی تعداد معدودی از مولکول‌های گازهای مهلک در محیط هستند. این‌گونه حسگرهای گازی برای شناسایی گازهای آمونیاک و دی‌‌اکسید نیتروژن که از جمله گازهای سمی به شمار می‌روند،‌ با موفقیت آزمایش شده‌اند.
 
filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل 3. نانوحسگر گازی: این تصویر، سازوکارِ اندازه‌گیری گاز CO2 را نشان می‌دهد.
 
نمونه آزمایشی این حسگرها قادر به شناسایی آنی مولکول‌های آمونیاک و دی‌اکسید نیتروژن در غلظت 20 پی‌پی‌ام (یعنی 20 قسمت در یک میلیون قسمت) شده است. محققان مدعی‌اند که این حسگرها برای شناساییِ به‌هنگام گازهای بیوشیمیایی جنگی، آلاینده‌های هوا و حتی مولکول‌های آلیِ موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.
 
2-2-1- نانوفیلترها
یکی دیگر از کاربردهای مهم فناوری نانو در محیط زیست، استفاده از نانوفیلترها است. لازم به ذکر است که فیلترهای معمولی توانایی فیلتر کردن ذرات 100 تا 1000 نانومتر را دارند. این در حالی است که جداره روزنه‌های غشاهای نانو معمولاً بین 1 تا 10 نانومتر است.
غشاهای مورد استفاده در فرآیند نانوفیلتراسیون معمولاً مولکول‌های بزرگ را دفع می‌کنند و در مقایسه با فرآیند اسمز معکوس، قادرند با صرف انرژی کمتر آب چاه‌ها یا آب‌های سطحی را نیز به‌خوبی تصفیه کنند.
 
filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9
شکل 4. تصفیه هوا با استفاده از نانوفیلترها
 
این نوع آب‌ها معمولاً سرشار از نمک‌های دوظرفیتی‌اند و می‌توان نمک موجود در آن‌ها را با استفاده از فرایند نانوفیلتراسیون تا 90 درصد جدا کرد. از آنجا که فرآیند نانوفیلتراسیون نمی‌تواند نمک طعام را به طور مؤثر از آب جدا کند، بنابراین در تمام موارد برتر از اسمز معکوس نخواهد بود. این فرآیند مانند اسمز معکوس قادر است انواع باکتری‌ها، ویروس‌ها، آفت‌کش‌ها، آلاینده‌های با منشأ آلی و املاح کلسیم و منیزیم را از آب جدا کند. نظر به این که در فرآیند نانوفیلتراسیون از هیچ ماده شیمیایی برای سختی‌گیری آب استفاده نمی‌شود. بنابراین، اثرات منفی زیست‌محیطی آن به ‌مراتب کمتر از روش‌های شیمیایی معمول است.
برخی از کاربردهای فرآیند نانوفیلتراسیون در به‌سازی محیط زیست می‌توان اشاره کرد:
 
o تصفیه پساب‌ رختشوی‌خانه‌ها 
o تصفیه پساب‌های اسیدی واحدهای صنعتی 
o رنگ‌زدایی از آب آشامیدنی 
o تصفیه پساب‌ واحد تولید روغن زیتون 
o تصفیه‌ آب پنیر
o جداسازی روغن از آب 
o خالص‌سازی الکل‌های سبک
 
3-2-1- کاتالیست‌های زیست‌‌محیطی
از زمینه‌های دیگر کاربردهای مواد نانوساختاری، استفاده از آن‌ها به عنوان کاتالیزورهای زیست‌‌محیطی برای تصفیه خروجی اگزوز اتومبیل‌ها و پالایش آب و هواست. استانداردهای مربوط به گازهای خروجی از اگزوز اتومبیل‌ها روزبه‌روز سخت‌گیرانه‌تر و دقیق‌تر می‌شود.
 
filereader.php?p1=main_e4da3b7fbbce2345d
شکل 5. سازوکار یک نانوکاتالیست که در اثر برخورد گاز بسیار سمی مونواکسید کربن (CO) و اکسیژن (O2) با نانوذرات طلا، تولید گاز غیرسمی دی‌اکسید کربن (CO2) می‌کند.
 
