Transcript Slide 1
هوالحنان فناوری نانو در صنعت آب و فاضالب تهیه و تنظیم :لیال شجاعی مقدمه: • افزایش جمعیت جهان • کاهش منابع آب آشامیدني • آلودگی منابع آب ناشی ازافزایش آلودگي هاي زیست محیطي کمبود آب آشامیدنی چه باید کرد؟ زیست فناوري استفاده از فناوري هاي نوین از قبیل : نانو فناوري امکان بازیافت آب دسترسی به یک منبع مناسب برايمصارف گوناگون علم نانو عبارت است از مطالعه و پژوهش وسایل و ساختار هایي كه در كوچكترین واحد دیمانسیون() 200نانومتر یا كوچكتر وجود دارند واژه نانو از یك كلمه یوناني به معناي" كوچك یا ریز" مشتق شده است نانو به اندازه بین 1تا 100نانو متر مي گویند -اندازه ی سلول زنده معادل یك میكرون ( 1000نانومتر ) است. تفاوت فناوری نانو باسایر فناوریها تفاوت درمقیاس مواد و ساختارهایي است که در این فناوري مورد استفاده قرار مي گیرند -کوچک بودن اندازه مد نظرنیست زماني که اندازه مواد در این مقیاس قرار مي گیرند ،خصوصیات ذاتي آنها از قبیل رنگ،استحکام ،مقاومت و خوردگي و ...تغییر مي کند تفاوت به عناصر پایه آن بر مي گردد این عناصر همان عناصر نانومقیاسي هستند كه دارايخواصي متفاوت با مقیاس ماكروشان مي باشند عناصر پایه در فناوري نانو نانو ذرات:اولین و مهمترین عنصر پایه در هر سه بعد مانند نانوذرات فلزی،سرامیکی نانو لوله کربني: نانو کپسول: لوله هایي ازصفحات گرافیتی تک یا چنددیواره کپسولهایي با قطر نانو متري( فسفولیپیدها نانوکپسول طبیعی با یکسرآب گریز ویک سرآبدوست) فناوري هاي نوین درتصفیه آب وفاضالب • زیست فناوری • نانوفناوری نانوحسگرهای زیستی • نانو سنسورها • نانو فیلترها • نانو فتوکاتالیست ها • مواد نانو حفره اي • نانو ذرات تشخیص سریع و کامل آلودگي آب ویژگي نانوسنسورها • شناسایی سریع مواد خارجي و ویروس • داراي عكس العمل سریع در مقدار کم • كوچك و قابل حمل • دقیق وقابل اطمینان • مقاوم و مستحكم نانوسنسوربیوآناتیکال ):)bioanalytical biosensor نانو سنسوری است که قادر به شناسایي پاتوژن ،آلودگي ،فلزات سنگین ،مواد آلرژيزاو ویژگي هایمحیطي (روشني ،تاریكي ،گرمي ،سردي ،خشكي و تري) ميباشد. -یك ذره كوچك ویروس را قبل از تكثیر ویروس و قبل از بروز عالیم ،در گیاه و حیوان شناسایي كند. نانوفیلتراسیون امکان تولید آب نانوفیلتر شده را در مقیاس انبوه فراهم ميکند. آب تصفیهشده به وسیله نانوفیلتراسیون به اندازه آبمعدني تصفیهشده ارزش دارد. با استفاده از نانوفیلتر ،مواد معدني الزم براي سالمت انسان در آب باقي مانده و مواد سمي و مضر ،از آنحذف ميشود. نانوفیلتراسیون یک روش مفید بین روشهاي اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون است. اولترافیلتراسیون به دلیل باالتر بودن مقدارآالیندههاي معدني و قلیایي نسبت به حد مجاز داراي نقایصي است. -روش اسمز معکوس به دلیل تولید خلوص بیش از حد محصول و باال