شخصیت های‌ برتر فناوری نانو

نائومی هالاس و جنیفر وست؛ کاشفان نانوپوسته

دکتر نائومی هالاس ، استاد شیمی دانشگاه رایس، در سال 1987، بر روی سولیتون پالس تیره  در شرکت آی‌بی‌ام (IBM)، کار می‌کرد. سولیتون پالس تیره، عبارت است از یک موج ساکن که توسط فیبر نوری منتشر می‌شود و شامل یک وقفه‌ی کوتاه از پالس نور است.  ا در اواسط سال 1990 به استخدام دانشگاه رایس درآمد، و اکنون رئیس بخش نانومهندسی آن می‌باشد. او کارش را بر روی نانوپوسته‌هایی از جنس فلزات نجیب، با هسته‌های نیمه‌رسانا یا عایق متمرکز کرد. یک ناپوسته، پوسته‌ای کروی به قطر 100 نانومتر و از جنس فلزات (معمولاً طلا) می‌باشد که هسته‌ای از اتم‌های دی‌اکسید سیلیکون را احاطه می‌نماید.

واحد هالاس در دانشگاه رایس، ویژگی‌های نانوپوسته‌هایی را بررسی می‌نماید که شامل یکی از موارد  زیر باشد:

• درمان بالقوه سرطان، مشابه شیمی‌درمانی، اما بدون خطرات جانبی سمی

• تحلیل سریع و ارزان نمونه‌هایی به کوچکی یک مولکول منفرد

دکتر جنیفر وست ، استاد بیومهندسی دانشگاه رایس است، که به سبب پژوهش‌های‌اش در زمینه‌ی ساخت عروق خونی مصنوعی، از طرف مجله‌ی «تکنولوژی ریویر»  به عنوان یکی از 100 جوان مبتکر جهان، در سال 2003 معرفی شد. او مدرک کارشناسی خود را در سال 1992 در رشته‌ی مهندسی شیمی از دانشگاه ماساچوست، و در سال 1994، مدرک کارشناسی ارشد خود را در رشته‌ی مهندسی پزشکی از دانشگاه تگزاس، دریافت نمود. وی در دانشگاه تگزاس رشته‌ی مهندسی پزشکی را در مقطع دکترا نیز ادامه داد. یکی از زمینه‌های تحقیقاتی خانم وست، کاربردهای دارویی نانوپوسته‌ها می‌باشد.

خانم وست به همراه خانم هالاس، در دهه 1990 موفق به کشف نانوپوسته‌ها شدند و از آن‌ها برای درمان سرطان بهره گرفتند. در سال 1999، این دو به اتفاق هم، شرکت «نانواسپکترا بیوساینس»  را تأسیس نمودند، که هدف آن پژوهش بر روی نانوذراتی است که در درمان سرطان به کار می‌رود. وب‌گاه «Nanotehnology Now» کار هالاس و وست را به عنوان برترین کشف سال 2003 معرفی نمود.

برای اطلاعات بیش‌تر می‌توانید به سایت آموزشی خانم هالاس مراجعه نمایید:

(Halas Nanophotonics Group (http://www.halas.rice.edu

شخصیت های‌ برتر فناوری نانو

نائومی هالاس و جنیفر وست؛ کاشفان نانوپوسته

دکتر نائومی هالاس ، استاد شیمی دانشگاه رایس، در سال 1987، بر روی سولیتون پالس تیره  در شرکت آی‌بی‌ام (IBM)، کار می‌کرد. سولیتون پالس تیره، عبارت است از یک موج ساکن که توسط فیبر نوری منتشر می‌شود و شامل یک وقفه‌ی کوتاه از پالس نور است.  ا در اواسط سال 1990 به استخدام دانشگاه رایس درآمد، و اکنون رئیس بخش نانومهندسی آن می‌باشد. او کارش را بر روی نانوپوسته‌هایی از جنس فلزات نجیب، با هسته‌های نیمه‌رسانا یا عایق متمرکز کرد. یک ناپوسته، پوسته‌ای کروی به قطر 100 نانومتر و از جنس فلزات (معمولاً طلا) می‌باشد که هسته‌ای از اتم‌های دی‌اکسید سیلیکون را احاطه می‌نماید.

