برای مثال، نانوفناوری می‌تواند عملکرد فرآیندهای تصفیه آب را افزایش دهد و در دسترسی به آب تمیز و سالم کمک کند. همچنین، نانومواد جاذب می‌توانند عناصر شیمیایی مختلف را از آب حذف کنند. برای مثال، نانوذرات کربن فعال می‌توانند فلزات سنگین را جذب و از آب حذف کنند.صمت در این گزارش به بهانه برگزاری چهاردهمین نمایشگاه فناوری نانو به ۲ نمونه از دستاوردهای پژوهشگران که نقش مهمی در تصفیه آب و پساب صنعتی دارند، پرداخته است.

جداسازی آب از روغن

المیرا ولایی، پژوهشگر در زمینه مهندسی شیمی که چندی پیش طرح ساخت سامانه جداسازی آب و روغن با استفاده از فیلترهای با پوشش‌های نانوساختار با ترشوندگی خاص را با حمایت بنیاد علم ایران به‌اتمام رساند، در گفت‌وگو با صمت درباره طرح «تولید فیلتر جداسازی آب و روغن با فناوری نانو» توضیح داد: در بسیاری از صنایع حجم بسیار بالای پسماندهای روغنی تولید می‌شود که این موضوع به یک آلودگی مرسوم در جهان تبدیل شده است و درحال‌حاضر یک نگرانی جدی جهانی به‌حساب می‌آید.

وی افزود: علاوه بر این، نشتی و جاری شدن روغن در طول حمل دریایی یا تولید نفت یک معضل مهم برای محیط و اکوسیستم دریا به‌شمار می‌آید. بنابراین، جداسازی و خالص‌سازی آب از آلودگی‌های روغنی ایجادشده، موضوع چالش‌برانگیز در سال‌های اخیر بوده که نیازمند ایده‌ها و تکنیک‌های علمی جدید است. به‌همین‌دلیل، تقاضای زیادی برای توسعه روش‌های موثر و ارزان‌نرخ برای حذف انواع آلاینده‌های آلی از سطح آب و از بین بردن آلودگی‌های نفتی و روغنی از پساب صنعتی و پالایشگاهی به‌وجود آمده است.

ولایی در ادامه گفت: جداسازی آب و روغن از مخلوط‌های آب و روغن یکی از مسائل چالش‌برانگیز در سال‌های اخیر بوده است. تخلیه روغن به محیط‌زیست منجر به بسیاری از مشکلات زیست‌محیطی و آسیب رسیدن به اکوسیستم طبیعی می‌شود. از سوی دیگر، به‌علت اشتعال‌پذیری روغن و احتمال تجزیه آن به سایر مواد شیمیایی مضر، منجر به ایجاد آلودگی‌های ثانویه زیست‌محیطی، خطرات برای موجودات زنده و در نهایت، سلامتی بشر می‌شود.این محقق در ادامه افزود: از مشکلات دیگر، مواد شیمیایی مختلفی است که در فرآیند شست‌وشو و تمیز کردن آلاینده‌های روغنی مورداستفاده قرار می‌گیرند. این مواد منجر به ایجاد آلودگی‌های محیط‌زیست می‌شوند.

وی گفت: صرف‌نظر از آلودگی‌های زیست‌محیطی و مخاطرات اکولوژیکی، گروه وسیعی از فرآیندهای شیمیایی، نیازمند جداسازی روغن‌ها یا چربی‌ها از محیط‌های آبی هستند که کمبود آب در بسیاری از مناطق خشک، تقاضا برای توسعه تکنولوژی موثرتر برای جداسازی آب و روغن را بیشتر کرده است. از طرف دیگر، امکان بازیافت روغن و استفاده مجدد از آن در بسیاری از صنایع نیاز به توسعه تکنولوژی‌های جدید و کارآمدتر را بیشتر نشان می‌دهد.ولایی درباره اهداف انجام این طرح گفت: هدف اصلی از این طرح، ساخت و توسعه فیلترهای آب و روغن با ترشوندگی خاص با ساختارهای سلسله‌مراتبی متشکل از نانوساختارهای اکسید فلزی است که قابل‌استفاده برای جداسازی هر دو نوع مخلوط‌های غیرقابل‌امتزاج آب و روغن و مخلوط‌های امولسیونی است. گفتنی است امولسیون، مخلوطی از ۲ یا چند مایع است که در یکدیگر حل نمی‌شوند.

وی گفت: در این طرح، سعی شده است تا زیرساخت‌های اساسی برای توسعه این نوع فیلترها در مقیاس‌های نیمه‌صنعتی موردبررسی قرار گیرد و چالش‌های اساسی در راستای ورود آنها به بازارهای هدف شناسایی و در صورت امکان، جداکننده‌های مبتنی بر این نوع فیلترها در مقیاس آزمایشگاهی ساخته شوند. وی اضافه کرد: از اهداف دیگر این طرح، می‌توان به شناسایی بازارهای هدف اشاره کرد که علاوه بر استفاده از این نوع فیلترها در فرآیندهای تصفیه پساب مثل صنایع نیروگاهی برای تصفیه روغن ترانس و صنایع کشتیرانی نیز استفاده شود.

