نانو

«نانوتكنولوژي» چگونه مي تواند در رفع آلودگي ها بهتر از روشهاي رايج كنوني عمل كند ؟

 

در حال حاضر،‌ روش هاي تصفيه چه در فاز گاز (هوا) ، چه در فاز مايع (آّب) و چه در فاز جامد (خاك) شامل سه دسته اصلي مي شود كه مي توانند به صورت منفرد و يا تركيبي مورد استفاده قرار گيرند:

1-      روش هاي شيميايي

2-      روش هاي فيزيكي

3-      روش هاي بيولوژيكي

 

بدون دخالت «نانوتكنولوژي»  در اين عرصه هر يك از اين روشها داراي محدوديت هايي است كه سبب مي شود در رفع آلودگي ها نتوان به طور كامل به آنها اعتماد كرد.

روشهاي شيميايي در برخي موارد مي توانند بسيار پر هزينه باشند و يا مواد جانبي خطرناك توليد كنند و اگر با  آلاينده خطرناكي روبرو باشيم كه غلظت مجاز آن در حد ppm  يا ppb  باشد در اين صورت وضعيت از اين هم     وخيم تر مي شود زيرا علاوه بر هزينه بسيار، كندي سرعت واكنش، لزوم ساخت راكتور هاي داراي ويژگي هاي خاص و امكان باقي ماندن ماده شيميايي مورد استفاده در فرايند كه خود مي تواند خطرناك باشد نيز مزيد بر علت مي شود.

هر جه اندازه ذرات آلاينده كوچك تر مي شود هزينه لازم براي حذف فيزيكي آن نيز بيشتر مي شود. روش هاي فيزيكي اغلب قادر نيستند تا آلاينده هايي با اندازه هاي بسيار ريز را از محيط خارج كنند.

روشهاي بيولوژيكي اگرچه روش هايي بسيار ارزان هستند و به همين علت با اقبال بسياري روبرو شده اند اما اين روش ها قادر نيستند هر نوع آلاينده اي را حذف كنند و يا با سرعت مطلوب و راندمان مورد نظر اين كار را انجام دهند، علاوه بر اينها،‌ بازدهي اين فرايندها به شدت وابسته به شرايط محيطي و آب و هوايي است و كنترل شرايط براي آنها گاهي بسيار مشكل مي باشد.

«نانوتكنولوژي»  داراي پتانسيل هاي خوبي براي جبران اين قبيل كاستي هاست، اين فن آوري يا به طور مستقيم وارد عرصة حذف آلاينده ها يا كمك به شناسايي و اندازه گيري آنها مي شود و يا به طور غير مستقيم با ايجاد يك تغيير مسير در فرايند آلاينده،  يا تغيير ماهيت آن سبب حذف و يا دست كم كاهش حجم آلاينده هاي حاصل از آن مي شود. در زير به بخشي از اين موارد اشاره مي كنيم:

 

نانو حسگرها :

نانو حسگرها ابزار بسيار ريزي هستند كه قادر به شناسايي و پاسخ به محرك هاي فيزيكي در مقياس نانو از قبيل محركهاي بيولوژيكي، شيميايي، جابجايي هاي بسيار جزيي،‌ نيرو، صوت، جرم، حرارت و الكترو مغناطيس مي باشند. اين حسگرها مي توانند از نوع سيليكون هاي متخلخل بوده و  براي  شناسايي واكنشهاي شيميايي و بيولوژيكي با استفاده از روشهاي طيف سنجي يا نوري به كار روند، مي توانند از نوع نانوپروب بوده و به عنوان گيرنده نوري-بيولوژيكي،      نوري-شيميايي و يا حسگر هاي تصويري فضايي به كار روند و هم مي توانند از نوع حسگر هاي الكتريكي-مكانيكي بوده و  براي اندازه گيري تغييرات جرم مواد جذب شده روي ساختار هاي رزونانسي استفاده شوند. با توجه به اين موارد دو نمونه از نانوحسگرهاي ساخته شده با خواص جالب معرفي مي شوند :

 

غبارهاي هوشمند (smart dust) :

غبار هوشمند در واقع سنسور بسيار پيشرفته اي است كه در سال 1999 در آمريكا ساخته شده است. اين     سنسور ها را مي توان نانوكامپيوتر هاي بسيار كوچك و سبكي دانست كه قادرند ساعت ها در هوا معلق مانده و داده هاي حاصل از پردازش خود روي دما، فشار، رطوبت، ميزان مواد شيميايي موجود، نور و صداي محيط اطراف خود را تا فاصله 20 كلومتري مخابره كنند و امكان پايش مستمر وضعيت آلودگي هوا را در يك منطقه خاص فراهم آورند. اين سنسورها در صورت نزديك شدن به هم قادرند يك شبكه موقت محلي ايجاد كرده و با هم تبادل اطلاعات نمايند و امكان تحليل دقيقتر وضعيت آلودگي هوا را فراهم كنند.

اندازه اين سنسور ها در حد ميلي متر مكعب است و در حجم زياد با هزينه معقولي قابل ساخت است. انرژي آنها از نور خورشيد تامين مي شود و لذا تنها در روزهاي آفتابي قابل استفاده هستند، اما كار روي آنها براي تعبية باطري با ظرفيت و حجم مناسب كه بتواند آن را در تاريكي يا هواي ابري نيز قابل استفاده نمايد همچنان ادامه دارد.

 

نانوحسگرهاي گاز :

در صنعت هميشه خطر نشت گاز هاي سمي وجود داشته است، متاسفانه حسگرهاي گازي رايج بسيار دير موفق به شناسايي اين گازها با غلظت پايين مي شوند و اين خود لزوم استفاده از حسگر هاي سريع تر و دقيق تر را ايجاب       مي كرد. در سال 2000 ميلادي نخستين نانوحسگر هاي گازي براي شناسايي ديوكسين با غلظت ppb ساخته شدند. اين حسگر گازي شامل يك نانوتيوب چند ديواره مي شود كه قادر است تا 10 به توان 34 برابر بيشتر از جاذب هايي مثل كربن فعال، ديوكسين را به خود جذب كند و آنرا شناسايي نمايد. يك سال بعد، نانوحسگرهاي گازي از همين نوع  براي شناسايي دي اكسيد گوگرد، اكسيد نيتروژن و دي اكسيد كربن نيز ساخته شدند. به طور همزمان در آمريكا هم يك نوع نانوحسگر گازي كه در آن از نانوتيوب تك لايه استفاده مي شد، ساخته شد كه قادر به تشخيص آني آمونياك و         دي اكسيد كربن در غلظت 20 ppm  بود.

 

نانوفيلتر ها :

نانو فيلتر هاي ساخته شده از نوع فيلتر هاي تحت فشار بوده و بهتر از اولترا فيلتر ها عمل مي كنند اما از بعضي جهات مانند حذف نمك طعام از آب شور ضعيف تر از اسمز معكوس عمل مي نمايند.

اين فيلتر ها با روزنه هاي بين 1 تا 10 نانومتري خود قادرند در فشار بين 5 تا 15 بار، با صرف انرژي كمتري نسبت به اسمز معكوس آب هاي زير زميني و آبهاي سطحي با مواد جامد زياد را تصفيه كنند و نمك موجود در آب شور دريا را تا 90 درصد كاهش دهند، علاوه بر اينها، قادر است انواع باكتري ها، ويروس ها، آفتكش ها، آلاينده هاي آلي و املاح كلسيم و منيزيم را به شكل موثري حذف نمايد.

 

نانوپوشش ها :

پوشش هاي داراي ساختار نانو، خواص بهتري نسبت به پوشش هاي رايج دارند، چسبندگي بسيار خوب و ايجاد خواص سطحي بسيار ويژه از اين جمله اند. نانو پوشش ها را روي سطوحي مانند فلزات، شيشه، سراميك و پلاستيك با ضخامتهاي چند ميكروني نشانده اند و به آنها خواصي نظير مقاومت در برابر خوردگي مكانيكي (سايش) و شيميايي(زنگ زدگي) ،مقاومت حرارتي،‌ درخشندگي و خود تميز شوندگي داده اند. تمامي اين عوامل سبب كاهش در ميزان مصرف مواد اوليه لازم جهت جايگزيني،‌كاهش مصرف انرژي لازم جهت توليد مواد اوليه بيشتر و نيز كاهش نياز به مصرف مواد پاك كننده كه در برخي موارد، خود آلاينده محيط زيست به حساب مي آيند مي گردد.

 

نانوپودر هاي فلزي :

هر فلزي كه مفتول شكننده اي داشته باشد مي تواند به شكل نانوپودر توليد شود. اين نانوپودرهاي فلزي از لحاظ شيميايي بسيار فعالند و خواص كاتاليزوري ويژه اي نيز مي توانند از خود  نشان دهند. ‌ مي توان آنها را در دماي     پايين تري ذوب كرد و آلياژ نمود كه همگي اينها سبب مي شود در فرايندهايي كه از اين مواد استفاده مي شود نياز به مصرف انرژي و در نتيجه آلودگي ناشي از آن كاهش يابد.

نانوپودر هاي فلزي از مسير ديگري نيز مي توانند  سبب كاهش آلودگي شوند، به عنوان مثال، ‌يك نوع نانوپودر حاوي آلومينيم مي تواند  با اضافه شدن به سوخت جامد موشك، شدت سوختن آن را تا دو برابر افزايش داده و با افزوده شدن به نفت سفيد،‌ سرعت احتراق و كيفيت و ارزش سوختي آن را بالا ببرد و به اين ترتيب سبب مي شود تا سوخت كمتري مصرف شده و آلودگي كمتري توليد شود.