واحد هالاس در دانشگاه رایس، ویژگی‌های نانوپوسته‌هایی را بررسی می‌نماید که شامل یکی از موارد  زیر باشد:

• درمان بالقوه سرطان، مشابه شیمی‌درمانی، اما بدون خطرات جانبی سمی

• تحلیل سریع و ارزان نمونه‌هایی به کوچکی یک مولکول منفرد

دکتر جنیفر وست ، استاد بیومهندسی دانشگاه رایس است، که به سبب پژوهش‌های‌اش در زمینه‌ی ساخت عروق خونی مصنوعی، از طرف مجله‌ی «تکنولوژی ریویر»  به عنوان یکی از 100 جوان مبتکر جهان، در سال 2003 معرفی شد. او مدرک کارشناسی خود را در سال 1992 در رشته‌ی مهندسی شیمی از دانشگاه ماساچوست، و در سال 1994، مدرک کارشناسی ارشد خود را در رشته‌ی مهندسی پزشکی از دانشگاه تگزاس، دریافت نمود. وی در دانشگاه تگزاس رشته‌ی مهندسی پزشکی را در مقطع دکترا نیز ادامه داد. یکی از زمینه‌های تحقیقاتی خانم وست، کاربردهای دارویی نانوپوسته‌ها می‌باشد.

خانم وست به همراه خانم هالاس، در دهه 1990 موفق به کشف نانوپوسته‌ها شدند و از آن‌ها برای درمان سرطان بهره گرفتند. در سال 1999، این دو به اتفاق هم، شرکت «نانواسپکترا بیوساینس»  را تأسیس نمودند، که هدف آن پژوهش بر روی نانوذراتی است که در درمان سرطان به کار می‌رود. وب‌گاه «Nanotehnology Now» کار هالاس و وست را به عنوان برترین کشف سال 2003 معرفی نمود.

برای اطلاعات بیش‌تر می‌توانید به سایت آموزشی خانم هالاس مراجعه نمایید:

(Halas Nanophotonics Group (http://www.halas.rice.edu

چدن

گويچه‌هاي قرمز خون حاوي مولكول پيچيده‌اي به نام هموگلوبين مي‌باشد كه هموگلوبين مهمترين وفراوانترين پروتئين موجـود در گلبولهاي قرمز بوده و نقش اساسي در حمل ونقل O2 ،CO2 و پروتون دارد. ميوگلوبين نيز پروتئيني مشابه هموگلوبين بوده كه درون سلولهاي عضلاني قرار گرفته و در انتقالO2 دخالت دارد. هموگلوبين از يك قسمت پروتئيني به نام گلوبين و يك رنگدانه آهن‌دار به نام هِم تشكيل شده است.

دید کلی

نانو تکنولوژی نظیر هر فناوری دیگری همچون یک تیغ دولبه است که می‌توان از آن در مسیر خیر و صلاح و یا نابودی و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره‌گیری از این فناوری شناخت دقیق‌تر خصوصیات آن و آشنایی با قابلیت‌‌های آن است که می‌توان به روشنی و بدون ابهام مورد تاکید قرار داد. این فناوری جدید هنوز ، حتی برای متخصصان ، شناخته شده نیست و همین امر هاله ابهام آن را ضخیمتر می‌کند و راه را برای گمانزنی‌های متنوع هموار می‌سازد.

تاریخچه

تحقیق در قلمرو نانو تکنولوژی از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستین نتایج چشمگیر از رهگذر این تحقیقات عاید بشر گردید. از جمله آنکه یک گروه از محققان شرکت آی.بی.ام موفق شدند 35 اتم گزنون را بر روی یک صفحه از جنس نیکل جای دهند و با کمک این تک اتمها نامی را بر روی صفحه نیکلی درج کنند. محققان دیگر به بررسی درباره ساختارهای ریز موجود در طبیعت نظیر تار عنکبوت‌ها و رشته‌های ابریشم پرداختند تا بتوانند موادی نازک‌تر و مقاوم‌تر تولید کنند.

عقاید مختلف درباره نانو تکنولوژی

افرادی بر این باورند که این فناوری نظیر هیولای فرانکشتین در داستان مری شلی و یا همانند جعبه پاندورا در اسطوره‌های یونان باستان ، مرگ و نابودی برای ابنای بشر در پی دارد. در مقابل گروهی نیز معتقدند که به مدد توانایی‌های حاصل از این فناوری می‌توان عالم را گلستان کرد. در حال حاضر 450 شرکت تحقیقاتی تجاری در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا ، آمریکا و ژاپن با بودجه‌ای که در مجموع به 4 میلیارد دلار بالغ می‌شود سرگرم انجام تحقیقات در عرصه نانو تکنولوژی هستند.

من از چرخش الكترون ها به دور هسته آموختم كه كل جهان به دور مركز هستي مي چرخد و از حركت پيوسته ذرات چه ارتعاشي چه انتقالي يا دوراني كه ثبات و سكون در آفرينش راه ندارد و پيوسته در مسير تغيير و تحول و تكامل هستيم.
.

از شيمي آموختم كه هر چه فاصله ما از مركز افرينش وخالق هستي بيشتر باشد ما و نيستي ما آسانتر خواهد بود همانطوري كه جدا كردن الكترون از دورترين لايه اتم آسانتر است.

.

