کنترل دقیق آلاینده‌ها بدون سنجش و ارزیابی منبع و منشأ آنها امکان‌پذیر نیست، به‌همین‌دلیل شناسایی و کنترل منشأ آلودگی اهمیت زیادی دارد. معمولا وقتی متوجه می‌شویم چه ضرری به محیط زده‌ایم که خیلی دیر شده است. دانشمندان معتقدند، فناوری نانو براساس تحلیل نقطه‌ای و حسگرهای پیشرفته، ابزاری برای دستیابی به داده‌های سریع‌تر فراهم می‌کند. در واقع، نانوفناوری این امکان را ایجاد کرده است که مواد طوری مصرف شوند که به‌طورموثری ورود آلاینده‌های ناشی از فعالیت‌های انسانی به محیط‌زیست را کم کنند. حرکت بابرنامه به‌سمت برخی صنایع منجر به کاهش آسیب به طبیعت خواهد شد. این کار به کمک فناوری نانو امکان‌پذیر است. صمت در این گزارش به برخی دستاوردهای فعالان حوزه نانوفناوری پرداخته است.

پساب تمیز کانال نانویی‌ها

امروزه علوم مختلف برای نجات محیط‌زیست دست‌به‌دست هم داده‌اند و پژوهشگران در زمینه هر فعالیتی، به‌دنبال راهکارهای نجات زمین و محیط‌زیست هستند. استفاده از نانوفیلتراسیون برای کاهش آسیب‌های محیط‌زیستی یکی از رویکردهای مهم دانشمندان در حذف آلاینده‌های زیست‌محیطی است. در این میان، «حذف آلاینده‌های آلی و معدنی از محیط‌های آبی با استفاده از غشاهای نانوفیلتراسیون» عنوان طرحی است که زینب سلحشور، عضو هیات‌علمی دانشگاه و پژوهشگر عرصه نانوفناوری با حمایت بنیاد ملی علم ایران به‌سرانجام رساند.

وی درباره این طرح به صمت گفت: در حال ‌حاضر و با رشد اقتصادی جهانی، نگرانی‌ها درباره بسیاری از مسائل زیست‌محیطی افزایش یافته است. امروزه بحران آب در بسیاری از کشورهایی که برای برآورده کردن نیازهای آبی سالانه یا فصلی خود با کمبود آب مواجهند، به یک نگرانی بزرگ تبدیل شده است. در شرایط کاهش منابع آب، جست‌وجو برای منابع آبی جدید و نیاز به بازیافت آب، موضوع آلودگی آب به‌عنوان یک مشکل فراگیر مطرح است. بنابراین، استفاده از فناوری‌های تصفیه و استفاده مجدد از منابع آب غیرمتعارف یا شیرین‌سازی منابع آب شور و لب‌شور، نقشی کلیدی در حل بحران آب در آینده دارند.

سلحشور افزود: تاکنون تصفیه و استفاده مجدد از منابع آب غیرمتعارف به‌منظور تامین آب برای مقاصد مختلف از قبیل آبیاری، خنک‌کننده‌های نیروگاه‌ها، فرآیندهای صنعتی و تغذیه آب‌های زیرزمینی به‌کار گرفته شده است. همچنین، راه‌های مختلفی از قبیل لاگون‌های هوادهی، لجن فعال، برکه‌های تثبیت، استفاده از صافی‌ها، جاذب‌ها، نانوجاذب‌ها و روش‌های مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی دیگری برای تصفیه آب و فاضلاب وجود دارند. این روش‌ها به دلایلی مانند مشکل بودن فرآیند تصفیه، صرف انرژی زیاد، هزینه بالا، تولید ضایعات، اغلب با راندمان پایینی همراه هستند و موضوعات مربوط به سرنوشت و انتقال نانومواد در محیط‌های آبی هم دارای محدودیت‌هایی است. از طرفی، روش‌های سنتی تصفیه هم، قادر به حذف موثر آلاینده‌های نوظهور مانند داروها و مواد آرایشی و بهداشتی نیستند.

تصفیه غشایی آب، یک راه‌حل کارآمد

سلحشور در ادامه گفت: طی ۲ دهه اخیر، استفاده از فناوری‌های تصفیه غشایی موردتوجه پژوهشگران قرار گرفته است. از جمله مهم‌ترین مزیت‌های فرآیندهای غشایی می‌توان به راندمان بسیار بالا برای حذف انواع آلاینده‌ها، هزینه‌های راه‌اندازی و بهره‌برداری نسبتا پایین، عملکرد انتخابی و استفاده در طیف وسیعی از کاربردها اشاره کرد.