بودن قیمت کاربرد کمتری دارد . الیه نازک و متراکم عمل جداسازی 2الیه اند: الیه محافظ حفاظت در برابر فشار سیستم غشاهاي نانوفیلتراسیون 2نوع اند: باردار :حذف به دلیل بر هم کنش هاي الکتروستاتیک بین سطح غشا و گونه هاي باردارمثال :ترکیبات یونی غیرباردار :حذف مولکولهای بدون بار بر پایه غربالسازی مثال: مولکولهای آلی مزایای نانوفیلترها • هزینه حمل و نقل و دفع آن کمتر است • به کمک تجهیزات خاص،غشاء ها به طور خودکار تمیز مي شود. • هزینه انرژي به مراتب از اسمز معکوس کمتر مي باشد • دارای قدرت انتخاب گري در حذف یون می باشد کاربرد نانو فیلترها • حذف محصوالت جانبي حاصل از واکنش گندزدا با ترکیبات آلي آب از جمله هالومتان ها • حذف آفت کش ها از جمله آترازین ،سیمازین ،دیورن و ایزوپرتورن • حذف کاتیون ها و سختي • حذف کروم) ، (VIاورانیم ،آرسنیک • حذف ترکیبات آلي فرار مانند مشتقات کلردار آلي سبک مانند کلروفرم ،تري کلرواتیلن وتتراکلرواتیلن • حذف آنیون ها • حذف پاتوژن ها • حذف ویروس هایي به اندازه 25نانومتربخوبي عوامل بیماري زاي بزرگتر مانند باکتري اي – کوالي نانوفتوكاتالیست مادهاي است كه در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز یك واكنش شیمیایي شود خود ماده،دست خوش هیچ تغییري نمیشود . مستقیما ً در واكنشهاي اكسایش و كاهش دخالت ندارند و فقط شرایط موردنیاز براي انجام واكنشها رافراهم ميكنند (TIO2تیتانیم دي اكسید) نانوفتوكاتالیست ایده ال • استفاده بصورت زیرالیه هاي مناسب در شیشه و یا تركیبات سیلیسي • قرار گرفتن در حوضچههاي مخصوص تحت تابش نور ماوراء بنفش مریی را جذب نميكند استثناء :نور ِ نحوه حذف آالینده ها توسط :Tio2 آلكانها ،آلكنها ،آلكینها ،اترها ،آلدئیدها ،الكلها، تبدیل به آب و دياكسید كربن تركیبات آمیني ،تركیبات سیانیدي ،استرها و تركیبات آمیدي ویژگی نانومواد • دارای سطوح بسیار وسیع تري در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگ • قادر به بر هم کنش با گروه هاي شیمیایي مختلف به منظور افزایش میل ترکیبي آنها با ترکیبات ویژه • به عنوان لیگندهاي قابل بازیافت با ظرفیت و عملکرد انتخابي بسیار باال براي یون هاي فلزي ،حالل هاي آلي و معدني نانو مواد حفره اي زیر مجموعه مواد نانو ساختار می باشد -دارای شکل ساختماني ،خواص حجمي و سطح منحصر به فرد بوده در زمینه هاي مختلف کاربرد دارد کاربرد نانوموادحفره ای • فرایندهاي تعویض یوني • جداسازي • کاربردهاي کاتالیستي • ساخت حسگرها • ایزوالسیون ملکول هاي زیستي • خالص سازي تقسیم بندی مواد نانو حفره اي براساس اندازه قطر منافذ به سه دسته تقسیم میشوند: • میکروپور: داراي حفره هایی به قطر کمتر از 2نانومتر • مزوپور: داراي حفره هاي به قطر بین 2تا 50نانومتر • ماکروپور :داراي حفره هایي با قطر بیشتر از 50نانومتر فاکتورهای تعیین کننده نوع کاربرد ماده