از تلاش ذرات براي پايدار شدن متعجب شدم و دريافتم كه شعوري والا و انديشه اي برتر در پس پرده هدايت گر نقش ها و طرح هاست از پيوند اتم ها براي پايدارشدن دريافتم كه اتحاد در مرز پايداري است و از گازهاي نجيب كامل شدن را رمز پايداري يافتم.

.

از بحث واكنشهاي چند مرحله اي و زنجيري آموختم كه ما ذره هاي حد واسط مراحل زندگي هستيم كه در يك مرحله واكنش متولد مي شويم و در واكنشي ديگر مي ميريم و هدف آفرينش و خلقت فراتر از توليد و مصرف ماست..

.

از بحث تعادل هاي شيميايي و واكنشهاي برگشت پذير آموختم كه جهان تعادلي است پويا و ديناميك كه گرچه در ظاهر خواص ماكروسكوپي ثابت و يا متغييري دارد اما در درون در تكاپو و فعال است

.

و از شيمي آموختم كه از دست دادن فرصت ها واكنش هاي برگشت ناپذيري هستند كه تكرار انها ميسر نخواهد بود.
.

از شبكه بلور جامد هاي يوني آموختم كه با وجود تضادها مي توان چنان گرد هم آمد و پيوستگي ايجاد كرد كه شبكه اي مقاوم در مقابل دماهاي ذوب بالا بوجود آيد..

و از شیمی آموختم زندگی خیلی اسرار آمیز و زیباست خیلی اسرار آمیز تر و زیباتر از آن چه که پیش تر ها می اندیشیدم

تصفیه آب:نانو فیلتراسیون (NF)

در همه روش‌های پیشرفته تصفیهٔ آب مهمترین هدف تصفیه، حذف املاح محلول در آب می باشد ولی نکته مهمی که وجود دارد این است که برای کاربردهای مختلف، آب با درجه خلوص متفاوتی مورد نیاز می باشد برای مثال در صنعت داروسازی و یا تولید سوخت هسته ای آب مورد نیاز، آب فوق خالص (Ultra Pure) می باشد لذا طبیعی است برای تولید آب با درجه خلوص بیشتر باید هزینه بیشتری صرف شود. ولی برای برخی دیگر از کاربردها آب با خلوص بسیار زیاد مورد نیاز نمی باشد. برای مثال آب استفاده شده در برج های خنک کننده (Cooling Tower ) باید صرفاً از لحاظ حذف سختی مورد تصفیه قرار گیرد. در چنین کاربردهایی می توان از سیستم‌هایی با درصد حذف پایین تر و به تبعِ آن هزینه کمتر استفاده نمود. یکی از این روشهای تصفیه مرسوم در دنیا، روش نانو فیلتراسیون (Nanofiltration) می باشد .یکی از کاربردهای فناوری نانو استفاده از نانوفیلترهاست که گام مؤثری در حفظ محیط زیست و صرفه جویی در انرژی نهاده است. نانوفیلترها براساس منافذشان طبقه بندی شده اند. نانوفیلتراسیون نسبت به اسمز معکوس و اولترا فیلتراسیون مزایای ویژه‌ای دارد، از جمله آن‌که در اولترا فیلتراسیون مقدار آلاینده های مصرفی نسبت به حد مجاز بالاتر بوده و در اسمز معکوس میزان خلوص آبِ حاصله بیشتر از حد محصول است که پیامدِ آن افزایش قیمت این روش است. از دیگر مزایای استفاده از نانوفیلتراسیون در تصفیه آب و پساب عبارتند از: حذف نمک‌های چند ظرفیتی (از قبیل آهن، منگنز، اورانیم و برخی آفت کش ها)، امکان تولید میزان آب تصفیه شده در مقیاس وسیع، از بین بردن انواع باکتری، ویروس و میکروارگانیزم ها، حذف آلاینده های آلی، حفظ مواد معدنی مورد نیاز سلامت انسان، از بین بردن اثرات مخرب زیست محیطی، حذف کدورت، سختی و شوری آب، پایین بودن هزینه تصفیه و در مجموع همانگونه که اشاره شد عدم نیاز به افزودن مواد شیمیایی زیان آور برای محیط زیست و انسان.

منابع آب:

-1-2-2-2 وضعيت منابع آب ايران:

آب به عنوان جزئي از محيط زيست، شالوده حيات و نيز مولفه بنيادي براي هر الگوي توسعه بوده و

جايگاه محوري و با اهميتي در مبحث توسعه پايدار دارد. به عبارت ديگر حيات انسان و به طور كلي همه

موجودات زنده بدون وجود آب قابل تصور نيست. رشد روز افزون تقاضا براي آب و محدويت شديد اين

عنصر حياتي در بسياري از كشورها، در چند سال آينده به عنوان يكي از موانع توسعه مطرح خواهد بود.