 

نانوكاتاليست هاي زيست محيطي :

شايد بتوان گفت كه اولين كاربرد اين كاتاليستها كه به مرحله اجرا در مقياس انبوه رسيده است، استفاده از آن در تصفية گازهاي خروجي از اگزوز اتومبيل ها باشد. در ابتدا اين عمل تنها توسط كاتاليستهاي بر پايه پلاتين انجام مي شد. اين نوع كاتاليست كارايي خوبي را نشان مي داد اما از اين جهت كه بسيار گران قيمت بود،‌ لازم بود تا جايگزين ارزان و مناسبي براي آن در نظر گرفته شود. از اين رو كاتاليستهاي نانوساختار ارزان قيمتي توليد شد كه داراي كارايي مناسبي بودند و به همين علت به سرعت جاي خود را پيدا كردند. اين نوع كاتاليزورها كه به نامهاي TMC  و TMOC شناخته مي شوند قادرند تا اكسيد هاي نيتروژن و گوگرد حاصل از احتراق را به مواد سالم تبديل نمايند .

كاربرد ديگر نانوكاتاليست ها در تصفيه آب، هوا و حذف فلزات سنگين است. اين كاتاليست ها اغلب حاوي نانوپودرهاي دي اكسيد تيتانيوم هستند كه در مجاورت نور فرابنفش قادر است طي واكنش هاي زنجيره اي راديكالي، آلاينده هاي مورد نظر را اكسيد و تجزيه كند و به اين ترتيب خطر آلايندگي آنها را كاهش داده يا از بين ببرد.

 مهندس محمد فرامرزپور

يكي از مهم‌ترين کاربردهاي فناوري‌نانو در محيط زيست، تصفيه آلاينده‌هاي آب‌هاي زيرزميني با نانوذرات nZVI (zero-valent iron) است که بازده و راندمان قابل توجهي دارد، اما نامشخص بودن خصوصيات اساسي اين فناوري مشکلاتي در رابطه با استفاده بهينه و يا ارزيابي خطرات آن از لحاظ انساني و اکولوژيکي به وجود آورده است.

در اين مقاله به سه مورد اساسي که باعث سوء تفاهم در مورد اين فناوري مي‌شود اشاره مي شود:

1. nZVI هايي که در تصفيه آب‌هاي زيرزميني استفاده مي‌شوند بسيار بزرگتر از ذراتي هستند که تأثيرات حقيقي در اندازه نانو را نشان مي‌دهند.
2. واکنش‌پذيري بالاي اين ذرات عمدتاً نتيجه سطح ويژه بالاي آنها است.
3. تحرک nZVI تقريباً در تمامي شرايط کمتر از چندمتر است. لذا استفاده از آن در تصفيه به حداقل مي‌رسد.

به هر حال هنوز سئوالات زيادي در مورد اين فناوري وجود دارد: مثلاً اين كه چگونه nZVI به سرعت جابه‌جا خواهد شد؟ اين جابه‌جايي به سمت چه محصولاتي است؟ آيا اين مواد در محيط زيست قابل تشخيص هستند؟ و اينکه چگونه تغييرات سطح nZVI باعث تغيير طول عمر و تأثير آن روي تصفيه خواهد شد؟
کاربردهاي نويدبخش فناوري‌نانو در محيط زيست بسيار زياد است؛ اين مطلب در ”پيشرفت محيط‌زيستي“ به عنوان يکي از هشت زمينه پيشرو فناوري‌نانو که از جانب NNI تعيين شده منعکس شده است. در حقيقت، تقريباً تمام برنامه‌هاي NNI (پديده‌هاي بنيادي، مواد، روش‌ها، اندازه‌گيري و غيره) جنبه‌هاي محيطي دارند. نگراني‌هاي زيست محيطي تقريباً در تمام 11 سازمان حاضر در برنامه NNI قابل مشاهده است.
بيشتر کاربردهاي زيست محيطي فناوري‌نانو در سه مقوله جاي مي‌گيرند:

1. محصولات بي‌خطر براي محيط زيست يا محصولات با قابليت تحمل بالا مثلاً شيمي سبز؛
2. تصفيه موادي که با ذرات خطرناک آلوده شده‌اند؛
3. حسگرهايي براي ذرات محيطي.

با اينکه معمولاً اين سه مقوله در زمره موادشيميايي يا مواد نانوبيولوژيکي تلقي مي‌شود بايد توجه کرد که اين موارد مي‌تواند در مورد عوامل ميکروبي و مواد زيست‌محيطي نيز کاربرد داشته باشد. فناوري‌نانو‌ نقش مهمي در بهبود روش‌هاي کشف و پاک‌سازي عوامل زيست‌محيطي مضر دارد.
دو فناوري متعارف تصفيه كه در فناوري‌ ‌نانو نيز از آنها استفاده مي‌شود عبارتند از: جاذبه و واکنش درجا و غيردرجا. در فناوري‌ تصفيه جاذبه‌اي به كمك فرآيند جداسازي، آلاينده‌ها (به خصوص فلزات) را جدا مي‌کنند؛ در حالي که فناوري‌ واکنشي باعث تجزيه آلاينده‌هاي مي‌شود. گاهي اوقات تمام روش‌ها به سمت توليد محصولات کم ضررتر است مثلاً در مواردي که آلاينده‌ها آلي باشند محصولاتي مثل CO₂ و H₂O توليد مي‌شود.
در فناوري‌‌ درجا، پاک‌سازي آلودگي در همان محل آلودگي صورت مي‌گيرد در حالي که در فناوري‌ غير درجا، عمليات پاک‌سازي پس از انتقال مواد آلوده کننده به مکان‌ مطمئن انجام مي‌شود؛ به عنوان مثال آب‌هاي زيرزميني آلوده به سطح زمين پمپ شده و پاک‌سازي آنها در راکتورهاي واقع در سطح زمين انجام مي‌شود.
فناوري‌نانو غيردرجا
يک مثال برجسته از فناوري‌نانو براي تصفيه آلاينده‌ها از طريق جذب سطحي، تك لايه‌هاي خودآرا روي پايه ميان حفره‌اي يا SAMMS است. SAMMS‌ از طريق خود آرايي‌ يک لايه از عوامل سطحي فعال شده بر روي پايه‌هاي سراميکي ميان حفره‌اي به وجود مي‌آيد که سبب ايجاد موادي با سطح ويژه بسيار بالا (تقريباً1000 m²/g) مي‌شود. خصوصيات جذبي اين مواد را به گونه‌اي مي‌توان تنظيم كرد كه آلاينده‌هاي خاص مثل جيوه، کرومات، آرسنات، پرتکنتات، و سلنيت را جذب كند.
پليمرهاي درخت‌ساني، نوع ديگري از مواد نانوساختار هستند که پتانسيل تصفيه آلاينده‌ها را دارند. نمونه‌هاي جديد اين روش شامل اولترافيلتراسيون بهبود يافته با درخت‌سان‌ها به منظور حذف Cu⁺² از آب و حذف آلاينده‌هاي Pb⁺² از خاک است.
اين دو نوع نانوساختار جاذب كه در فرايندهاي غيردرجا استفاده مي‌شوند، مي‌توانند مواد پرخطر را در غلظت بالايي در سطح خود جمع کنند.
تجزيه آلاينده‌ها به كمك فناوري نانو بر خلاف تصفيه از طريق جذب مختص آلاينده‌هاي آلي است. روش رايج تصفيه آلاينده‌هاي آلي فوتواكسيداسيون (photooxidation) به وسيله كاتاليزورهاي نيمه‌رسانا (مثلTiO₂ ) است. قابليت فوتوکاتاليست‌هاي کوانتومي (اندازه ذره تقريباً 10 nm) مدت‌هاست كه در تجزيه آلاينده‌ها شناخته شده‌ است.
به هر حال همان‌طور که در توضيح فناوري‌هاي جاذب گفته شد فوتواکسيداسيون به وسيله نيمه‌هادي‌هاي نانوساختار يک روش غيردرجا است؛ چون به نور نياز دارد و بايد در يک راکتور که براي اين کار طراحي شده است؛ انجام شود.
فناوري‌نانو‌ درجا 

تجزيه درجاي آلاينده‌ها، بر ساير روش‌ها ارجحيت دارد؛ زيرا اين روش از نظر اقتصادي مقرون به صرفه‌تر است. البته تصفيه درجا مستلزم تداخل آلاينده‌ها با عمليات پاک‌سازي است و اين خود مانع اصلي در توسعه و بسط اين نوع فناوري‌ها است. امكان تزريق نانوذرات (واکنشي و جذبي)، در محيط‌هاي متخلخل آلوده‌ مثل خاک‌ها، رسوبات و محيط‌هاي آبي، سبب شده است تا اين روش از پتانسيل بالايي برخوردار باشد. در اين روش يکي از دو امكان زير بايد وجود داشته باشد:

 

1. ايجاد نواحي واکنشي درجا با نانوذراتي که تقريباً بي‌حرکت هستند؛
2. ايجاد توده نانوذرات واکنشي که به سمت مناطق آلوده حرکت مي‌کنند؛ البته اگر اين نانوذرات به اندازه کافي متحرک باشند. (همان گونه که درشکل (1) نشان داده شده است).