از این رو، نیاز به کاتالیزورهای پیشرفته بیش از پیش احساس می‌شود. کاتالیزورهای رایج که اغلب پایه پلاتین دارند، اگرچه راندمانشان کافی است، اما بسیار گران‌ قیمت‌ هستند. به همین جهت، کاتالیزورهای نانوساختاری به عنوان جایگزین ارزان‌‌قیمت کاتالیزورهای یادشده مورد توجه قرار گرفته‌اند.
 
2- فناوری نانو و محیط زیست - بخش دوم
آنچه از توانمندی‌های آتیِ فناوری نانو در این بخش ارائه می‌شود، به معنی آن نیست که در آینده بسیار نزدیک یا طی یک برنامه زمان‌بندی‌ شده کاملاً مدون قرار است محقق شود، بلکه برخی از این موارد ممکن است در حال حاضر بسیار دور از دسترس به شمار بیایند. با وجود این، باید یادآور شد که پرواز انسان‌ها در آسمان هم تا دو سده قبل کاملاً دست‌‌نیافتنی به نظر می‌رسید و بعدها افراد و مللی در زمینه پرواز پیشتاز شدند که ایده‌های مذکور را جدی‌تر تلقی کردند.
 
filereader.php?p1=main_1679091c5a880faf6
شکل 6. انسان‌ها از گذشته‌های دور در آرزوی پرواز در آسمان بودند. این رؤیا را برادران رایت محقَق کردند.
 
1-2- کاربردهای مواد نانوساختار در حفظ محیط زیست
از نانوساختارهایی مثل پلیمرهای زیستی می‌توان برای تولید تراشه‌های الکترونیکی استفاده کرد.
طبق اطلاعات موجود، برای تولید هر گرم ریزتراشه 32 مگابایتی، به مصرف 850 گرم سوخت فسیلی و مواد شیمیایی و 16 کیلوگرم آب نیاز است. با استفاده از فرآیندهای نانو می‌توان شیوه مرسوم در تولید تراشه‌های نیمه‌هادی را تا حد بسیار زیادی بهبود بخشید. علاوه بر این، استفاده از فناوری نانو منجر به تولید مواد بی‌خطر به جای مواد سمی موجود می‌شود.
 
filereader.php?p1=main_8f14e45fceea167a5
شکل 7. نمونه ریزتراشه‌ای که با استفاده از فرایندهای فناوری نانو به دست آمده است.
 
برای مثال، مانیتورهای ساخته ‌‌شده از مواد نانوساختار بسیار کم‌خطرتر از انواع مشابه ساخته ‌شده از لوله‌های اشعه کاتدی (که حاوی مواد سمی‌ هستند) است و راندمان بالاتری هم دارد. نمایشگرهای ساخته ‌شده از بلور مایع ضمن کوچک ‌بودن، حاوی سرب نیستند و مصرف انرژی آن‌ها بسیار کمتر از انواع مشابه کاتدی است.‌ علاوه بر این، استفاده از نانولوله‌های کربنی در نمایشگرهای کامپیوتری به کاهش مصرف فلزات سنگین در آن‌ها کمک می‌کند و از این طریق از آسیب به محیط زیست می‌کاهد.
 
filereader.php?p1=main_c9f0f895fb98ab915
شکل 8. نمایشگرهای ساخته‌شده از بلور مایع. این نمایشگرها به حفظ محیط زیست کمک می‌کنند.
 
گزارش‌های زیادی درباره استفاده از نانوذرات برای تصفیه آلاینده‌های زیست‌محیطی ارائه شده است. در صورت استفاده از روش‌های متداول برای تصفیه حلال‌های آلی حاوی ترکیبات کلردار مانند تری کلرو اتیلن، همواره مقداری دی کلرو اتیلن و وینیل کلراید در اثر واکنش‌های جانبی ایجاد می‌شوند که بسیار مضر هستند. با استفاده از ذرات دوفلزی نانوساختار (دوفلز با ابعاد نانو) تولید این‌گونه محصولات جانبیِ نامطلوب عملاً به صفر می‌رسد.
 
filereader.php?p1=main_45c48cce2e2d7fbde
شکل 9. نانوذرات کربنی؛ این نانوذرات می‌توانند انقلابی در فناوری به وجود آورند.
 