نحوه توزيع منابع آب در جهان و ايران

96 درصد ( 1385 ميليون كيلومتر مكعب) آن را آب شور درياها و اقيانوس- / از مجموع آبهاي جهان، 5

2 درصد / ها تشكيل ميدهند كه به دليل شوري، در عمل قابل استفاده نميباشد. ذخاير آب شيرين فقط 53

68 درصد از اين آب ( 24 / 35 ميليون كيلومترمكعب) حجم ذخاير آبهاي سطح زمين را شامل ميشود. 7 )

ميليون كيلومتر مكعب) به صورت برف و يخ در دو قطب زمين متمركز بوده و قابل استفاده بشر نيست. منبع

0 درصد ( 90 / اصلي آب قابل استفاده براي انسان را آب درياچهها و رودخانهها تشكيل ميدهند كه تنها 26

هزار كيلومتر مكعب) از كل ذخاير آب شيرين را تشكيل ميدهند. سهم آب موجود در اتمسفر به ترتيب

0 درصد از ذخاير آب شيرين را به خود اختصاص داده است. بنابراين / 0/001 درصد از كل منابع آبي و 04

عليرغم اينكه بخش اعظم سطح زمين را آب ميپوشاند فقط بخش اندكي از آن براي بشر قابل استفاده است

و در حقيقت همه برنامه ريزي هاي بشر بايد با توجه به اين محدوديتها صورت پذيرد

اهمیت کاربرد نانو در صنعت آب

اهمیت کاربرد نانو در صنعت آب

اهمیت کاربرد نانو در صنعت آب

آب یکی از ضروری ترین عناصر حیات بر روی زمین است و اگرچه بیش از 70 درصد از سطح کره زمین با آب پوشیده شده است اما کمتر از 3 درصد از آن آب شیرین می باشد. از این مقدار 79 درصد به قله های یخی تعلق دارد، 20 درصد آن آب های زیرزمینی است که به راحتی قابل دسترسی نمی باشد و فقط 1 درصد آن شامل دریاچه ها و رودخانه ها و چاه ها می باشد که به راحتی به دست می آید. در مجموع در هر زمان تنها یک ده هزارم از کل آب های کره زمین به سادگی در دسترس انسان قرار دارد.
در دسترس بودن آب سالم و پاک یکی از مهم ترین مسایل پیش روی بشر می باشد و به تدریج که مقدار مصرف آب بیشتر می شود، مواد آلاینده نیز به طرق مختلف باعث آلوده کردن منابع آبی می گردند و این مساله در آینده بحرانی تر خواهد شد. مجمع عمومی سازمان ملل متحد به منظور افزایش آگاهی و ترغیب، جهت اداره بهتر امور مربوط به آب و حراست بهتر از این منبع حیاتی، سال 2003 را سال بین المللی آب شیرین اعلام نمود. پذیرش حق برخورداری از آب به عنوان یک حق برای بشر ممکن است مهم ترین گام در برطرف کردن دشواری تامین این بنیادی ترین عنصر زندگی مردم باشد.
امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساخت های ضعیف خالص سازی آب، به آب بهداشتی دسترسی ندارند. حدود یک میلیارد نفر به منابع آبی دسترسی ندارند. روزانه 5000 کودک به علت مبتلا شدن به امراض ناشی از مصرف آب غیربهداشتی می میرند.
تمام تلاش محققین این است که با کمک روش ها و فناوری های جدید بتوانند این مشکلات را کاهش دهند. یکی از این فناوری ها، فناوری نانو است.

کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب

فناوری نانو طی مدت کوتاهی که از ظهور آن می گذرد کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون یافته است. در نتیجه صنعت آب، به عنوان یکی از پایه های حیات از این مساله مستثنی نیست و در بخش های مختلف آن، شامل ساخت سد ها، حفاظت خطوط لوله انتقال آب، تصفیه آب و پساب، شیرین سازی آب و غیره، فناوری نانو کاربرد یافته است.
مهم ترین کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب عبارتند از:
1- استفاده از ذرات نانو ساختار در تصفیه آلاینده ها
2- رنگ زدایی از آب آشامیدنی
3- نمک زدایی از آب
4- نانو پوشش ها
5- نانو لوله ها جاذب گازهای سمی
6- نانو پلیمرهای متخلخل
7- استفاده از نانو ذرات در تصفیه پساب ها
8- نانوفیلترها
9- حذف آرسنیک موجود در آب با استفاده از فناوری نانو
بررسی فعالیت های پژوهشی در سطح دنیا نشان می دهد که تصفیه آب یکی از مهم ترین زمینه های کاربرد فناوری نانو در صنعت آب است و با بهره گیری از آن، هزینه های تصفیه آب به میزان قابل توجهی کاهش خواهد یافت. استفاده از فیلتر های نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب در سیستم های موجود و کاربرد نانو حسگرهای زیستی برای تشخیص سریع و کامل آلودگی آب از مهم ترین موارد کاربرد نانو فناوری در صنعت آب و فاضلاب است. فناوری نانو با روش های زیر می تواند در تهیه آب تمیز کمک کند:
1- غشاهای فیلتراسیون نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب
2- روش های سازگار با محیط زیست جهت تصفیه آب های زیرزمینی به وسیله اجزای معدنی و آلی
3- نانو مواد برای بهبود کارایی فرایندهای فتوکاتالیستی و شیمیایی
4- نانو حسگرهای زیستی جهت تشخیص سریع آلودگی آب