در زير بيشتر به تحرک درجاي نانوذرات مي‌پردازيم، زيرا تحرک درجاي نانوذرات معمولاً باعث ايجاد سوء تفاهم در فهم مطلب مي‌شود.
با وجود اينکه نانوذرات گوناگوني (مثل دو قطبي غيريوني، پلي‌يورتان و يا فلزات نجيبي روي پايه آلومينا) در تصفيه درجا قابل استفاده‌اند؛ اما تا به حال بيشترين توجه به نانوذرات حاوي nZVI شده است. تمايل به استفاده از nZVI براي تصفيه باعث بهبود شيمي تصفيه و يا گزينه‌هاي توسعه آن شده است.
اين امر منجر به انتقال بسيار سريع اين فناوري از مرحله آزمايشگاهي به مرحله نيمه‌صنعتي شده است. کاربردهاي تجاري nZVI در تصفيه به سرعت رايج و بازارهاي رقابتي شديدي در زمينه مواد حاوي nZVI و تأمين کنندگان خدمات آن به وجود آورده است.
برخي تصورات غلط راجع به اصول اساسي فناوري تصفيه مبتني بر nZVL کاربردهاي آن در محيط زيست وجود دارد. با اينکه اين مطالب بسيار به هم وابسته‌اند ولي ما مي‌توانيم آنها ر ا در سه گروه تقسيم کنيم: ريخت‌شناسي ذره، واکنش‌پذيري و تحرک.
در ادامه، نكات کليدي سه دسته بالا را توضيح مي‌دهيم تا بتوانيم به يك جمع‌بندي راجع به اين فناوري‌ دست يابيم و از اين طريق به پيشرفت‌هاي زيست محيطي فناوري كمك كنيم.

ويژگي‌هاي نانوذرات 
ريخت‌شناسي
تعريف‌هاي گوناگوني در مورد اندازه نانو ارائه شده است؛ اما بايد به اين نظريه اشاره کرد که اندازه نانو محدوده‌اي از اندازه مولکول‌ها و مواد است که ذرات در اين محدوده، خواص بي‌همانند يا به طور کيفي، متفاوت با ذرات بزرگ‌تر از خود دارند.

بيشتر نمونه‌هايي که اين خواص را دارند، داراي اندازه‌اي در محدوده کوچک‌تر از 10 نانومتر هستند؛ زيرا در اين محدوده، اندازه ذرات به اندازه آنها در شرايط مولکولي پايدار نزديک‌تر است.
يکي از اين مثال‌ها محدوده کوانتومي است که به اين علت به وجود مي‌آيد که با کاهش اندازه ذرات، باند گپ (bandgap) افزايش يافته، باعث به وجود آمدن برخي ويژگي‌هاي مفيد در فوتوکاتاليست‌هاي نيمه‌هادي مي‌شود كه در بخش فناوري‌هاي غيردرجا توضيح داده شد.
خصوصيات ديگري که در اندازه‌هاي زير 10 نانومتر تغيير مي‌کند سطح ويژه است که در شکل (2) نشان داده شده است.
از نظر کيفي فاکتورهاي ديگري نيز وجود دارند که در تعيين اين خصوصيات دخالت دارند، مثل نسبت اتم‌هاي سطحي به اتم‌هاي توده و قسمتي از حجم ذره که شامل ضخامت محدود لايه سطحي است (حجم سطحي).
آماده‌سازي nZVI براي استفاده در کاربردهاي تصفيه‌اي، به طور معمول در اين محدوده- بين چند ده تا چند صد نانومتر- انجام مي‌شود. علاوه بر اين، ذرات nZVI حتي تحت شرايط آزمايشگاهي هم تمايل دارند که به هم بپيوندند و متراکم شوند و در نتيجه مجموعه‌هايي توليد مي‌شود که اندازه آنها ممکن است نزديک چند ميکرون شود. اين بدان معني است که nZVI و مواد مرتبط با آن که در کاربردهاي تصفيه محيط‌زيست استفاده مي‌‌شوند، خصوصيات فوق‌العاده مورد انتظار براي نانوذرات حقيقي را از خود نشان نخواهند داد و اغلب همانند کلوئيد‌هاي محيط زيست رفتار خواهند کرد.
واکنش‌پذيري
واکنش‌پذيري زياد نانوذرات مي‌تواند نتيجه سطح ويژه بالاي نانوذرات، چگالي بيشتر نواحي واکنش‌پذير روي سطوح ذره و يا افزايش واکنش‌پذيري اين نواحي بر روي سطح باشد.
اين فاکتورها مجموع سه نتيجه واضح وکارا را در مورد nZVI در پي داشته است:

 

1. تجزيه آلاينده‌هايي که واكنش‌ چنداني با ذرات بزرگ‌تر نمي‌دهند. مانند پلي فنيل هاي کلرينه شده؛
2. تجزيه بسيار سريع‌تر آلاينده‌هايي که پيش از اين با سرعت‌هاي مناسبي با ذرات بزرگ‌تر واکنش نشان مي‌دادند، مانند اتيلن‌هاي کلرينه شده؛
3. دسترسي به محصولات مطلوب‌تر با تجزيه آلاينده‌هايي که به وسيله مواد بزرگ‌تر سريعاً تجزيه مي‌شوند؛ اما باعث به وجود آمدن محصولات فرعي نامطلوبي مثل تتراکلريدکربن مي‌شوند.

از اين سه دسته تأثيرات واکنشي، دومين دسته (تجزيه سريع‌تر آلاينده‌هاي قابل تجزيه) بيشتر مورد توجه قرار گرفته است. علت اين تأثير با اينکه يک مسئله بسيار کاربردي، بنيادي و با اهميت است کمتر شناخته شده است.

ما براي تجزيه تتراكلريد كربن به وسيله nZVI ، نسبت ثابت سرعت‌هاي نرمال شده بر حسب سطح ويژه k_sa را با ثابت سرعت‌هاي نرمال شده بر حسب جرم km مقايسه كرديم، نتايج نشان داد که ksa براي نانوذرات nZVI برابر اين پارامتر در ذرات ميلي‌متري nZVIاست؛ اما km آن بزرگ‌تر از ذرات ميلي‌متري است (شکل 3). بنابراين تجزيه سريع‌تر تتراکلريد کربن به وسيله nZVI به خاطر سطح ويژه بالاي آن است، نه به خاطر بيشتر بودن فراواني نقاط واکنش‌پذير روي سطح و يا واکنش‌پذيرتر بودن اين نقاط. اين نتيجه ممکن است در مورد ساير آلاينده‌هايي که با nZVI واکنش مي‌دهند نيز صدق کند اما اطلاعات ما در اين مورد ناکافي است.
بايد توجه داشت که اين تحليل شامل ترکيبات دوفلزي nZVI با کاتاليزرهاي فلزات نجيب مثل Pd، Ni و Cu نيست. اين مواد دو فلزي معمولاً داراي مقادير k_sa بالايي هستند، ولي اين افزايش در درجه اول نتيجه تأثير خاصيت کاتاليستي فلزات نجيب است که در مورد ذرات بزرگ‌تر نيز مشاهده مي‌شود.
اما مشكلي كه هست اين كه افزايش واکنش‌پذيري معمولاً همراه با كاهش انتخاب‌پذيري است كه موجب واکنش nZVI با مواد غيرهدف شامل اکسيژن غيرمحلول و آب‌ و در نتيجه پايين آمدن راندمان تصفيه با nZVI مي‌شود.
شكل فوق منجر به پيدايش نياز به تزريق ذرات به سيستم و درنتيجه بالا رفتن هزينه عمليات خواهد شد.
با محدود کردن مواد ناخواسته (مواد غيرهدف شامل اکسيژن و آب) به وسيله گيرنده‌هاي ارزان‌تر مي‌توان طول عمر کوتاه nZVI را مفيدتر کرد؛ البته اگر ذرات تحرک قابل ملاحظه‌اي از خود نشان دهند.
تحرك
نانوذرات در محيط‌هاي متخلخل تحرک زيادي خواهند داشت، زيرا اندازه آنها از اندازه سوراخ‌هاي محيط‌هاي متخلخل بسيار کوچک‌تر است اما اينکه ما فرض کنيم علت تحرک نانوذرت تنها اين مطلب است بسيار ساده انگاري است. معمولاً تحرک نانوذرات را در محيط‌هاي متخلخل اشباع، دو فاکتور تعيين مي‌كند: تعداد برخوردهاي نانوذرات با محيط متخلخل به ازاي واحد جابه‌جايي؛ و ضريب چسبندگي (احتمال اينکه هر برخورد، منجر به حذف ذره از جريان شود). برخورد ممکن است در نتيجه سه عامل رخ دهد: حرکت براوني، بازدارنده‌ها (عواملي که مانعي از حرکت نانوذره مي‌شوند) و رسوب‌گذاري گرانشي.

