![]()
نانو در فیزیک به معنای یک میلیاردم است. اگر این پیشوند همراه با واحد
اندازه‌گیری متر استفاده شود به معنای یک میلیارم متر است. فناوری نانو به
معنای توانایی کار کردن در مقیاس ۱ تا ۱۰۰ نانومتر با هدف دستکاری در
چگونگی قرار گرفتن اتم‌ها و مولکول‌ها و ساخت مواد جدید با خواص جدید است.
این مفهوم به حدی در علوم دیگر تاثیر گذار است که در یک مقاله نمی‌توان
کاربردهای آنرا به توضیح داد، از اینرو در این مطلب فقط در مورد کاربرد این
فناوری در صنعت آب صحبت خواهد شد.
با
شروع قرن ۲۱ و توسعه فناوری نانو یکی از حوزه‌های فعال تحقیقاتی و صنعتی
این علم به رفع مشکلات زیست‌فناوری می‌پردازند. در این گرایش موضوعاتی چون
تصفیه آب‌های طبیعی و پسماند‌های صنعتی و گشاورزی بررسی می‌شوند. کاربردهای
معمول این حوزه در زمینه‌های ساخت فیلتر‌های نانومتری، نانو
فوتوکاتالیست‌ها، نانو حفره‌ها، نانو ذرات، نانو سنسورها است. با توجه
مسئله کمبود منابع آب شیرین در ایران، استفاده از فناوری نانو در پاکسازی و
تولید آب آشامیدنی یکی از زمینه فعال تحقیقاتی است.
در
گذشته هدف از ساخت تصفیه خانه‌ی آب، کاهش مواد معلق و زدودن عوامل
بیماری‌زا بود و این اهداف با روش‌های معمول فیلترکردن و گندزدایی قابل
حصول بود. اما روشی برای جداسازی مواد معلق بسیار کوچک و ترکیبات محلول در
آب مانند ازت، مواد آلی و فلزات سنگین که برای سلامتی انسان خطرناک هستند
با این روش‌ها غیر ممکن بود. تا اینکه با توسعه فناوری‌های نوین از قبیل
زیست فناوری و فناوری نانو در قرن ۲۱ ایده‌ی توسعه و ساخت تصفیه خانه‌های
مدرن که قادر به تصفیه هر نوع آب شامل پسماند‌های صنعتی و کشاورزی هستند
مطرح شد.
ساخت اولین نانو فیلترها به
دهه ۷۰ میلادی باز می‌گردد. در آن زمان روش غشاءهای اسمز معکوس در فشار
نسبتا پایین روش ساده تصفیه آب با نانو فیلترها بود. با افزایش فشار در
فرایند اسمز معکوس کیفیت آب خروجی بهتر می‌شود، اما هزینه‌ی تامین انرژی
سیستم به مراتب بالا رفته و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نخواهد بود. از
اینرو تنها راه پیش رو استفاده از غشاءهای با قدرت جذب زیاد و در عین حال
قدرت نفوذ آب بالا است. ساخت چنین غشائی فقط به کمک نانو فیلترها ممکن است
زیرا سطح مؤثر این مواد زیاده است و نیازی به مسدود کردن مسیر فیلترها
نیست. به عبارت دیگر طی این فرایند در نانو فیلترها هم از روش اسمز معکوس و
هم اولتا فلیتر در فشار پایین (حدود ۲۰۰ میلیاردم بار) استفاده می‌شود. به
علت فشار بسیار پایین این فرایند، نیاز به مواد شیمیایی نیست و هزینه ساخت
و نگهداری چنین سیستمی بسیار کم می‌باشد. از سوی دیگر به دلیل فشرده
پسماند هزینه حمل و نقل بسیار کاهش می‌یابد. حتی با طراحی لوازم خاص
می‌توان غشاء را به طور خودکار تمیز کرد و هزینه‌ی نگهداری را بسیار کاهش
داد.
ساختار غشاء نانو فیلتر از دو
لایه‌ی اصلی تشکیل شده است. لایه‌ی اول که نازک است کار مترکم کردن مواد
معلق در آب را دارد. لایه‌ی دو هم فشار سیستم را روی لایه اول تنظیم کرده و
در واقع حکم محافظ را دارد. برای بهبود عملکر سیستم بر اساس شرایط ذرات
معلق ورودی می‌توان در آنها بار الکتروستاتیکی الغاء کرد و فرایند جداسازی
را سرعت بخشید.
در حال حاضر غشاءهای
پلیمری تجاری بر اساس نوع کاربرد و راندمان به شکل‌های مختلف شامل مارپیچی،
صفحه‌ای، جعبه‌ای، لوله‌ای و فیبری تولید می‌شوند.
نموه‌ای از کاربرد نانو فیلتر‌های غشاء‌ای:
۱. جداسازی آفت‌کش‌های مصنوعی محلول در آب
۲. جداسازی ترکیبات آلی محلول در آب
۳. جداسازی مواد گندزدای محلول در آب
۴. جداسازی ذرات معلق
۵. جداسازی فلزات سنگین
۶. جداسازی یاخته‌های زنده‌ی مانند باکتری‌ها و میکروب‌ها
۷. جداسازی ویروس‌ها