نانوفیلتراسیون

روش نانوفیلترسیون طی چند سال گذشته رونق گرفته است. فیلترهای فیزیکی با منافذی در حد نانومتر می توانند باکتری ها، ویروس ها و حتی واحدهای کوچک پروتئینی را به صورت کامل و صد در صد غربال کنند؛ همچنین با استفاده از جدا کننده های الکتریکی که به وسیله صفحات ابرخازن یون ها را جذب می کنند، می توان نمک و مواد سنگین را نیز از آب جدا کرد. در نانوفیلتراسیون جداسازی بر اساس اندازه مولکول صورت می گیرد و فرآیندی فشاری است. اساسا این روش جهت حذف اجزای آلی نظیر آلوده کننده های میکرونی و یونی های چند ظرفیتی می باشد. از دیگر کاربردهای نانوفیلترسیون می توان به حذف موادشیمیایی که به منظور کشتن موجودات مضر به آب اضافه شده اند، حذف فلزات سنگین، تصفیه آب های مصرفی، رنگ زدایی و حذف آلوده کننده و حذف نیترات ها اشاره کرد. نانو فیلترسیون می تواند تقریبا از هر منبع آبی، آب پاک به وجود آورد و تمام باکتری های موجود در آب را حذف کند. در ضمن امکان استفاده آسان از روش های تصفیه را انجام می دهد. با استفاده از نانوفیلترها، مواد معدنی موردنیاز برای سلامت انسان در آب باقی می ماند و مواد سمی و مضر از آن حذف می شود.
دانشمندان و محققان به روش ساده ای برای تولید فیلترها با استفاده از نانو لوله های کربنی دست یافته اند که علاوه بر حذف موثر آلاینده ها در مقیاس نانو و میکرو از منابع آب می تواند هیدروکربن های سنگین را نیز از نفت خام جدا کند. استفاده از نانولوله های کربنی در ساخت فیلترها سبب سهولت در پاکسازی، افزایش استحکام، قابلیت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما شود. این فیلترها از دقت بسیار زیادی برخوردارند و می توانند ویروس هایی به اندازه 25 نانومتر را به خوبی عوامل بیماری زای بزرگ تر مانند باکتری ای-کولای از آب حذف کنند. کاهش هزینه ها و همچنین کنترل مقدار آلاینده ها در آب تصفیه شده از دیگر مزایای کاربرد این روش به شمار می آید.

نانوحسگرها

اگرچه حسگرهای مختلفی برای آشکار نمودن آلودگی ها و مواد آلوده وجود دارند ولی فناوری نانو امکان ایجاد نسل های جدیدی از حسگرهای با توانایی بالا را فراهم می نماید که مواد آلاینده در مقادیر و غلظت های کم را آشکار می نمایند. نانو حسگرها شامل نانوحسگرهای زیستی و نانوحسگرهای شیمیایی می باشند. نانوحسگرهای زیستی در تصفیه آب و محیط زیست کاربرد دارند و می توانند انواع عوامل بیماری را شامل مقادیر بسیار اندک میکروب ها و سموم حاصل از آنها را در حد ppb شناسایی کنند. نانوحسگرهای شیمیایی در تصفیه آب و پساب های صنعتی کاربرد دارند و می توانند انواع ترکیبات شیمیایی و یون ها را شامل مقادیر بسیار کم انواع آلوده کننده های موجود در آب به طور پیوسته و با سرعت زیاد در حد ppb و همچنین مقادیر خیلی کم یون های سنگین مانند سرب و آرسنیک (تغییر رنگ) را شناسایی کنند.

شیرین کننده هایی از جنس غشای نانومتری

محققان توانسته اند غشاهایی از نانو لوله های کربنی بسازند که به کمک آن جداسازی گاز و مایع با کمترین هزینه امکان پذیر خواهد شد. امروزه بیشتر غشاها از مواد پلیمری ساخته می شوند که در دمای بالا مشکلاتی را به وجود می آورند. در این نوع غشاها نمی توان توازن مناسبی را میان ورودی غشا و قابلیت انتخاب آن برقرار کرد. استفاده از نانو لوله های کربنی امکان انتخاب پذیری مناسب در ورودی های بالا را فراهم می کند. غشاهای جدید با حفره های کوچک تر و متراکم تر و همچنین امکان عبور شدت جریان زیاد از هر حفره، از نظر گذردهی آب و هوا نسبت به غشاهای دیگر بسیار موثرتر هستند و کاربردهای فراوانی در تصفیه آب دارند. از روش جداسازی غشایی، در شیرین سازی آب استفاده می شود. در این روش آب شور داغ را روی ورقه نازکی از غشای دارای حفرات ریز موسوم به نانو حفره می ریزند. این حفره ها آنقدر کوچک هستند که فقط بخار می تواند از آنها عبور کند و آب، مایع، نمک ها و مواد معدنی دیگر در پشت غشا باقی می مانند. در طرف دیگر غشا محفظه هایی از آب سرد قرار دارد که بخار با عبور از آن دوباره به مایع تبدیل می شود.