نانوذرات در محيط‌هاي متخلخل اغلب حركت براوني دارند. براي ذرات بزرگتر از 400 نانومتر با چگالي بالا‌ (مثلاً 7.68 g/cm² براي ذرات آهن خالص) تأثير جاذبه مي‌تواند بسيار مهم باشد. با استفاده از روش بازده single-Collector که به وسيله Tufenkji و Elimelech ارائه شده و تئوري فيلتراسيون deep-bed، اين امکان وجود دارد که بتوان فاصله جابه‌جايي را كه در آن، 99 درصد حذف نانوذرات به عنوان تابعي از خواص سطحي و ضريب چسبندگي صورت مي‌گيرد، محاسبه كرد.
شکل (4) نشان مي‌دهد که محدوده فاصله جابه‌جايي در شرايط سطحي متعارف، از چند ميلي‌متر تا چند ده متر متناسب با ضريب چسبندگي است.
ضريب چسبندگي گزارش شده براي nZVI معمولي در انواع محيط‌هاي متخلخل، بين 0.14 تا يك است؛ اين به معني فاصله جابه‌جايي چند سانتي‌متر در محيط‌هاي متخلخل در شرايط آب‌هاي زيرزميني است (شکل4). اين امر موجب ايجاد علاقه قابل ملاحظه‌اي براي تغيير سطح نانوذرات در جهت افزايش فاصله جابه‌جايي شده است.

بدين ترتيب ضرايب چسبندگي کوچک‌تري براي اين گونه نانوذرات و ساير نانوذرات گزارش شده است (0.001 براي نانوذرات Fe كه سطح آنها بهبود يافته است و 0.0001 براي نانوذراتي که پايه کربني دارند). اما حتي اين ضرايب چسبندگي کوچک هم به طور قطعي باعث تحرک بيشتر (بيش از چندمتر) نانوذرات در آب‌هاي زيرزميني نمي‌شود، به جز در آب‌هاي زيرزميني با سرعت حركت خيلي زياد.
خطرات
مباحث فوق در مورد ريخت‌شناسي، واکنش‌پذيري و تحرک نانوذرات در زمينه تصفيه ‌محيط زيست نشان مي‌دهد که دانش ما در مورد فرآيندهاي پايه در اين فناوري هنوز ناکافي است. به علاوه، خطرات احتمالي اين فناوري براي سلامت انسان و محيط‌زيست، انجام اين روش در مقياس انبوه را با مشكل مواجه كرده است. مخصوصاً با توجه به کاربردهاي درجاي nZVI (يا مواد وابسته) براي تصفيه محيط‌هاي متخلخل، هنوز تحقيقات مستقيم و قابل ملاحظه‌اي که خطرات آن را مورد توجه قرار دهد انجام نشده است. برخي گروه‌ها حالت احتياطي (پيشگرانه) را پذيرفته‌اند و کاربردهاي درجاي نانوذرات براي تصفيه را ممنوع کرده‌اند در حالي که برخي گروه‌ها آن را توصيه کرده‌اند. در واقع تحقيقات در اين زمينه بايد به طور موازي صورت گيرد.
اين معما که چگونه مي‌توان از نانوذرات براي تصفيه استفاده کرد بايد به زودي و با استفاده از نتايج تحقيقات در حال انجام، قابل حل و دسترسي باشد. مهم‌ترين اين خطرات استنشاق ذرات‌ريزي است که از طريق هوا جابه‌جا مي‌شوند.
به هر حال هم‌اکنون ما مي‌توانيم نتيجه بگيريم با اينکه nZVI و مواد مرتبط با آن، در کاربردهاي تصفيه‌اي درجا استفاده مي‌شوند، از مواد ويژه‌اي که در دسترس ما هستند کوچک‌تر، واکنش‌پذيرتر، مقاوم‌تر و متحرک‌تر بوده و در عين حال احتمال خطرزايي براي انسان و محيط زيست را دارا هستند.

در سال های اخير گزارش هايی به گوش می رسد که نانوفناوری در حال دگرگون کردن دانش بشر است. هزينه های پژوهش و توسعه، به سوی توسعه ی نانوفناوری سرازير شده اند. پتانسيل گسترده اين شاخه از دانش، خودروسازان بزرگ دنيا را به سمت آغاز برنامه های پژوهش و توسعه در زمينه فناوری نانو سوق داده که اين فعاليت ها اغلب با همکاری دانشگاه ها و صنايع ديگر همراه است.
در ادامه به معرفی کوتاهی از نمونه های کاربرد فناوری نانو در صنعت خودرو می پردازيم:

• نانوکامپوزيت ها
مواد کامپوزیتی مواد مهندسی ای هستند که از دو یا چند جزء تشکیل شده اند به گونه ای که این مواد مجزا و در مقیاس ماکروسکوپی قابل تشخیص هستند. کامپوزیت از دو قسمت اصلی ماتریکس(زمينه) و تقویت کننده(پرکننده) تشکیل شده است. ماتریکس با احاطه کردن تقویت کننده آن را در محل نسبی خودش نگه می دارد و تقویت کننده موجب بهبود خواص مکانیکی ساختار میگردد.
يکی از گسترده ترين کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودرو تا کنون ساخت نانو کامپوزيت ها بوده است. از آنجا که در نانوکامپوزيت ها، ذرات بسيار ريز (نانوذرات)، استحکام و دوام رزين را بسيار بالا می برند، جايگزين مواد مرسوم مانند ميکا و تالک شده اند. اما علاوه بر ويژگی های فيزيکی بهتر، اين کامپوزيت ها دارای دو برتری ديگر نيز می باشند:
نخست اينکه نانوذرات با ايجاد ماتريکس (زمينه) يکنواخت و هموار به طور قابل توجهی زيبايی بيشتر را فراهم می کنند و بنابراين نانو کامپوزيت ها سطح زيبا تر و رنگ های شفاف تری دارند.
همچنين نانوکامپوزيت ها به دليل نياز به مواد تقویت کننده ی کمتر، تا حدود بيست درصد نسبت به کامپوزيت های رايج سبک ترند.

• اثر نيلوفری و کاربرد آن در ساخت سطوح خود تميز شونده
يکی از شناخته شده ترين مزيت های فناوری نانو اثر نيلوفری ست که سطوح خود تميز شونده را امکان پذير می سازد. به سبب ساختار بسيار صاف و يکنواخت سطح گل نيلوفر، قطرات آب و گرد غبار از روی گلبرگ ها می لغزند بی آنکه اثری روی آنها به جای گذارند.
بنابراين اگر سطوح اجسام دارای ساختار بسيار صاف و صيقلی (در مقياس نانو) باشند، ذرات آلودگی و همچنين آب روی آنها باقی نخواهد ماند.
رنگ ها و پوشش های سقف خودرو که اين اصل طبيعی را به کار می برند امروزه در بازار موجود می باشند. ساختار نانويي اين سطوح، از جمع شدن ذرات آلودگی و قطرات بسيار ريز آب نيز جلوگيری می کند. همچنين رينگ های خود تميز شونده نيز با استفاده از اين ويژگی در حال توليد هستند.
همچنين پوشش نانويی در حال توليد است که با اضافه کردن آن به سطح شيشه خودرو (برای مثال به روش اسپری کردن)، فرورفتگی های بسيار ريز سطح شيشه را پر کرده و سطح صاف و بدون پستی و بلندی ايجاد می کند و در نتيجه قطرات ريز آب و گرد و غبار روی شيشه باقی نمی ماند و بنابراين موجب افزايش ديد راننده، استهلاک کمتر برف پاکن ها و نياز کمتر به شستشوی شيشه و همچنين بهبود ديد در شب در نتيجه کاهش انعکاس مضر نور می شود.
در تصوير زير چگونگی اين فرآيند نشان داده شده است.

• شيشه های نوين با توانايی بازتاب پرتو فروسرخ
نمونه ای ديگر از کاربرد های نانوفناوری در صنعت شيشه خودرو، شيشه هايی با قابليت بازتاب پرتو فروسرخ نور خورشيد می باشد. به اين گونه که يک لايه بسيار نازک از نانوذرات بين دو لايه ی شيشه قرار گرفته اند که وظيفه آنها بازتاباندن پرتو فرو سرخ نور خورشيد و در نتيجه جلوگيری از گرم شدن زياد داخل خودرو می باشد.

• مبدل های کاتاليستی
همانطور که می دانید اگر احتراق به طور کامل و ايده آل رخ دهد خروجیهای حاصل از آن، آب، نیتروژن (N2) و دی اکسید کربن (CO2) می باشد و اگر احتراق در شرایط ايده آل رخ ندهد مثلا برای احتراق هوای مناسب وجود نداشته و.... در اینصورت خروجیهای حاصل از احتراق، گازهای زیان آوری همچون مونو اکسید کربن (CO)، گروه گازهای (NOx) و هیدروکربنهای نسوخته (CH) می باشند. وظيفه مبدل کاتاليستی که در مسير گازهای خروجی از موتور قرار می گيرد اين است که گازهای فوق را به گازهای بی خطر تبدیل کند.

يکی از ويژگی های نانوذرات که در توليد مبدل های کاتاليستی استفاده شده چنين است: سطح تماس ذرات با کاهش اندازه آنها و افزايش تعدادشان (به طوری که جرم کلی مجموعه ثابت بماند) افزايش می يابد. يک دسته از واکنش های شيميايی روی سطح کاتاليست ها رخ می دهند و بنابراين سطح تماس بيشتر، کاتاليست فعال تری را موجب می شود. از اين رو به کارگيری نانوذرات در مبدل های کاتاليستی منجر به توليد مبدل های موثر تر خواهد شد.

افزایش مشکل دی اکسید کربن در هوا یکی از مشکلات اساسی در سطح جهان است. اميد مي رود كه با استفاده از كشف منابع جديد روزي برسد كه از مصرف سوخت هاي فسيلي بي نياز شويم و در هوايي عاري از دي اكسيد كربن و انواع آلودگي ها تنفس كنيم. فناوري نانو از جمله فناوريهايي است كه به كمك حل اين مسئله آمده است و اين امكان را به وجود آورده است تا به سوي ساخت انرژيي ارزان تر و پاكيزه تر از سوخت هاي فسيلي نزديك شويم.

