نانوفناوری و فاضلاب!

افزایش جمعیت جهان و کاهش منابع آب آشامیدنی ، نگرانی هایی را در باره تامین آب آشامیدنی مورد نیاز کشورهای مختلف در سراسر جهان به وجود آورده است و کمبود آب که در نتیجه افزایش آلودگی های زیست محیطی شدت پیدا می کند ، سبب شده است تامین آب بهداشتی مورد نیاز مردم به یکی از مشکلات اساسی  جهان امروز تبدیل شود امراض ناشی از آلودگی منابع آب ، روزانه سبب کشته شدن هزاران و شاید ده ها هزار نفر از مردم جهان می شود . این در حالی است که امکان بازیافت آب دسترسی به یک منبع مناسب برای مصارف گوناگون را فراهم خواهد آورد . امروزه به کمک فناوری های نوین الکتریکی و مکانیکی ، به آسانی می توان آب آلوده را درکشاورزی و حتی مصارف خانگی استفاده کرد . استفاده از فیلترهای نانومتری ، تحول عظیمی را در بازیافت و استفاده مجدد از منابع آب ایجاد کرده است.

فیلترهای فیزیکی با منافذی درحد نانومتر می توانند باکتری ها، ویروس ها و حتی واحدهای کوچک پروتئینی را به صورت کامل و صد درصد غربال کنند؛ همچنین با استفاده از جداکننده 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.

فولرن ها؛ ساختار، خواص و کاربرد

ساختار فولرن ها

کربن در طبیعت دارای پنج آلوتروپ الماس، گرافیت، نانولوله، کربن بی شکل و فولرن است، که همگی جامد می باشند. (شکل1). در الماس که از سخت ترین اجسام طبیعی است، هر اتم کربن با چهار اتم کربن دیگر پیوند دارد و هیبریداسیون اتم های کربن در این ساختار، به شکل sp3 می باشد. در گرافیت شش ضلعی های ِ منتظم کربنی لایه هایی را ایجاد کرده اند که بر روی یکدیگر انباشته شده و هر لایه از طریق پیوندهای ضعیف وان در والس به لایه زیرین متصل است. هنگامی که لایه های گرافیتی در هم پیچیده شوند، نانولوله های کربنی را تشکیل می دهند. در واقع نانولوله، گرافیتی ست که به شکل لوله در آمده باشد. فولرن، نخستین مولکول کربن کروی شناخته شده با کربن های مرتب شده، در قالب کره ای به شکل توپ فوتبال می باشد.

شکل1. آلوتروپ های مختلف کربن در طبیعت

پایه ی فولرین ها صفحات موجود در گرافیت می باشد با این تفاوت که در ساختار اتمی فولرین ها به جای شش ضلعی های منظم موجود در صفحات گرافیت، یک سری شش ضلعی و پنج ضلعی منظم وجود دارد که به صورت یک در میان در کنار هم قرار گرفته و کره فولرن را تشکیل داده اند. قرارگیری این پنج ضلعی و شش ضلعی ها در کنار هم برای شکل دادن یک ساختار کروی ضروری است. در حقیقت بدون حضور پنج ضلعی ها در ساختار گرافین نمی توان از صفحات گرافین ساختارهای کروی به دست آورد.

نانوکامپوزیت های زمینه پلیمری ؛ روش های تولید

نیاز اقتصادی و رو به افزایش سوخت در عرصه های مختلف، تقاضا برای استفاده از مواد جدید سبک وزن مانند پلیمرها را افزایش داده است. اما از طرفی با توجه به پایین تر بودن میزان استحکام پلیمرها در مقایسه با فلزات، تقویت آن ها ضروری به نظر می رسد. تقویت پلیمرها با مواد رایج سبب لطمه خوردن به دو ویژگی اصلی پلیمرها یعنی سبکی و سهولت فرآیند پذیری می شود. از این رو در تحقیقات اخیر از مقادیر کمی (کمتر از 10% وزنی) نانوذرات به عنوان تقویت کننده در پلیمرها استفاده می شود.

نایلون 6 اولین پلیمری بود که توسط شرکت تویوتا در سال 1990 برای تهیه نانوکامپوزیت ها به کار گرفته شد، اما امروزه از پلیمرهای ترموست نظیر اپوکسی ، پلی ایمید و پلیمرهای ترموپلاست نظیر پلی پروپیلن ، پلی استایرن عنوان ماده ی زمینه این کامپوزیت ها استفاده می گردد.