نانوحفره ای • جنس ماده (آلی یا معدنی،سرامیک یا فلز) • شکل حفره ها • اندازه حفره ها • توزیع حفره ها • ترکیب حفره ها انواع مواد نانو حفره ای • کربن هاي نانوحفره اي •زئولیت هاي نانوحفره اي • پلیمرهاي نانوحفره ای(نانوپروس پلیمر) کاربردکربن هاي نانوحفره اي • جذب گازهاي آالینده • بصورت بسته هاي کاتالیستي • فیلترهاي تصفیه آب • مخزن نگهداري گاز کاربرد زئولیت هاي نانوحفره اي • تصفیه آب شرب و پساب هاي صنعتي • حذف یون هاي فلزات سنگین کاربرد پلیمرهاي نانوحفره اي • جاذب(کاربرد عمده) • جداسازي ملکول هاي آلي خاص از سیستم هاي بیولوژیکي • حذف آلودگي هاي ناشي از ترکیبات آلي نظیر فنل ها نانو ذرات اولین و مهمترین عنصر پایه در هر سه بعد میباشند مانند نانوذرات فلزی وسرامیکی کاربرد نانو ذرات • حذف آرسنیک با نانو ذرات سریم • حذف آرسنیک با نانو ذرات اکسید آهن • حذف کروم با نانو ذرات آهن • حذف مس ،کبالت و نیکل با نانو ذرات آهن • حذف ترکیبات آلي با نانو ذرات آهن • حذف آالینده ها با نانو ذرات آهن در محل • کاهش نیترات با نانوذرات دوفلزي پاالدیم -مس • گندزدایي آب با نانو ذرات نقره تصفیه آب به کمک نانوذرات نانوذرات النتانیوم جذب فسفات وجلوگیری از رشد جلبکها(کاربرد در حوضچهها و استخرهاي شنا) نانوپودرها پاکسازي خاک هاي آلوده و آب هاي زیرزمیني نانوذرات آهن نانوبلورهاي مغناطیسي اکسید کردن ودرهم شکستن ترکیبات آلوده(تريکلرواتیلن ،تتراکلرید کربن ،دیوکسینها) وتبدیل آنها به ترکیبات کربنی بادرجه سمیت پایین جاذب ارسنیک (آالینده بسیارسمی که مصرف آن سبب ایجاد سرطان مثانه وروده میشود) خصوصا ً در pHپایین بوده وخاصیت جذبي غیر قابل بازگشت این ذرات مخزن مناسبی براي جمع آوري آالینده ها فراهم مي کند تصفیه پسابهاي صنعتي مواد موجود در پسابهای صنعتی: • مواد نامحلول روغني شامل روغنها و گریس ها حذف توسط میکروفیلتراسیون • اکسیژن بیوشیمیایي و مواد فعال شیمیایی(درپسابهاي صنعتي صنایع شوینده) نانوفیلتراسیون حذف توسط تصفیه فاضالب به روش لجن فعال تصفیه اولیه -1آشغالگیری -2ته نشینی -3شناورسازی -4خنثی سازی و متعادلسازی تصفیه ثانویه -1روش لجن فعال -2هوادهی ممتد -3الگونهای هوادهی -4استخرهای متعادلسازی -5تصفیه بی هوازی تصفیه نهایی -1گندزدایی -2کاهش BOD -3حذف یا کاهش رنگ و بوی پساب -4اکسایش یونهای فلزی -5اکسایش سیانیدها به مواد بی ضرر استفاده از کلر درتصفیه فاضالب -در آخرین مرحله تصفیه به عنوان ماده ضدعفونيکننده استفاده میشود -قادر به حذف موجودات زنده بسیار ریزمیباشد معایب استفاده ازکلر درتصفیه فاضالب •واکنش با آالیندههاي ارگانیک وایجاد محصوالت جانبي تجزیه ناپذیر و سمي • انتقال این مواد به محیطزیست و استفاده از آنها در کشاورزي و دیگر صنایع وایجاد مشکالت بهداشتي • بجا ماندن ترکیبات ارگانیک زیادي در آب حتی پس ازکلریناسیون هدف ازتصفیه