تصفیه آب به کمک نانوذرات

نانوذرات لانتانیوم، فسفات را از محیط های آبی جذب می کند. کاربرد این نانوذرات در حوضچه ها و استخرهای شنا می تواند به طور موثری فسفات موجود را از میان برده و در نتیجه از رشد جلبک ها جلوگیری کند. نانو پودرها نیز می توانند به عنوان مواد مناسبی برای پاکسازی خاک های آلوده و آب های زیرزمینی به کار روند؛ همچنین نانوذرات آهن سبب اکسید شدن و درهم شکستگی ترکیبات آلوده کننده می شود و آنها را به ترکیبات کربنی با درجه سمیت بسیار پایین تبدیل می کند. ارسنیک از آلاینده های بسیار سمی است که به طور طبیعی با پساب های انسانی سبب آلودگی آب می شود. مصرف این ماده سبب افزایش شیوع سرطان مثانه و روده می شود. آمار مسمومیت با ارسنیک در سطح جهان بسیار زیاد است و در بسیاری از کسورهای در حال توسعه که بیش از 10 تا 20 درصد جمعیت آنها به مسمومیت ارسنیک مبتلا شده اند، چنین اتفاقی یک فاجعه بهداشتی به شمار می آید. بیشتر آلایندگی های ناشی از ارسنیک در کشورهای جهان سوم گزارش شده است و به همین دلیل این کشورها به شدت نیازمند فناوری های نوین هستند تا به کمک آن بتوان آلاینده های فلزی سنگین مانند ارسنیک را از آب آشامیدنی حذف کرد. در روش های جدید از نانوبلورهای مغناطیسی به عنوان هسته اصلی سیستم های تصفیه آب استفاده می شود. سطوح معدنی آهنی نه تنها تمایل شدیدی به جذب ارسنیک دارند، بلکه با انتخاب اندازه متناسب می توان به راحتی این ذرات مغناطیسی را به کمک روش های جداسازی مغناطیسی از آب جدا کرد. در حقیقت نانوذرات در جذب ارسنیک همانند توده آهنی عمل می کنند. در واقع نه تنها ظرفیت جذب ارسنیک در نانوذرات بالاتر است بلکه به محض قرار گرفتن ارسنیک در کنار نانوذرات، جداسازی آن از این ذرات به سختی انجام خواهد شد. با توجه به نتایج به دست آمده از بررسی ها و تحقیقات انجام شده در این زمینه می توان گفت نانوذرات مغناطیسی، جاذب های بسیار خوبی برای آلاینده ارسنیک به ویژه در آب های اسیدی هستند و خاصیت جذبی غیرقابل بازگشت این ذراتف مخزن مناسبی برای جمع آوری آلاینده ها فراهم می کند.

تصفیه فاضلاب

محققان به دنبال توسعه روش منحصر به فردی برای تصفیه فاضلاب هستند که بدون استفاده از مواد شیمیایی گران قیمت، کیفیت آب را در مقایسه با روش هایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند به میزان قابل توجهی افزایش خواهد داد. آخرین مرحله تصفیه آب، حذف موجودات زنده بسیار ریز است. در حال حاضر از کلر به عنوان ماده ضدعفونی کننده استفاده می شود، اما در این صورت حتی پس از تصفیه نیز ترکیبات ارگانیک زیادی در آب وجود خواهد داشت. کلر موجودات زنده ریز را از آب حذف می کند، اما با آلاینده های ارگانیک واکنش می دهد و محصولات جانبی تجزیه ناپذیر و سمی تولید می کند که نمی توان آنها را از آب حذف کرد. انتقال این مواد به محیط زیست و استفاده از آنها در کشاورزی و صنایع دیگر می تواند مشکلات بهداشتی خطرناکی ایجاد کند.
تصفیه فاضلاب به کمک نانو کاتالیزور نوری می تواند جایگزین سومین مرحله تصفیه یعنی ضدعفونی با کلر شود تا موجودات زنده و ترکیبات آلی را به طور همزمان حذف و فاضلاب را به یک منبع آب مناسب تبدیل کند. موجودات زنده ریز به طور طبیعی ترکیبات ارگانیک بزرگ را به ذرات کوچک تری تبدیل می کنند؛ اما از آنجایی که این ترکیبات از نظر زیستی تجزیه ناپذیرند، برای تجزیه آنها باید از نوعی انرژی استفاده کنیم. این انرژی از اشعه فرابنفش نور خورشید تامین شده و به همراه کاتالیزورهای نوری مورد استفاده قرار می گیرد. انرژی آزاد شده از واکنش سلول کاتالیزور نوری می تواند موجودات زنده ریز را از میان برده و ترکیبات تجزیه ناپذیر را تجزیه کند. این فرایند به دلیل امکان استفاده مجدد از کاتالیزور های نوری از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. ذرات کاتالیزوری یا به صورت همگن در محلول پراکنده می شوند، یا به صورت ساختارهای غشایی رسوب داده شده هستند که تجزیه شیمیایی آلاینده ها را امکان پذیر می کنند. با توجه به کاربردها و قابلیت های فناوری نانو در صنعت آب و فاضلاب بسیاری از شرکت ها از این فناوری در تصفیه آب و فاضلاب استفاده می کنند و به همین دلیل امروزه استفاده از محصولات و تولیدات بر پایه فناوری نانو افزایش یافته است. این محصولات اغلب شامل نانوفیلترها و انواع حسگرهایی است که به منظور تشخیص مواد و ذرات موجود در آب مورد استفاده قرار می گیرند.