علاوه بر موارد فوق، نانوذراتی مانند دی‌اکسید تیتانیم و اکسید روی که به وسیله نور فعال می‌شوند، استفاده‌های گوناگونی در حذف آلودگی‌های آلی از محیط‌های مختلف یافته‌اند. این‌گونه مواد بسیار فراوان و ارزان هستند و سمیت آن‌ها ناچیز است.
بسیاری از محققان علاقه‌مندند تا با دستکاری سطوح ذرات نانوساختار بتوانند آن‌ها را نسبت به نور مرئی حساس کنند. در حال حاضر این ذرات تنها با کمک اشعه ماوراءبنفش (تنها 5% از نور خورشید را نور ماوراءبنفش تشکیل می‌دهد) حساسیت نشان می‌دهند. این امر باعث افزایش حساسیت فوتوکاتالیست‌ها و در نتیجه بهبود حذف آلاینده‌ها و خواص پاک‌کنندگی سطح می‌شود. علاوه بر این، ذرات نانوساختار انعطاف‌پذیری زیادی در تصفیه آلاینده‌ها دارند. به عنوان مثال، از ذرات نانوساختار برای تصفیه فوری خاک، رسوبات، ضایعات جامد، تصفیه آب و پسماندهای مایع استفاده می‌شود. تحقیقات نشان می‌دهند که ذرات دوفلزی نانوساختار مانند آهن ـ پالادیم،‌ آهن ـ نقره و روی ـ پالادیم کاربردهای زیادی در تصفیه و پالایش آلوده‌کننده‌های محیط زیست، مانند‌ آفت‌کش های کلرینه با منشأ آلی و حلال‌های آلی هالوژنه، یافته‌اند.
تجربه نشان داده است که استفاده از ذرات نانوساختارِ دوفلزی موجب می‌شود تا کلیه هیدروکربن‌های حاوی ترکیبات کلردار که بسیار سمی‌ هستند، به هیدروکربن‌های بی‌خطر برای محیط زیست تبدیل شوند. به‌علاوه، شواهد بسیاری مبین این واقعیت است که ذرات نانوساختار با پایه آهنی، قادر به تجزیه آلودگی‌های بسیار پایدار همچون ترکیبات پرکلرات‌ها، نیترات‌ها، فلزات سنگین (نیکل و جیوه) و مواد رادیواکتیو مانند دی‌اکسید اورانیوم‌ هستند. 
 
2-2- رنگ‌زدایی از آب آشامیدنی
رنگ موجود در آب آشامیدنی نه‌تنها به خاطر ظاهر آن باید از آب زدوده شود، بلکه چون این رنگ‌ها می‌توانند منشأ تولید تری ‌هالو متان نیز باشند، خطرناک محسوب می‌شوند. این ماده هنگام ترکیب با کلر موجب تشکیل کلروفرم و دیگر ترکیبات هالوژنه مضر و سرطان‌زا می‌شود. رنگ موجود در آب طبیعی معمولاً ناشی از وجود اسیدهای معدنی با جرم مولکولی 800 تا 50000 gr/mol است. اسیدهای مذکور در اثر تجزیه مواد آلیِ موجود در آب حاصل می‌شوند. اغلب روش‌های متداول برای تصفیه آب قادر به جداسازی مواد فوق نیستند، لیکن با استفاده از غشاهای نانو می‌توان تا 99 درصد این‌گونه مواد را به‌سهولت از آب جدا کرد.‌ 
انسان‌ها برای سلامتی خود احتیاج به آشامیدن آب سالم دارند. آب سالم آبی است که نه بو داشته باشد و نه مزه و باید زلال هم باشد.
آیا می‌دانید هزینه تصفیه آب آشامیدنی چندین برابر هزینه‌ای است که ما به عنوان آب‌بها می‌پردازیم؟ تحقیقات نشان می‌دهد استفاده از فناوری نانو در تصفیه آب، می‌تواند هزینه‌های تصفیه را تا حدود زیادی کاهش دهد.
 
3- فناوری نانو و محیط زیست - بخش سوم
کاربردهای مختلفی از فناوری نانو برای حفظ محیط زیست را در بخش اول و دوم این مقاله خوانده‌اید. در بخش سوم و پایانی برخی دیگر از کاربردهای فناوری در نانو در زمینه محیط زیست معرفی می‌شوند.
 