فاز تقویت کننده که در نانوکامپوزیت ها استفاده می شود شامل نانوذرات، نانوصفحات ، نانوالیاف و همچنین نانولوله ها می باشد. نانوذرات بیشترین کاربرد را به عنوان ماده تقویت کننده در نانوکامپوزیت ها دارند. نانوذره ای که در تهیه اغلب نانوکامپوزیت ها استفاده می شود خاک رس (Nanoclay) است. اما اخیرا ً نانوذرات دیگری همچون سیلیکا، نانوذرات فلزی و ذرات آلی و غیرآلی نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

در توسعه مواد چند جزئی چه در مقیاس نانو و یا میکرو سه موضوع مستقل باید مورد توجه قرار گیرد: انتخاب اجزاء، تولید، فرآوری و کارآیی. در مورد نانوکامپوزیت های پلیمری هنوز در اول راه می باشیم و با توجه به کاربرد نهایی آن ها زمینه های بسیاری برای توسعه وجود خواهد داشت.

نانو پوشش ها

اغلب مواد و محصولات مورد استفاده ی ما نیاز به پوشش دارند؛ چون نباید در طی مراحل تولید، بسته بندی، ورود به بازار و مهم‌تر از همه در موقع مصرف، خواص و ویژگی‌های خود را از دست بدهند. پوشش عبارت است از یک "لایه" با ضخامتی کمتر از ماده ی پایه. پوشش ها دارای کاربردهای متنوعی از صنایع اتومبیل گرفته تا صنایع لوزام خانگی هستند. این پوشش ها سطوحی را که در معرض آسیب های محیطی مانند باران، برف، نمک ها، رسوب های اسیدی، اشعه ماوراء بنفش، نور آفتاب و رطوبت می باشند را محافظت می نماید. از طرفی پوشش ها قابلیت خش برداشتن، تکه تکه شدن و یا آسیب دیدگی در زمان استفاده، ساخت و حمل و نقل را دارند. با یافتن راه هایی می توان از آسیب دیدن روکش ها جلوگیری کرد. فناوری نانو ایجاد نانو پوشش ها را پیشنهاد می کند.

در حقیقت نانوپوشش ها گونه ای از لایه های نازک هستند که یا ابعاد آن ها در حد نانو می باشد، و یا زمینه ای (سُل) دارند که ذرات ریز در ابعاد نانو در آن پراکنده شده اند و خواص ویژه ای را به آن می بخشند.

نانوذرات؛حذف کننده مونواکسید کربن

حفاظت از جوامع شهری و روستایی در برابر آلاینده های زیست محیطی مستلزم انجام تحقیقاتی برای شناخت انواع آلاینده ها، منابع تولید آنها و همچنین در نظر گرفتن راهکارهای مناسبی برای کنترل و مهار آلودگی ها در محیط است. با توجه به این که رفع آلودگی های محیط زیست که می تواند پیامدهای نامطلوبی را در زندگی انسان ها و دیگر موجودات زنده ساکن این کره خاکی به همراه داشته باشد، نیازمند تعلیم و آموزش نیروهای متخصص در این زمینه است، بنابراین انجام تحقیقات پژوهشی که بتواند به روش های جدید و موثر برای مبارزه با آلودگی در محیط زیست دست یابد از اهمیت و ضرورت بسیار زیادی برخوردار است و به همین علت تاکنون مطالعات بسیاری در این زمینه از سوی محققان کشور انجام شده که اجرایی شدن آن می تواند نقش مهمی در سنجش، شناخت، کنترل و کاهش آلاینده هایی مانند آلودگی های نفتی، شیمیایی و میکروبی و همچنین بررسی اثرات مخرب آن بر محیط زیست داشته باشد.

آلودگی یکی از مهم ترین پیامدهای ناشی از زندگی جوامع انسانی است که محیط اطراف ما را تحت تاثیر خود قرار داده و زمینه مناسبی برای تهدید زندگی انسان ها به وجود آورده است، اگر چه ممکن است مفهوم آلودگی از نظر افراد مختلف متفاوت باشد، اما به طور کلی می توان گفت هر عاملی که وجود آن در محیط زیست به نحوی در چرخه طبیعی اختلال به وجود آورد و حیات انسان، حیوان یا گیاه را در معرض تهدید قرار دهد، آلودگی به شمار می آید. آلودگی آب ها، آلودگی هوا، آلودگی صوتی، دیداری و نوری نوعی آلودگی محسوب می شوند که به نوعی متفاوت محیط زیست را تهدید می کنند. با توجه به این که آلودگی هوا و آب ها آثار جبران ناپذیری در زندگی انسان ها داشته اند بیشتر تحقیقاتی که در این زمینه انجام شده است منابع به وجود آورنده این 2 نوع آلودگی را مورد بررسی قرار داده اند و دیگر انواع آلودگی ها کمتر مورد توجه قرار گرفته، در نتیجه افراد کمتر با آن آشنایی دارند.