تصفیه پساب های صنعتی

پساب های صنعتی شوینده، حاوی اکسیژن بیوشیمیایی و مواد فعال شیمیایی است که باید در فرآیند های تصفیه از آب جدا شوند. یکی از دیگر موادی که در پساب های صنعتی یافت می شود مواد نامحلول روغنی است. حضور این مواد فرآیند تصفیه آب را با مشکل مواجه می کند. یکی از روش های اقتصادی برای تصفیه این مواد، استفاده از سیستم های ترکیبی حاوی میکروفیلترها و نانوفیلترهاست. در این سیستم برای حذف ذرات معلق مانند روغن ها و گریس ها از میکروفیلترها و برای حذف پاک کننده ها از نانوفیلترها استفاده می شود.

جیوه زدایی

محققان آزمایشگاه ملی Pacific Northwest آمریکا، از سرامیک های نانو حفره ای که با تک لایه های تیول (SH)، عامل دار شده بودند، برای جیوه زدایی از آب استفاده کردند. تک لایه های خود سامان تیول بر روی سیلیکای میان حفره ای (Thiol-SAMMS) می توانند کاربردهایی در تصفیه فاضلاب نیروگاه های زغال سنگی داشته باشند. این نیروگاه ها از منابع اصلی آلودگی جیوه به شمار می روند. محققان زیرلایه ای از جنس سیلیکای میان حفره ای را با میانگین اندازه حفرات 5،6 نانومتر و سطح ویژهg/m2  900 به کار بردند. آنها با افزودن تک لایه ای از تیول های قلیایی به حفرات این سرامیک، آن را فعال ساختند. دسترسی به یک فناوری برای حذف جیوه که علاوه بر انتخاب گری، ظرفیت جذب بالا و سینتیک جذب مناسب ، منجر به تولید پسماندی پایدار گردد، یکی از نیازهای فوری در زمینه تصفیه جیوه است. نه تنها کارایی روش های متعارف حذف جیوه، پایین تر از این روش است؛ بلکه این روش ها منجر به تولید مقادیر زیادی پسماند می شون. ماده جدید علاوه بر پاکسازی فاضلاب نیروگاه های زغال سنگی می تواند در تصفیه پسماندهای رادیواکتیو، تولید باتری و مصارف دندانپزشکی نیز به کار رود.

نتیجه گیری

در آینده ایران جزء کشورهایی خواهد بود که بحران مصرف بالا و کم آبی را به دلیل افزایش جمعیت شهرنشین و ارتقای سطح صنعت و کشاورزی، پیش رو خواهد داشت. جمعیت کشور ما حدود یک درصد جمعیت جهان است ولی سهم ما از کل منابع آب شیرین در دنیا 36 صدم درصد است. کشور ما 66 درصد آب مصرف می شود. بیش از 50 درصد ذخایر آب شیرین کشور، وابسته به منابع آب های زیرزمینی است که در حقیقت ما باید این منابع زیرزمینی را برای سال های خشکسالی نگهداری می کردیم.
کارشناسان یکی از دلایل این بحران را ایجاد شهرک ها و گسترش بی رویه و برنامه ریزی نشده شهرها می دانند. از سویی ما در اقلیم خشک و کم آب قرار داریم. از سویی هم کره زمین در حال گرم شدن است و پدیده ال نینو به گرم شدن هوا در این نقطه از جهان کمک کرده است.
بنابراین با نگاهی به مشکلات تامین آب در ایران و نیاز مبرم کشور به منابع جدید، می توان از فناوری های نوین در این راه بهره جست. این مهم در سایه انجام نیاز سنجی و مطالعه دقیق اولیه تحقق می یابد. با توجه به اینکه در سالهای اخیر، ایران در حال اوج گیری در زمینه تحقیقات نانو است، عقلانی به نظر می رسد که در سمت و سو دهی برنامه های کلان آب در کشور از فناوری نانو به عنوان یک پشتیبان قوی استفاده گردد.