محققان در دانشگاه ملي اوك ريج موفق به ساخت نانوكريستالي شده اند كه ما را در داشتن هوايي پاك تر كمك مي كنند. نانوكريستال درست مانند يك كاتاليزور عمل مي كند، هنگامي كه دي اكسيد كربن هوا بر روي اين نانوكريستال كه داراي كادميوم، سيلينيوم و ايديوم است مي نشيند، يك الكترون به دي اكسيد كربن مي دهد تا در مجاورت ساير اجزاي دود واكنش نشان دهد و بي ضرر شود. اگر فيلترهاي متشكل از اين نانوكريستال ها را بتوان با قيمت مناسب تري ساخت و آنها را در دودكش ها نصب كرد مي توان تا حد زيادي از انتشار و خروج دي اكسيد كربن در هوا جلوگيري كرد.
ذره معلق مضرر ديگري كه دانشمندان اميدوارند تا با استفاده از نانوكريستال بتوانند آنرا خنثي و يا از بين ببرند، بخار جيوه است. تجهيزاتي كه با زغال سنگ كار مي كنند از مهمترين عوامل توليد بخار جيوه و انتشار آن در هوا هستند. يك روش جلوگيري از انتشار جيوه، استفاده از نانوكريستال هاي اكسيد تيتانيوم است كه بخار جيوه را مي توانند به اكسيد جيوه جامد تبديل نمايند.
اگر تاكنون در ترافيك در مجاورت اگزوز و يا دود اتوبوس و يا يك كاميون قرار گرفته باشيد حتما اكسيد نيتروژن را استشمام كرده ايد. موتورهاي ديزلي (گازوئيل سوز) از جمله مهمترين منابع آلوده كننده هوا با اكسيدهاي نيتروژن مي باشند.

شركت بيوفرندلي با كمك آژانس حفاظت محيط زيست و دريافت كمك مالي از ايالت تگزاس، موفق به ساخت نانوكريستالي شده است كه با افزودن آن به گازوئيل مي تواند از توليد اكسيد نيتروژن جلوگيري كند و سبب شود تا سوخت كامل بسوزد.
تصور نكنيد كه صنايع توليد تميز مانند صنايع توليد تراشه هاي كامپيوتري به عنوان آلوده كننده هاي محيط زيست به شمار نمي آيند بلكه برعكس اين صنايع به علت استفاده از مواد شيميايي آلي در فرايندهاي توليد منشا توليد بخارات آلي هستند كه خود مضرر مي باشند. محققان آزمايشگاه ملي شمال غربي اقيانوس آرام در حال بررسي نانوموادي هستند كه با استفاده از آن در فيلترها مي توانند از انتشار بخارات آلي اين دسته از كارخانجات جلوگيري كنند.

شايد در آينده نه چندان دور ديگر چيزي در خصوص ميزان آلودگي هاي هوا در اخبار روزانه نشنويم تا با خيالي آسوده بتوانيم در هوايي پاك تنفس كنيم.

كاهش گازهاي گلخانه‌اي با استفاده از فناوري نانو

نتايج يك مطالعه كه در انگلستان انجام شده است، نشان مي‌دهد كه فناوري‌نانو مي‌تواند استفاده از منابع انرژي تجديدناپذير و انتشار گازهاي گلخانه‌اي را كاهش دهد.

به گزارش پايگاه اينترنتي فناوري نانو، اين مطالعه توسط سازمان "دفرا" (‪ (Defra‬كه سازماني در زمينه امور كشاورزي، غذا و محيط زيست انجام شده است.

در اين مطالعه كاربردهاي فناوري‌نانو در زمينه‌هايي از قبيل افزودني‌هاي سوخت، پيل‌هاي خورشيدي (فوتوولتائيك)، اقتصاد هيدروژني و ذخيره الكتريسيته مورد بررسي قرار گرفته است.

اين بررسي‌ها نشان مي‌دهد كه فناوري‌نانو مي‌تواند انتشار گازهاي گلخانه‌اي را تا بيش از ‪ %۲‬در حال حاضر و بيش ‪ %۲۰‬تا سال ‪ ۲۰۵۰‬كاهش دهد.

همچنين افزودني‌هاي نانو ذره‌اي نشان داده‌اند كه مي‌توانند راندمان سوخت موتورهاي ديزلي را تا تقريبا ‪ %۵‬افزايش دهند، در نتيجه انتشار ‪ CO2‬در انگلستان ‪ ۲‬تا ‪ ۳‬ميليون تن در سال كاهش مي‌يابد. اين موضوع مي‌تواند فورا در نيروگاه‌هاي ديزلي انگلستان اجرا شود.

هر چند ابتدا بايد نگراني‌ها مرتبط با سلامتي ناشي از تماس با نانوذرات آزاد در گازهاي خروجي ديزلي، رفع شود.

براي اين منظور توصيه‌هايي شده است كه عبارتند از آزمايش‌هاي سميت شناسي جامع و آزمايش‌هاي عملكرد مستقل كمك‌كننده براي نشان داده سود محيطي آن.

از سوي ديگر قيمت بالاي پيل‌هاي خورشيدي مانع استفاده از آنها براي توليد انرژي از منابع تجديدپذير مي‌شود.

اما فناوري‌نانو مي‌تواند باعث كاهش قابل توجه هزينه توليد پيل‌هاي خورشيدي شود.

اگر يك شبكه توليد برق از انرژي خورشيدي، بتواند ‪ %۱‬كل نيازهاي برق را توليد كند، انتشار گاز گلخانه‌اي ‪ CO2‬مثلا در انگلستان سالانه تقريبا ‪۱/۵‬ تن كاهش مي‌يابد.

وسايل نقليه مبتني بر سوخت هيدروژني مي‌توانند انتشار همه آلاينده‌هاي مضر را از وسايل نقليه حذف كنند.

يكي از مشكلات اصلي اقتصاد مبتني بر هيدروژن، ذخيره هيدروژن است كه فناوري‌نانو مي‌تواند كمك زيادي براي رفع اين مشكل بكند، نانوساختارهايي از قبيل نانولوله‌هاي كربني، فولرين‌ها و غيره، توان بالقوه‌اي در ذخيره‌سازي هيدروژن دارند.

همچنين فناوري‌نانو در پيل سوختي كه در آن انرژي ناشي از سوخت هيدروژن به برق تبديل مي‌شود كاربرد دارد، مثلا نانوكاتاليست‌ها مي‌توانند عملكرد آنها را بهبود دهند.

اگر هيدروژن به عنوان منبع انرژي استفاده شود، انتشار گاز گلخانه‌اي ‪ CO2‬كه در انگلستان سالانه ‪ ۱۳۲‬ميليون تن است، به طور كامل حذف مي‌شود.

ارسال : بیتا شاه کرمی

در امر فناوری نانو ابزار و تجهیزات نقش مهمی را ایفا می کنند چرا که بدون ابزار مسلما فعالیت در حوزه نانو امری غیرممکن است. در گذشته به علت ضعف فناوری و نیز نبودن وسایل اندازه گیری و آنالیز بسیاری از محققان حتی نمی دانستند که تحقیقی که انجام می دهند در حوزه فناوری نانو است. مثالی از این مورد را می توان در شیشه های رنگی کلیسا ها پیدا کرد که مربوط به چند صد سال قبل است و امروزه محققان با کمک ابزارهای بررسی و آنالیز به این امر پی برده اند که در ساخت این شیشه ها فناوری نانو بکار رفته است.
در این سری از مقالات سعی می شود تا تجهیزات و ابزارهای مورد استفاده در این فناوری برای محققان و علاقمندان به تحقیق در این حوزه معرفی شود. در این مقاله به معرفی میکروسکوپ پیمایشگر تونلی می‌پردازیم که جدیدا توسط آقای دکتر صابر در مرکز تحقیقات علوم و تکنولوژی در پزشکی ساخته و ارائه شده است.

شکل 1) نمایی از NAMA-STM ساخته شود توسط محقق ایرانی

میکروسکوپ پیمایشگر تونلی (Scanning Tunneling Microscopy) که به طور اختصار به آن STM گفته می شود برای بررسی و تصویربرداری از سطوح صلب و فلزی که الکتریسیته را عبور می دهند بکار می رود. این میکروسکوپ نتیجه تحقیقات Russell Young و همکارانش در فاصله 1965-1971 در مرکز تحقیقات ملی است.
در این میکروسکوپ از نوعی جریان الکتریسیته (جریان تونلی) استفاده می شود که علت نامگذاری آن است. زمانی که نوک میکروسکوپ در مجاورت سطح رسانا و در فاصله یک نانومتری آن حرکت می‌کند جریان برقرار می شود (شکل 2).

شکل 2) نوک قلم STM آنقدر تیز و باریک است که به راحتی در بین اتم ها بالا و پایین می رود

نوک قلم بر روی یک تیوب فیزوالکتریک قرار دارد. زمانی که ولتاژ به الکترودهای متصل به این تیوب داده می شود با اندک تنظیماتی می توان جریان ثابت تونلی ایجاد کرد و در هنگام اسکن، نوک را در فاصله ثابتی از نمونه سطح قرار داد. حرکت تیوب فیزوالکتریک ثبت می شود و به صورت یک تصویر به نمایش در می آید. با استفاده از میکروسکوپ پیمایشگر تونلی می توان اتمهای منفرد روی سطح نمونه را به صورت سه بعدی مشاهده کرد. از این تکنیک برای اجسامی مانند مواد رسانا و مولکول های DNA استفاده می شود (شکل3).