1-3- خالص‌سازی الکل‌های سبک با استفاده از نانوفیلترها
الکل‌‌هایی مانند اتانول و متانول به عنوان حلال یا ماده پاک‌کننده به‌وفور در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد در حین مصرف مقادیر زیادی از ناخالصی‌های مختلف را به خود جذب می‌کنند. با توجه به اینکه دور ریختن آن‌ها پس از مصرف، اثرات زیان‌باری بر محیط زیست دارد، باید برای استفاده مجدد تصفیه شوند. روش‌های متداول از قبیل تقطیر، ضمن آلوده کردن محیط زیست، انرژی زیادی را تلف می‌کنند. استفاده از نانوفیلترها گام مؤثری در حفاظت از محیط زیست و صرفه‌جویی در مصرف انرژی است.
 
filereader.php?p1=main_d3d9446802a442597
شکل 10. دستگاه خالص‌سازی الکل‌ها با استفاده از نانوفیلتراسیون
 
2-3- نانوپوشش‌ها 
‌پوشش‌های نانوساختاری پیشرفته، به ‌خوبی بر سطوح مختلف از قبیل فلزات، شیشه،‌ سرامیک و پلاستیک می‌چسبند و تنها چند میکرون ضخامت دارند. ویژگی بارز این نانوپوشش‌ها، خاصیت ضد خوردگی آن‌هاست که کاربرد پوششی آن‌ها را در فلزات سبک از قبیل آلومینیوم و منیزیم افزایش داده است. پوشش‌های یاد شده، در مقابل حرارت بسیار مقاوم‌ هستند و می‌توانند دما را تا 700 درجه سانتی‌گراد تحمل کنند. استفاده از این نوع پوشش‌گرها منجر به کاهش خوردگی فلزات می‌شود و در نهایت، محیط زیست را با کاهش میزان مصرف مواد خام حفظ خواهد کرد.
 
filereader.php?p1=main_6512bd43d9caa6e02
شکل 11. نحوه ایجاد پوشش نانو روی سطوح
 
کاربرد دیگر پوشش‌گرهای نانوساختاری، در حذف گرد و غبار از روی سطوح مختلف و کاهش مصرف پاک‌کننده‌ها است. این نانوذرات را به صورت یک‌ لایه بسیار نازک برای روکش کردن سطوح مختلف از قبیل شیشه اتومبیل‌ها به کار می‌برند.
بدین ترتیب کشش سطحی این سطح نسبت به محلول‌های آب‌دار به‌شدت کاهش می‌یابد. در نتیجه، مایع مذکور سطح پوشش ‌داده ‌شده را خیس نمی‌کند و به صورت قطراتی بر روی آن باقی می‌ماند و به‌سرعت زدوده می‌شود. این عمل فرآیند خشک ‌شدن را سرعت می‌دهد. بدیهی است که مصرف مواد شوینده به‌شدت کاهش می‌یابد و از آلودگی محیط زیست جلوگیری به عمل می‌آید.
 
3-3- نانوپودرها
نانوپودرها موادی به‌شدت فعال‌ هستند که در دمای پایین ذوب یا آلیاژ می‌شوند. این پودرها در فرآیندهای قالب‌گیریِ تزریقی و پوشش ‌دادن سطوح مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. نوعی از پودرهای نانوساختاری یاد شده که حاوی ذرات ریز آلومینیوم است، در صورت افزوده ‌شدن به سوخت‌های جامد موشک‌ها شدت سوختن آن‌ها را تا دو برابر افزایش می‌دهد. اضافه ‌کردن این پودر به نفت سفید باعث تسریع در احتراق آن و در نتیجه کاهش تولید آلاینده‌های مختلف می‌شود.
 