فاضالب بااستفاده ازفناوری نانو تصفیه فاضالبها بدون استفاده از مواد شیمیایي گران قیمتحذف سومین مرحله تصفیه یعني ضدعفوني با کلرواستفاده ازنانوکاتالیزورنوری-حذف همزمان موجودات زنده و ترکیبات آلي -تبدیل فاضالب به یک منبع آب مناسب نحوه تصفیه فاضالب به کمک نانوکاتالیزورنوري پراکنده شدن ذرات کاتالیزوري به صورت همگن در محلول یا رسوب روي ساختارهاي غشایي واکنش سلول کاتالیزوري نوري با اشعه فرابنفش نور خورشید وتولید انرژی ازبین بردن موجودات زنده ریزتوسط انرژی حاصل از واکنش باال -تجزیه ترکیبات تجزیهناپذیر مزیت: به دلیل امكان استفاده مجدد بسیار مقرون به صرفه است نانوکاتالیزورهای نوری کاتالیست پاالدیم :تبدیل تری کلرو اتیلن به ماده غیرسمي اتان معایب روشی پرهزینه کاتالیستآهن :تبدیل تری کلرو اتیلن به مواد واسطه سمي مانند وینیلکلراید نانوبلورهاي تیتانیوم :باسطح ویژه باال (بیش از ) m²/g250براي حذف آروماتیکهاي آلي بکار میرود : C60با تولید رادیکال آزاد امکان تجزیه آالیندهها فراهم میشود نکته : TCEبعنوان حالل رایج در روغن زدایی ازفلزات وقطعات الکترونیکی بکار میرود ماده سمی رایج در منابع آب است دراثر تماس با بدن باعث بروزسرطان وصدمه دیدن کبد میشود هدف نوع فناوري استفاده کننده نتيجه حذف پولیوویروسها با اندازه 25نانومتر از آب نانوفیلترهاي مبتني بر نانولوله کربني حذف آالیندههاي میکرو و نانومقیاس از آب دانشگاه باناراس ()Banars نانو غشا شیرینسازي آب مؤسسه فناوري تولید آب شیرین نیوجرسي نانوفیلتر تصفیه آب شرکت Argonide از بین بردن ویروسها، باکتريها و کیستها نانوذرات النتانیم حذف فسفات از محیطهاي آبي شرکت Altairnano جلوگیري از رشد جلبکها نانو پودرها پاکسازي خاکهاي آلوده و آبهاي زیرزمیني دانشگاه Lehigh تبدیل ترکیبات آلوده اي مثل تري کلرواتیلن تتراکلرید کربن ،دیوکسینها و PCBبه ترکیبات با سمیت کمتر نوع فناوري هدف استفاده کننده نتیجه نانو کاتالیزورهاي تیتانیا تصفیه فاضالب دانشگاه Uni SAاسترالیا بدیل ترکیبات آلوده اي مثل تري کلرواتیلن تتراکلرید کربن، دیوکسینها و PCBبه ترکیبات با سمیت کمتر نانوذرات طال و پاالدیم حذف TCEتري کلرواتیلن مرکز CBENچندین برابر شدن کارآیي کاتالیست درمقایسه با در دانشگاه کاتالیستهاي رایج رایس نانوذرات اکسید روي تصفیه آب نانو غشا مبتني بر نانولوله کربني جداسازي گاز و مایع ،تصفیه آب آزمایشگاه ملي Lawrence Livermore دانشگاه ایالتي اُکالهاما جداسازي آرسنیک امکان استفاده در دماي باال ،امکان عبور شدت جریان باال از حفرهها نانوفیلترهاي مبتني بر نانولوله کربن تصفیه آب شرکت سِ لدون ( )Seldon حذف آلودگيهاي میکروبي سرامیکهاي نانو حفرهاي جیوهزدایي از آب ،تصفیه فاضالب آزمایشگاه ملي پاسیفیک نورث وست حذف جیوه ،انتخابگري و ظرفیت جذب باال ،سینتیک جذب مناسب باتشکر لیال شجاعی فوق لیسانس شیمی آلی