شکل 3) نمای شماتیک از نحوه کارکرد STM

مزیت این نوع تصویربرداری این است که نیاز نیست با کار در خلاء انجام شود (در اکثر موارد از خلاء برای جلوگیری از آلوده شده نمونه استفاده می شود) بلکه می توان از آن برای آنالیز اجسام در هوا یا مایعات نیز استفاده کرد. شکل 4 نمایی از سطح فلز مس را نشان می دهد که توسط M. F. Crommie, C. P. Lutz, and D. M. Eigler در مرکز تحقیقات IBM گرفته شده است. این محققان توانستند با وضعیت دهی به اتمها از نمونه تصویربرداری کردند.

شکل 4) تصویر گرفته شده از سطح نمونه مس در IBM

منابع:
1. کتاب فناوری نانو در علوم پزشکی و مهندسی
2. www.umsl.edu/~fraundorfp/stm97x.html
3. www.physnet.uni-hamburg.de/home/vms/pascal/stm.htm
4. http://nobelprize.org/educational_games/physics/microscopes/scanning/index.html

توانايي بازيافت آب، امکان دسترسي به يک منبع مناسب براي مصارف گوناگون را ايجاد مي‌کند. با به کارگيري فناوري‌هاي الکتريکي و مکانيکي به ‌سادگي مي‌‌توان آب آلوده را براي استفاده در کشاورزي و يا حتي براي مصارف خانگي بازيافت نمود. بدين‌ترتيب فيلترنمودن آب با فيلترهاي نانومتري، تحولي عظيم در بازيافت و استفاده مجدد از آب‌هاي صنعتي و کشاورزي ايجاد مي‌کند. فيلترهاي فيزيکي با منافذي در حد نانومتر مي‌توانند باکتري‌ها، ويروس‌ها و حتي واحدهاي کوچک پروتئين را صددرصد غربال کنند. با جداساز‌هاي الکتريکي که يون‌ها را به وسيله صفحات ابرخازن جذب مي‌کند مي‌توان نمک‌ها و مواد سنگين را جذب کرد. بررسي‌ فعاليت‌هاي مختلف دنيا، شامل برنامه‌هاي در دست اجرا و برنامه‌هاي آتي مراکز صنعتي و پژوهشي، نشان مي‌دهد که حوزه تصفيه يکي از حوزه‌هاي کاربرد فناوري‌نانو در صنعت آب است؛ و با بهره‌گيري از آن، هزينه‌هاي تصفيه آب به ميزان زيادي کاهش خواهد يافت.
دو زمينه اصلي در اين عرصه عبارتند از:
فيلترهاي نانومتري به منظور افزايش بازيابي آب در سيستم‌هاي موجود؛
نانوحسگرهاي زيستي به منظور تشخيص سريع و کامل آلودگي‌هاي آب.
در اين مقاله به بررسي تعدادي از کاربردهاي فناوري‌نانو در صنعت آب مي‌پردازيم.
نانوفيلتراسيون 
فناوري‌هاي جديد، امکان توليد آب نانوفيلتر شده را در مقياس انبوه فراهم مي‌کند. آب تصفيه‌شده به وسيله نانوفيلتراسيون به اندازه آب‌معدني تصفيه‌شده ارزش دارد. با استفاده از نانوفيلتر، مواد معدني لازم براي سلامت انسان در آب باقي مانده و مواد سمي و مضر، از آن حذف مي‌شود. نانوفيلتراسيون يک روش مفيد بين روش‌هاي اسمز معکوس و اولترافيلتراسيون است. اولترافيلتراسيون به دليل بالاتر بودن مقدار آلاينده‌هاي معدني و قليايي نسبت به حد مجاز و روش اسمز معکوس به دليل توليد خلوص بيش از حد محصول و بالا بودن قيمت داراي نقايصي هستند.
دانشمندان دانشگاه باناراس (Banaras) روش ساده‌اي براي توليد فيلترها با استفاده از نانولوله‌هاي کربني توسعه داده‌اند که قادر به حذف مؤثر آلاينده‌هاي ميکرو‌ و نانومقياس از آب و نيز حذف هيدروکربن‌هاي سنگين از نفت خام است. استفاده از نانولوله‌هاي کربني در ساخت فيلترها سبب سهولت در تميز کردن، افزايش استحکام، قابليت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما مي‌شود. اين فيلترها داراي دقت بسيار مناسبي در کاربردهاي مختلف هستند، به عنوان مثال قادرند پوليوويروس‌هايي با اندازه 25 نانومتر را به خوبي پاتوژن‌هاي بزرگ‌تري مانندE. Coil و باکتري‌هاي استافيلوکوک، از آب حذف نمايند. نانوفيلتراسيون داراي مزايايي مانند قيمت پايين، و کنترل مقدار کاهش آلاينده‌ها در آب تصفيه شده است.
شرکت آرگونايد (argonide) در حال استفاده از نانوفيبرهاي اکسيد آلومينيوم با اندازه دو نانومتر براي تصفيه آب است. فيلترهايي که از اين فيبرها ساخته شده‌اند، مي‌توانند ويروس‌ها، باکتري‌ها و کيست‌‌ها را از بين ببرند.
شيرين سازي آب به وسيله نانوغشاها