 وی در پایان خاطرنشان کرد: جداسازی آب و روغن در صنایع به ۲ منظور تصفیه روغن و تصفیه آب انجام می‌گیرد. به‌همین‌دلیل، این محصول کاربردهای بسیاری در صنایع مختلف از جمله پالایشگاه، پتروشیمی و نیروگاه‌ها دارد و می‌توان از فیلتر با ترشوندگی خاص به‌منظور حذف روغن از پساب‌های خروجی و تصفیه روغن به هدف استفاده مجدد آن در واحدهای پالایشگاهی، پتروشیمی و نیروگاهی استفاده کرد. بررسی عملکرد این فیلترها برای تصفیه نمونه پساب‌های صنعتی و پیدا کردن چالش‌های مسیر تجاری‌سازی آنها می‌تواند از نکات برجسته این طرح باشد.

تصفیه آب به سبک نانویی‌ها

در همین رابطه، طرحی دیگر با عنوان «ساخت و ارزیابی غشای نانوکامپوزیتی لایه نازک نانوفیلتراسیون پی وی سی بهبودیافته با کمک نانوذرات معدنی و چارچوب‌های آلی ـ فلزی» که به‌همت ساناز غیاثی و با حمایت بنیاد علم ایران به اتمام رسید، راهکارهای دیگری را برای حل چالش‌های تصفیه آب و پساب از مسیر نانوفناوری ارائه می‌دهد.

غیاثی درباره این طرح توضیح داد: به‌دلیل بحران کم‌آبی، تصفیه آب‌های سطحی و شور، تصفیه آب و پساب‌های صنعتی به‌منظور استفاده مجدد در فرآیندهای صنعتی و کشاورزی، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است و می‌توان با فیلتراسیون پساب و آب‌های شور، آب موردنیاز این بخش‌ها را تامین کرد. برای تصفیه آب و تامین آب‌آشامیدنی و همچنین، حذف آلاینده‌های خطرناک از جمله بور، آرسنیک و جیوه، فناوری غشایی پیشرفت‌های زیادی داشته است.

وی در ادامه گفت: در این میان، غشاهای نانوفیلتراسیون در فشار عملیاتی پایین با شار آب بالا، پس‌زنی بالای یون‌های دوظرفیتی و مواد آلی با جرم مولکولی پایین و هزینه‌های عملیاتی و ساخت پایین سبب شده است که فرآیند نانوفیلتراسیون بیش از پیش مورداستفاده قرار بگیرد.

این محقق و پژوهشگر در ادامه بیان کرد: غشای نانوفیلتراسیون روی یک غشای اولترافیلتراسیون ساخته می‌شود که در صورت استفاده از نانوذرات جاذب می‌توان این زیر لایه را به‌عنوان یک بستر جذب تقویت کرد. بر همین اساس، معرفی خواص مطلوب برای غشاهای الیاف توخالی نانوفیلتراسیون و ساخت و ارزیابی غشاهای نانوکامپوزیتی مطلوب و تحلیل عملکرد نانوذرات با اصلاح‌های متفاوت از جمله فعالیت‌هایی بود که در این طرح انجام شد.

غیاثی اضافه کرد: بررسی تاثیر نانوذرات در ساختار و عملکرد غشای نانوفیلتراسیون، همچنین کاهش مصرف انرژی در فرآیند نانو و فیلتراسیون و شیرین‌سازی آب از جمله اهداف انجام این طرح بوده است که خوشبختانه به آن دست یافته‌ایم.

وی در ادامه گفت: این تحقیق، به تولید دانش فنی و تولید نمونه محصول منجر شده و از آنجا که تا به حال، غشای الیاف توخالی نانوفیلتراسیون برپایه پلیوینیل کلراید (PVC) ساخته نشده است، اهمیت زیادی دارد. این پلیمر به‌شکل ارزان و به‌سادگی در دسترس است و در ایران تولید انبوه در انواع مختلف را دارد.

غیاثی بااشاره به اصلی‌ترین چالش این طرح پژوهشی خاطرنشان کرد: بیشترین چالش انجام این طرح مربوط به فناوری ساخت این غشا بود، چون طراحی و ساخت این نانوفیلترها یک حرکت بدیع و تازه در تمام دنیا محسوب می‌شود و ما شرایط واقعی را برای انجام این طرح در نظر گرفتیم و با آب دریا که هم نمک و هم بو دارد، عملیات فیلتراسیون را انجام دادیم.

سخن پایانی

باتوجه به اینکه زمینه تحقیقاتی نانوفناوری بین‌رشته‌ای بوده و انواع گسترده‌ای از موضوعات، مانند شیمی کاتالیز نانوذرات گرفته تا فیزیک لیزر نقطه کوانتومی را در بر می‌گیرد، بی‌شک راه‌حل‌های متنوعی را می‌توان برای حل معضلات صنایع اتخاذ کرد. نانوفناوری در تصفیه آب می‌تواند به‌عنوان روشی موثر برای حذف آلودگی‌ها و تصفیه آب استفاده شود. برای مثال، با استفاده از فرآیندهای نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس، می‌توان آب شور را به آب تمیز تبدیل کرد. همچنین، با استفاده از نانومواد جاذب، می‌توان مواد آلی مانند رنگ‌ها، طعم و بوهای ناخوشایند را از آب حذف کرد.