4-3- نانولوله‌های جاذب گازهای سمی 
طبق تحقیقات وسیع انجام‌گرفته، نانولوله‌های کربنی مناسب‌ترین وسیله برای جذب آلاینده‌های سمی از قبیل دیوکسین‌ها و دیگر آلاینده‌های موجود در گاز خروجی از دودکش‌های کوره‌های زباله‌سوز به شمار می‌روند. مواد سمی از نوع دیوکسین‌ عموماً محصول جانبی بسیاری از فرآیندهای صنعتی‌اند که ضمن پایداری فراوان، باعث آلودگی بلندمدت هوا، خاک،‌ آب و در نهایت زنجیره غذایی موجودات زنده می‌شوند. برخی از دیوکسین‌ها سرطان‌زا هستند و بسیاری از آن‌ها باعث اختلال در سیستم ایمنی بدن انسان‌ها می‌شوند. اگرچه در سال‌های اخیر بسیاری از کشورها تولید این ماده را به‌شدت تحت کنترل قرار داده‌اند، لیکن هنوز خطرات زیست‌محیطی آن کماکان تهدیدکننده به شمار می‌آیند. اگرچه نانولوله‌های کربنی مناسب‌ترین وسیله برای جذب آلاینده‌های سمی مانند دیوکسین هستند، ولی قیمت بسیار بالایی دارند. تحقیقات دامنه‌داری برای تولید ارزان نانولوله‌‌ها در جریان است.
 
filereader.php?p1=main_c20ad4d76fe97759a
شکل 12. جذب دیوکسین توسط نانولوله‌های کربنی. نانولوله‌های کربنی مناسب‌ترین وسیله برای جذب آلاینده‌های سمی مانند دیوکسین هستند.
 
5-3- پلیمرهای نانومتخلخل 
هنگامی که آلاینده‌های آلیِ آب‌گریز از طریق آب وارد خاک می‌شوند، به‌راحتی توسط ذرات جامدِ غیر محلول در آب جذب و از آب جدا می‌شوند. پدیده جذب و دفع این‌گونه آلاینده‌ها از آب به خاک و از خاک به هوا بسیار پیچیده است و به عوامل متعددی از قبیل حلالیت در آب، آب موجود در شبکه خاک و رقابت اجزای مختلف خاک برای جذب این ذرات بستگی دارد. هنگامی که بیش از یک مولکول آب‌گریز در محیط وجود داشته باشد، مولکول‌های آلاینده به جسمی متصل می‌شوند که از لحاظ شیمیایی بیشترین شباهت را به آن‌ها داشته باشد. به همین دلیل، نانوپلیمرهای متخلخل که شباهت‌ زیادی به مولکول‌های مواد آلاینده‌ دارند، مناسب‌ترین وسیله برای جداسازی این نوع آلاینده‌های آلی از آب و خاک به شمار می‌روند.
امروزه برخی از قطعات رایانه‌ها را از نانوپلیمرهای متخلخل می‌سازند، مانند صفحه کلید، موس‌پد و غیره. نانوپلیمرهای متخلخل، مناسب‌ترین وسیله برای موس‌پد هستند.
با استفاده از سیکلودکسترین‌ها به عنوان اجزای اصلی این مواد پلیمری، دسته جدیدی از پلیمرهای آلی با تخلخل‌های بسیار ریز (قطر تخلخل این ترکیبات حدود 0.7 تا 1.2 نانومتر است) تولید شده‌اند. این‌گونه نانوپلیمرهای متخلخل قادرند که غلظت‌ آلاینده‌های موجود در آب شُرب را تا حد چند قسمت در تریلیون (ppt) کاهش دهند. ویژگی‌های دیگر نانوپلیمرهای متخلخل به شرح ذیل‌ است:
 
1-5-3- خصوصیات 
قدرت چسبندگی مولکول‌های آلی به این نوع پلیمرها حدود صد هزار برابر قوی‌تر از اتصال آن‌ها به جاذب‌های معمولی از قبیل کربن‌های فعال است. عملکرد مناسب آن در آب و هوا تقریباً یکسان است.
 
2-5-3- کاربردهای زیست‌محیطی 
- اغلب آلاینده‌های آلی را از آب آشامیدنی جدا می‌کند.
- با استفاده از نانوپلیمرهای متخلخل می‌توان پساب‌های مصرفی واحدهای صنعتی مانند نیروگاه‌های هسته‌ای را تصفیه کرد و مورد استفاده مجدد قرار داد.
- در صورت آلوده ‌شدن منابع آبی به آلاینده‌های آلی مانند نشت نفت از تانکرها به اقیانوس، این پلیمرها قادر به پاک‌سازی منابع مذکور هستند.
- در صورت آلوده ‌شدن منابع آبیِ زیرزمینی، این مواد می‌توانند آلاینده‌های آلی را حذف کنند.
 