محققان آزمايشگاه مليLawrence Livermore با همکاري دانشگاه برکلي کاليفرنيا غشاهايي با حفره‌هايي از جنس نانولوله‌هاي کربني ساخته‌اند که به کمک آن امکان جداسازي ارزان‌تر گاز و مايع فراهم مي‌شود. در حال حاضر اغلب غشاهاي موجود از جنس مواد پليمري هستند که براي کاربردهاي دما بالا مناسب نيست. استفاده از اين نوع غشاها نمي‌تواند توازن قابل قبولي بين ورودي غشا و قابليت انتخاب آن برقرار نمايد، يعني ورودي بالا منجر به کاهش انتخاب‌پذيري است و بالعکس؛ اما دانشمندان با استفاده از نانولوله‌هاي کربني توانسته‌اند اين دو امر به ظاهر متضاد را با هم جمع و امکان انتخاب‌پذيري خوب همراه با ورودي بالا را فراهم کنند.
اين محققان توانسته‌اند روشي براي ساخت اين غشاها بيابند که با سيستم‌هاي ميکروالکترومکانيکي (MEMS) هم سازگار باشد. اين غشاهاي جديد با حفره‌هاي کوچک‌تر و با تراکم بسيار و امکان عبور شدت جريان زياد از هر حفره، از لحاظ گذردهي آب و هوا نسبت به غشاهاي پلي‌کربناتي فعلي بسيار برترند. اين غشاهاي بهبود يافته کاربردهاي فراواني در تصفيه آب دارند.
كامالش سيكار(Kamalesh Sirkar) در مؤسسه فناوري نيوجرسي از روش جداسازي غشايي در شيرين‌سازي آب استفاده کرده ‌است. در روش جداسازي غشايي، آب شور داغ را روي ورقه نازکي از غشايي داراي سوراخ‌هاي ريز موسوم به نانوحفره مي‌ريزند. اين حفره‌ها آنقدر کوچکند که تنها بخار مي‌تواند از آنها عبور کند و آب، مايع، نمک‌ها و مواد معدني ديگر در پشت غشا مي‌مانند. در طرف ديگر محفظه‌اي از آب سرد قرار دارد که بخار با عبور از آن، کندانس شده و دوباره به مايع تبديل مي‌شود. ابزاري که در اين روش به کار رفته است، عبارت است از دستگاهي مستطيل شکل با مجموعه‌اي از غشاهاي الياف مانند توخالي که مايع به طور عرضي در آن جريان مي‌يابد. اين غشاها به صورت هزاران لوله به شکل تار مو در آمده، سپس آنها را به صورت بسته‌هايي داخل يک جعبه قرار مي‌دهند. در اين شکل نمونه آزمايشي از اين دستگاه آب شيرين‌کن نشان داده شده است. در قسمت وسط، دسته‌اي از هزاران لوله توخالي شبيه تارمو قرار دارد. جداره اين لوله‌ها را هم غشاهايي با نانوحفره‌هاي کوچک تشکيل مي‌دهد.
تصفيه آب به کمک نانوذرات
نانوذرات لانتانيوم توليدي شرکت آلتايرنانو (Altairnano) فسفات را از محيط‌هاي آبي جذب مي‌کند. به‌کارگيري اين نانوذرات در حوضچه‌ها و استخرهاي شنا مي‌تواند به طور مؤثري فسفات موجود را از بين برده و در نتيجه از رشد جلبک‌ها جلوگيري نمايند. تحقيقات دانشگاه Lehigh آمريکا نشان مي‌دهد که نانوپودرها مي‌توانند به عنوان ابزاري مناسب براي پاک‌سازي خاک‌هاي آلوده و آب‌هاي زيرزميني استفاده شوند. نانوذرات آهن موجب اکسيده و درهم شکستگي ترکيبات آلوده کننده مانند تري‌کلرواتيلن، تتراکلريد کربن، ديوکسين‌ها وPCB ها شده، آنها را به ترکيبات کربني با درجه سميت بسيار پايين‌ تبديل مي‌کند .
براي از بين بردن اغلب فلزات سنگين موجود در آب، روش تصفيه کاتاليزوري گزينه مناسبي نيست، بنابراين محققان به جاي آن از روش‌هاي جذب روي پليمرها و يا ذرات افزودني استفاده مي‌کنند. آرسنيک از آلاينده‌هاي بسيار سمي رايجي است که هم به طور طبيعي و هم به شکل پساب‌هاي بشري باعث آلودگي آب مي‌شود. مصرف اين ماده سبب افزايش سرطان‌هاي مثانه و روده‌ مي‌شود. در سطح جهان آمار مسموميت با آرسنيک بسيار بالا است و در بسياري از کشورهاي در حال توسعه مانند بنگلادش که بيش از 10 تا 20 درصد جمعيت آن دچار مسموميت با آرسنيک شده‌اند، يک فاجعه بهداشتي تلقي مي‌شود. اغلب آلايندگي‌هاي ناشي از آرسنيک به کشورهاي جهان سوم اختصاص دارد. به اين ترتيب نياز شديدي به فناوري‌هاي نوين احساس مي‌شود تا بتوان آلاينده‌هاي فلزي سنگين مانند آرسنيک را از آب آشاميدني حذف کرد. به همين منظور محققان دانشگاه رايس، از نانوبلورهاي مغناطيسي به عنوان هسته اصلي سيستم‌هاي تصفيه جديد استفاده کرده‌اند.
سطوح معدني آهني نه تنها تمايل شديدي به جذب آرسنيک دارند، بلکه با انتخاب اندازه مناسب مي‌توان به راحتي اين ذرات مغناطيسي را به واسطه جداسازي مغناطيسي از آب جدا کرد. نانوذرات همان کارايي توده آهني را در جذب آرسنيک دارند. در واقع نه تنها ظرفيت جذب آرسنيک آنها بالاتر است، بلکه به محض قرار گرفتن اين ماده در کنار نانوذرات جدا کردن آنها سخت مي‌شود. در نظر گرفتن تمام اين نتايج، نشان مي‌دهد که نانوذرات مغناطيسي جاذب‌هاي بسيار کارامدي براي آرسنيک خصوصاً در pH پايين هستند و خاصيت جذبي غيرقابل برگشت آنها مخزن مناسبي را براي جمع‌آوري آلاينده‌ها فراهم مي‌کند.
تصفيه پساب‌هاي صنعتي
پساب‌هاي صنعتي صنايع شوينده، غني از اکسيژن بيوشيميايي و مواد فعال شيميايي است که بايد در فرايندهاي تصفيه از آب زدوده شود. يکي ديگر از موادي که در پساب‌هاي صنعتي فراوان يافت مي‌شود مواد نامحلول روغني شامل روغن‌ها و گريس‌هاست. حضور اين مواد فرايند پالايش آب را دچار مشکل مي‌کند. يکي از روش‌هاي اقتصادي براي تصفيه اين مواد، استفاده از سيستم‌هاي ترکيبي ميکروفيلتراسيون-نانوفيلتراسيون است. در اين سيستم‌ها از ميکروفيلتراسيون براي زدودن ذرات معلق مانند روغن‌ها و گريس‌ها و از نانوفيلتراسيون براي حذف پاک‌کننده‌ها استفاده مي‌شود.
تصفيه فاضلاب‌ها
محققان دانشگاهUniSA در استراليا به دنبال توسعه روش منحصر به فردي براي تصفيه فاضلاب‌ها هستند که بدون استفاده از مواد شيميايي گران قيمت، کيفيت آب را بيشتر از روش‌هاي موجود بهبود مي‌بخشد. آخرين مرحله تصفيه آب، حذف موجودات زنده بسيار ريز است. در حال حاضر از کلر به عنوان ماده ضدعفوني‌کننده استفاده مي‌شود، ولي در اين حالت حتي بعد از تصفيه هم ترکيبات ارگانيک زيادي در آب حضور دارند. کلر موجودات زنده ريز را از آب حذف مي‌کند، ولي با آلاينده‌هاي ارگانيک واکنش داده، محصولات جانبي تجزيه‌ناپذير و سمي توليد مي‌کند که نمي‌توان آنها را از آب حذف کرد. انتقال اين مواد به محيط‌زيست و استفاده از آنها در کشاورزي و ديگر صنايع مي‌تواند مشکلات بهداشتي جدي ايجاد کند.
تصفيه فاضلاب به کمک نانوکاتاليزور نوري مي‌تواند جايگزين سومين مرحله تصفيه يعني ضد عفوني با کلر شود تا موجودات زنده ريز و ترکيبات آلي را به طور همزمان حذف و فاضلاب را به يک منبع آب مناسب تبديل کند. به طور طبيعي موجودات زنده ريز، ترکيبات ارگانيک بزرگ را کوچک‌تر مي‌کنند؛ اما از آنجا که اين ترکيبات به طور زيستي تجزيه ناپذيرند، ما مجبور به استفاده از نوعي انرژي براي تجزيه آنها هستيم. اين انرژي از اشعه فرابنفش نور خورشيد گرفته مي‌شود و به همراه کاتاليزورهاي نوري مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
انرژي توليد شده از واکنش سلول کاتاليزوري نوري مي‌تواند موجودات زنده ريز را کشته و ترکيبات تجزيه‌ناپذير را تجزيه کند. اين فرايند به دليل امكان استفاده مجدد از كاتاليزورهاي نوري، بسيار مقرون به صرفه است . ذرات کاتاليزوري چه به صورت همگن در محلول پراکنده شده يا روي ساختارهاي غشايي رسوب داده شده باشند، مي‌توانند ما را از تجزيه شيميايي آلاينده‌ها مطمئن سازند.
اثر افزودن فلزات مختلف در بهبود فعاليت کاتاليزوري شناخته شده است و دانشمندان از آن در حذف تري‌کلرواتيلن (TCE) از آب‌هاي زيرزميني استفاده کرده‌اند. تحقيقات مرکز فناوري‌نانوي زيست‌محيطي (CBEN) دانشگاه‌ رايس نشان مي‌دهد نانوذرات طلا و پالاديم، کاتاليست‌هايي بسيار مؤثر براي حذف آلودگي‌TCE از آب هستند.
مزيت‌هاي حذف TCE با پالاديم به خوبي مشخص است ولي اين روش تا حدودي پرهزينه است. با به کارگيري فناوري‌نانو مي‌توان تعداد اتم‌هاي در تماس با مولکول‌هاي TCEو در نتيجه کارايي اين کاتاليست را چندين برابر کاتاليست‌هاي رايج افزايش داد. TCE حلال رايج در روغن زدايي از فلزات و قطعات الکترونيکي، يکي از مواد آلي سمي رايج در منابع آب است و در 60 درصد پسماندهاي صنعتي به عنوان آلودگي وجود دارد. تماس آن با بدن باعث صدمه زدن به کبد و بروز سرطان مي‌شود. کاتاليست‌هاي شيميايي نسبت به کاتاليست‌هاي زيستي بسيار سريع‌تر عمل مي‌کنند ولي بسيار گران هستند. يکي از مزيت‌هاي کاتاليست‌هاي پالاديم براي تجزيه TCE اين است که پالاديم، اين ماده را مستقيماً به ماده غيرسمي اتان تبديل مي‌کند. در حالي که کاتاليست‌هاي رايج مانند آهن، آن را به برخي مواد واسطه سمي مانند وينيل‌کلرايد تبديل مي‌کنند.
محققان دانشگاه رايس روش جديدي را توسعه داده‌اند که طي آن نانوبلورهاي تيتانيوم با سطح ويژه بالا (بيش از 250 m²/g  براي حذف آروماتيک‌هاي آلي توليد مي‌شوند. اين مواد تحت تابش اشعه فرابنفش، قابليت اکسيداسيون نوري بسياري از مولکول‌ها را پيدا مي‌کنند.
همچنين C₆₀ کاتاليزور نوري بسيار خوبي است که کارايي آن صدها برابر بيش از تيتانياي موجود در بازار است. توليد راديکال آزاد به وسيله C₆₀ متراکم در آب، امکان تجزيه آلاينده‌ها را فراهم مي‌کند

امروزه پیشرفت تکنولوژی و دستیابی انسان به روش‏های نوین برای استفاده از منابع طبیعی دستاوردهایی را به همراه دارد که علاوه بر تاثیرات فراوان در زندگی بشر، تاثیراتی منفی را نیز برای طبیعت به ارمغان می‏آورد.
به تازگی انسان متمدن به این تفکر رسیده است که شاید بتوان با استفاده از تکنولوژی مدرن و پیشرفته به کمک منابع طبیعی و محیطزیست شتابد که ازجمله آنها می‏توان به فناوری نانو و کاربرد آن در حفظ محیطزیست اشاره کرد.

تاثیرات مستقیم و غیرمستقیم فناوری نانو بر محیطزیست، از جنبه‏های مختلف قابل بررسی است. در حال حاضر، می‏توان موارد متعددی از کاربرد مواد نانو ساختاری در حفظ محیطزیست، از قبیل نانوفیلترها (برای تصفیه پساب‏های صنعتی)، نانوپودرها (برای تصفیه گازهای آلاینده خروجی از خودروها و واحدهای صنعتی) و نانوتیوب‏ها (برای ذخیره‏سازی سوخت کاملا تمیز هیدروژن) را برشمرد، اما دورنمای استفاده از این فناوری نوین بسیار گسترده‏تر از این گونه کاربردهای جزئی و مقطعی است. برخی از مهم‏ترین کاربردهای علمی شناخته شده فناوری نانو در زمینه محیطزیست نانوحسگرها، نانوفیلترها و کاتالیزورهای زیست‏محیطی هستند که به ترتیب به آنها اشاره می‏شود:

● نانوحسگرها 

نانوحسگر وسیله‏ای است بسیار ریز که قادر به شناسایی و ارائه پاسخ به محرک‏های فیزیکی در مقیاس یک نانومتر است. نانوحسگرها کاربردهای متعددی در علوم مختلف ازجمله محیط زیست یافته‏اند که در ادامه به چند مورد اشاره خواهد شد.