برگرفته از ماهنامه عمران آب

آلودگي منابع آب:

با توجه به نياز روزافزون به منابع آبي به لحاظ ازدياد جمعيت و توسعه بخشهاي كشاورزي و صنعت

علاوه بر تلاش وسيع و بيوقفه در بكارگيري منابع آب جديد، حفظ و حراست كيفي منابع آب موجود

الزامي است. مهمترين منابع آلاينده آب در سطح كشور شامل پسابهاي شهري، صنعتي و كشاورزي مي-

باشد.

پسابهاي شهري

( كل مصرف آب شرب در سطح كشور برابر با 4139921 هزار مترمكعب در سال پايه مطالعه ( 1373

بوده است كه به ترتيب 3247560 و 892361 هزار مترمكعب آن مربوط به مصارف شهري و روستايي مي-

باشد.

حجم كل تقريبي پساب توليد شده ناشي از مصرف آب شرب معادل 3121957 هزار مترمكعب در سال

59 درصد از / بود كه 2466664 و 627313 هزار مترمكعب آن مربوط به نواحي شهري و روستايي است. 5

40 درصد بقيه به منابع سطحي تخليه مي گردد. اين نسبت در / كل پساب توليدي به منابع زيرزميني و 5

.[ 32 درصد مي باشد[ 19 / 67 و 930 / مناطق شهري از تفات بيشتري برخوردار بوده و برابر 7

دفع اين فاضلابها در شهرها و روستاها از طريق چاههاي جاذب و شبكه آبراههها و رودخانههاي

موجود و عدم تصفيه آنها و بالا بودن سطح آب زيرزميني در اكثر حوزههاي آبريز كشور (حداقل سطح

برخورد به آب بين صفر تا 4 متر مي باشد) موجب آلودگي بخشي از منابع آب سالم ميگردد.

پسابهاي صنعتي

تعداد كارگاههاي صنعتي موجود در كشور بالغ بر 11176 مورد بوده و حجم آب مصرفي سالانه آنها

معادل 663216 هزار مترمكعب ميباشد. سالانه برابر با 393510 هزار مترمكعب پساب مربوط به بخش

فصل دوم چالشها و پيشرانهاي توسعه كشور و كاربرد نانو تكنولوژي در حل و توسعه آنها

45

صنعت به محيط زيست وارد ميشود كه سهم منابع سطحي و زيرزميني از آن برابر با 148109 و 245401

آب یکی از ضروری ترین عناصر حیات بر روی زمین است و اگرچه بیش از 70 درصد از


سطح کره زمین با آب پوشیده شده است اما کمتر از 3 درصد از آن آب شیرین می

باشد. از این مقدار 79 درصد به قله های یخی تعلق دارد، 20 درصد آن آب های

زیرزمینی است که به راحتی قابل دسترسی نمی باشد و فقط 1 درصد آن شامل

دریاچه ها و رودخانه ها و چاه ها می باشد که به راحتی به دست می آید. در

مجموع در هر زمان تنها یک ده هزارم از کل آب های کره زمین به سادگی در

دسترس انسان قرار دارد.

در دسترس بودن آب سالم و پاک یکی از مهم ترین مسایل پیش روی بشر می

باشد و به تدریج که مقدار مصرف آب بیشتر می شود، مواد آلاینده نیز به طرق

مختلف باعث آلوده کردن منابع آبی می گردند و این مساله در آینده بحرانی تر

خواهد شد. مجمع عمومی سازمان ملل متحد به منظور افزایش آگاهی و ترغیب،

جهت اداره بهتر امور مربوط به آب و حراست بهتر از این منبع حیاتی، سال 2003 را

سال بین المللی آب شیرین اعلام نمود. پذیرش حق برخورداری از آب به عنوان یک

حق برای بشر ممکن است مهم ترین گام در برطرف کردن دشواری تامین این بنیادی

ترین عنصر زندگی مردم باشد.

امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساخت های

ضعیف خالص سازی آب، به آب بهداشتی دسترسی ندارند. حدود یک میلیارد نفر به

منابع آبی دسترسی ندارند. روزانه 5000 کودک به علت مبتلا شدن به امراض ناشی

از مصرف آب غیربهداشتی می میرند.

تمام تلاش محققین این است که با کمک روش ها و فناوری های جدید بتوانند این

مشکلات را کاهش دهند. یکی از این فناوری ها، فناوری نانو است.