3-5-3- مزایا
- توجه به استفاده مکرر از پساب‌های واحدهای صنعتی، کمک شایانی به حفظ منابع آب موجود می‌کند.
- با توجه به این که نانوپلیمرهای متخلخل به‌کرات مورد استفاده قرار می‌گیرند، بنابراین، هزینه‌های تصفیه به‌ مراتب کمتر می‌شود.
 
6-3- هوای پاک با فناوری نانو
افزایش مشکل دی اکسید کربن در هوا یکی از مشکلات اساسی در سطح جهان است. امید می رود که با استفاده از کشف منابع جدید روزی برسد که از مصرف سوخت‌های فسیلی بی نیاز شویم و در هوایی عاری از دی‌اکسید کربن و انواع آلودگی‌ها تنفس کنیم. فناوری نانو از جمله فناوری‌هایی است که به کمک حل این مسئله آمده است و این امکان را به وجود آورده است تا به سوی ساخت انرژیی ارزان‌تر و پاکیزه‌تر از سوخت‌های فسیلی نزدیک شویم.
محققان در دانشگاه ملی اوک ریج موفق به ساخت نانوکریستالی شده‌اند که ما را در داشتن هوایی پاک‌تر کمک می‌کنند. نانوکریستال، درست مانند یک کاتالیزور عمل می‌کند، هنگامی که دی‌اکسید کربن هوا بر روی این نانوکریستال که دارای کادمیوم، سیلینیوم و ایدیوم است، می‌نشیند، یک الکترون به دی‌اکسید کربن می‌دهد تا در مجاورت سایر اجزای دود واکنش نشان دهد و بی‌ضرر شود. اگر فیلترهای متشکل از این نانوکریستال‌ها را بتوان با قیمت مناسب‌تری ساخت و آن‌ها را در دودکش‌ها نصب کرد، می‌توان تا حد زیادی از انتشار و خروج دی‌اکسید کربن در هوا جلوگیری کرد.
ذره معلق مضر دیگری که دانشمندان امیدوارند تا با استفاده از نانوکریستال بتوانند آن را خنثی یا از بین ببرند، بخار جیوه است. تجهیزاتی که با زغال سنگ کار می‌کنند از مهم‌ترین عوامل تولید بخار جیوه و انتشار آن در هوا هستند. یک روش جلوگیری از انتشار جیوه، استفاده از نانوکریستال‌های اکسید تیتانیوم است که بخار جیوه را می‌توانند به اکسید جیوه جامد تبدیل کنند.
اگر تاکنون در ترافیک در مجاورت اگزوز یا دود اتوبوس یا یک کامیون قرار گرفته باشید، حتماً اکسید نیتروژن را استشمام کرده‌اید. موتورهای دیزلی (گازوئیل‌سوز) از جمله مهم‌ترین منابع آلوده‌کننده هوا با اکسیدهای نیتروژن هستند.
شرکت بیوفرندلی با کمک آژانس حفاظت محیط زیست و دریافت کمک مالی از ایالت تگزاس، موفق به ساخت نانوکریستالی شده است که با افزودن آن به گازوئیل می‌تواند از تولید اکسید نیتروژن جلوگیری کند و سبب شود تا سوخت کامل بسوزد. تصور نکنید که صنایع تولید تمیز مانند صنایع تولید تراشه‌های کامپیوتری به عنوان آلوده‌کننده‌های محیط زیست به شمار نمی‌آیند، بلکه برعکس این صنایع به علت استفاده از مواد شیمیایی آلی در فرایندهای تولید منشأ تولید بخارات آلی هستند که خود مضر هستند. محققان آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام در حال بررسی نانوموادی هستند که با استفاده از آن در فیلترها می‌توانند از انتشار بخارات آلی این دسته از کارخانجات جلوگیری کنند.
شاید در آینده نه چندان دور دیگر چیزی در خصوص میزان آلودگی‌های هوا در اخبار روزانه نشنویم تا با خیالی آسوده بتوانیم در هوایی پاک تنفس کنیم. 
 

منابـــع و مراجــــع

کتاب مجموعه مقالات سایت باشگاه نانو

نظرات و سوالات

نظرات

8 -1

زهرا سعادتی - ‏۱۳۹۷/۰۴/۰۶

خیلی خوب بود.به امید عملی شدن و نفس کشیدن در هوای پاک