● آلودگی هوا

 
یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیطزیست، پایش مستمر آلودگی هواست. با استفاده از نانوحسگرها پیشرفت موثری در زمینه کنترل آلودگی هوإ؛ ّّ= صورت گرفت. با اختراع اولین نمونه‏های غبار هوشمند، تولید این گونه حسگرها به مرحله کاربرد علمی نزدیک شد. هدف اصلی از ساخت غبارهای هوشمند، تولید مجموعه‏ای از حسگرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه‏های بسیار سبک است. این نانوحسگرها به راحتی ساعت‏ها در هوا معلق باقی می‏مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می‏شوند و می‏توانند از طریق بی‏سیم موجود در خود، اطلاعات جمع‏آوری شده را به یک پایگاه مرکزی ارسال کنند. سرعت انتقال اطلاعات در نمونه‏های اولیه حدود یک کیلوبایت در ثانیه است.

● نشت گازهای مهلک

نشت گازهای مهلک یکی از خطرات روزمره زندگی صنعتی است. متاسفانه هشداردهنده‏های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسایی این گونه گازهای نشتی می‏شوند. این نوع حسگرها از نانوتیوب‏های تک لایه 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. محققان مدعی‏اند که این حسگرها برای شناسایی به هنگام گازهای بیوشیمیایی جنگی، آلاینده‏های هوا و حتی مولکولهای آلی موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.

● نانوفیلترها

یکی دیگر از کاربردهای مهم فناوری نانو در محیط زیست، استفاده از نانوفیلترها در تصفیه آب و پساب است. غشای مورد استفاده در فرایند نانوفیلتراسیون معمولا مولکول‏های بزرگ را دفع می‏کند و در مقایسه با روش‏های دیگر قادرند با صرف انرژی کمتر آب چاه‏ها یا آب‏های سطحی را نیز به خوبی تصفیه کنند. این فرایند قادر است انواع باکتری‏ها، ویروس‏ها، آفت‏کش‏ها، آلاینده‏هایی با منشا آلی و املاح کلسیم و منیزیم را از آب جدا کند. نظر به این که در فرایند نانوفیلتراسیون از هیچ ماده شیمیایی برای سختی‏گیری آب استفاده نمی‏شود، بنابراین اثرات منفی زیست‏محیطی آن به مراتب کمتر از روش‏های شیمیایی معمول است.
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 می‏دهد که ذرات دوفلزی نانوساختار مانند آهن - پالادیم، آهن - نقره و روی - پالادیم کاربردهای زیادی در تصفیه و پالایش آلوده‏کننده‏های محیط زیست، مانند آفت‏کش‏های کلرینه با منشا آلی و حلال‏های آلی هالوژنه یافته‏اند.
تجربه نشان داده است که استفاده از ذرات نانوساختار دو فلزی موجب می‏شود تا کلیه هیدروکربن‏های حاوی ترکیبات کلردار که بسیار سمی‏اند به هیدروکربن‏های بی‏خطر برای محیط زیست تبدیل شوند.
به علاوه، شواهد بسیار 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 دی اکسید اورانیوم هستند.
علاوه بر این می‏توان از نانوساختارها برای رنگ‏زدایی از آب آشامیدنی استفاده کرد. رنگ موجود در آب آشامیدنی نه تنها به خاطر ظاهر آن باید از آب زدوده شود، بلکه چون این رنگ‏ها می‏توانند منشا تولیدتری هالومتان نیز باشند، بسیار خطرناک محسوب می‏شوند. این ماده هنگام ترکیب با کلر موجب تشکیل کلروفرم و دیگر ترکیبات هالوژنه مضر و سرطان‏زا می‏شوند. رنگ موجود در آب طبیعی معمولا ناشی از وجود اسیدهای معدنی است. اسیدهای مذکور از تجزیه مواد آلی 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 ۹۹ درصد این گونه مواد را به سهولت از آب جدا کرد. همچنین تحقیقات نشان می‏دهد استفاده از فناوری نانو در تصفیه آب می‏تواند هزینه‏های تصفیه را تا حدود زیادی کاهش دهد.

● نانوپلیمرهای متخلخل

هنگامی که آلاینده‏های آلی آب گریز از طریق آب وارد خاک می‏شوند، به راحتی توسط ذرات جامد غیرمحلول در آب جذب و از آب جدا می‏شوند. پدیده جذب و دفع این گونه 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 آب گریز 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. به طور کلی کاربردهای زیست‏محیطی این نانوساختارها عبارتند از:
۱ - جداسازی آلاینده‏های آلی از آب آشامیدنی.
۲ - تصفیه پسابهای واحدهای صنعتی مانند نیروگاه‏های هسته‏ای برای استفاده مجدد از آنها
۳ - پاکسازی منابع آبی آلوده شده به مواد نفتی
۴ - پاکسازی منابع آب زیرزمینی از آلاینده‏های آلی
با توجه به این که نانوپلیمرهای متخلخل به کرات مورد استفاده قرار می‏گیرند، بنابراین هزینه‏های تصفیه به مراتب کمتر می‏شود.

● کاتالیست‏های زیست محیطی

از زمینه‏های دیگر کاربردهای مواد نانوساختاری، استفاده از آنها به عنوان کاتالیزورهای زیست محیطی برای تصفیه خروجی اگزوز اتومبیل‏ها و پالایش آب و هواست. کاتالیزورهای رایج که اغلب پایه پلاتین دارند، اگرچه راندمانشان کافی است، اما بسیار گران قیمت‏اند. به همین جهت کاتالیزورهای نانوساختاری به عنوان جایگزین ارزان قیمت کاتالیزورهای یاد شده مورد توجه قرار گرفته‏اند.

● پلیمرهای زیستی

 
از نانوساختارهایی مثل پلیمرهای زیستی می‏توان برای تولید تراشه‏های الکترونیکی استفاده کرد. طبق اطلاعات موجود، برای تولید هر گرم ریزتراشه ۳۲ مگابایتی، به مصرف ۸۵ گرم سوخت فسیلی و مواد شیمیایی و ۱۶ کیلوگرم آب نیاز است. با استفاده از فرایندهای نانو می‏توان شیوه مرسوم در تولید تراشه‏های نیمه هادی را تا حد بسیار زیادی بهبود بخشید. علاوه بر این، استفاده از فناوری نانو منجر به تولید مواد بی خطر به جای مواد سمی می‏شود.
برای مثال، مانیتورهای ساخته شده از مواد نانوساختار بسیار کم خطرتر از انواع مشابه ساخته شده از لوله‏های اشعه کاتدی (که حاوی مواد سمی‏اند) است و راندمان بالاتری هم دارد. نمایشگرهای ساخته شده از کریستال 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.

● نانوفیلترها

الکل‏هایی مانند اتانول به عنوان حلال یا ماده پاک‏کننده به وفور در صنایع مورد استفاده قرار می‏گیرند. این مواد در حین مصرف مقادیر زیادی از ناخالصی‏های مختلف را به خود جذب می‏کنند. با توجه به این که دور ریختن آنها پس از مصرف، اثرات زیانباری بر محیطزیست 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 موثری در حفاظت محیط زیست و صرفه‏جویی انرژی در این زمینه است.

● 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 نانوپوششگرها خاصیت ضدخوردگی آنهاست که کاربرد پوششی آنها را در فلزات سبک از قبیل آلومینیم و منیزیم افزایش داده است. پوشش‏های یاد شده، در مقابل حرارت بسیار مقاومند و می‏توانند دما را تا ۷۰۰ 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.
کاربرد دیگر پوششگرهای نانوساختاری، در حذف گرد و غبار از روی سطوح مختلف و کاهش مصرف پاک‏کننده‏هاست. 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 به شدت کاهش می‏یابد. در نتیجه، مایع مذکور سطح پوشش داده شده را خیس نمی‏کند و به صورت قطراتی روی آن باقی می‏ماند و به سرعت زدوده می‏شود. این عمل فرایند خشک شدن را سرعت می‏دهد. بدیهی است که مصرف مواد شوینده به شدت کاهش می‏یابد و از آلودگی محیطزیست جلوگیری به عمل می‏آید.

● نانوپودرها

نانوپودرها موادی به شدت فعال‏اند که در دمای پایین ذوب یا آلیاژ می‏شوند. این پودرها در فرایندهای قالب‏گیری 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 درنتیجه کاهش تولید آلاینده‏های مختلف می‏شود.
آنچه از توانمندی‏های فناوری نانو ارائه شد به این معنی است که می‏توان از این روش‏ها برای حفظ محیط زیست در آینده‏ای نه چندان دور استفاده کرد و در کنار استفاده از منابع طبیعی با کمک فناوری‏های پیشرفته بتوان به تعاملی پایدار با طبیعت رسید.

منبع مطلب: باشگاه الکترونیکی بنیاد توسعه فردا
نویسنده : سیده سمیرا طاهری