وی افزود: باوجود اینکه ایران از نظر جغرافیایی در یک اقلیم خشک و نیمه‌خشک قرار گرفته است، دسترسی به آب‌های آزاد خلیج‌فارس، دریای عمان و دریاچه لب‌شور خزر در کنار حجم عظیم منابع آب خاکستری، می‌تواند به‌عنوان فرصتی برای شیرین‌سازی و تصفیه منابع آب غیرمتعارف در راستای جبران این کمبودها تلقی شود.

سلحشور گفت: با افزایش جمعیت، افزایش مصرف سرانه آب و استانداردهای سطح زندگی و از طرفی، وجود مقادیر ثابت آب قابل‌دسترس، رویارویی با کم‌آبی امری اجتناب‌ناپذیر است. در ایران نیز، محدودیت منابع آب شیرین و خشکسالی‌های پی‌درپی، از مهم‌ترین چالش‌های فراروی مدیریت منابع آب است. بنابراین، نیاز داریم مانند بسیاری از کشورها به راه‌حل‌هایی برای مقابله با کمبود آب بیندیشیم و آنها را عملی کنیم. هنگامی که منابع آب شیرین برای تامین تقاضا کافی نباشد، گزینه‌های جایگزین تامین آب باید در نظر گرفته و اتخاذ شوند؛ یکی از گزینه‌های امیدوارکننده، استفاده از فناوری شیرین‌سازی آب است.

وی گفت: در میان روش‌های مختلف شیرین‌سازی آب، فناوری فیلتراسیون غشایی به‌عنوان یک فناوری پیشگام در عرصه تصفیه و شیرین‌سازی آب، می‌تواند تا حد زیادی جوابگوی چالش‌های مربوط به آلودگی و کمبود منابع آب شیرین و جایگزینی برای فرآیندهای سنتی تصفیه باشد، زیرا عمدتا نیاز به انرژی برای تصفیه آب از طریق غشاها دارد و استفاده از زمین، نیروی انسانی و مواد شیمیایی به‌شدت کاهش می‌یابد.

به‌گفته این پژوهشگر، غشاهای اولترافیلتراسیون به‌عنوان یکی از فرآیندهای غشایی، به‌طورگسترده در بخش صنعتی و تصفیه پساب حاصل از کارگاه‌های تولیدی و کارخانه‌ها استفاده می‌شود و این توانایی را دارد که کلیه مواد آلی موجود در آب، ذرات کلوئیدی، روغن و هرگونه آلودگی را از پکیج تصفیه فاضلاب حذف کند.

وی افزود: در برخی از موارد، از اولترافیلتراسیون نیز در مرحله پیش‌تصفیه نمک‌زدایی استفاده می‌شود که حجم زیادی از مواد آلی، مواد زائد و آلودگی‌ها از آب حذف می‌شوند.

این پژوهشگر در ادامه بیان کرد: نانوفیلترهای ساخته‌شده در این پژوهش، برای بهبود عملکرد غشاهای مورداستفاده در صنایع آب‌شیرین‌کن صنعتی و تصفیه پیشرفته آب و فاضلاب، کاربرد دارند. گفتنی است، کربن کروی توخالی با ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و الکترونیک خاص، مساحت سطح ویژه بالا، حجم بالای منافذ، از لحاظ شیمیایی خنثی هستند که پایداری مکانیکی خوب و ظرفیت بسیار بالایی دارند و همین امر می‌تواند جاذب کارآیی نیز در حذف آلاینده‌ها باشد.

کاهش آثار زیست‌محیطی تولید دارو

در میان انواع ترکیبات دارویی و دامپزشکی، رنگدانه‌ها و افزودنی‌ها سهم عمده‌ای در ساختار آن دارند، چراکه بسیاری از داروها و ترکیبات هتروسیکل نوعی ترکیب شیمیایی حلقوی از منابع‌طبیعی استخراج نمی‌شوند، بلکه سنتز می‌شوند و بعد به مرحله تولید می‌رسند. پژوهشگران توانستند با سنتز این نوع ترکیبات هتروسیکل دارویی و با استفاده از نانوفوتوکاتالیزگرها آسیب‌های زیست‌محیطی را به‌حداقل برسانند. فوتوکاتالیست ماده‌ای است که با جذب فوتون از نور فعال می‌شود و به واکنش‌ها سرعت می‌بخشد. فتوکاتالیست‌ها قادرند واکنش‌های فتوکاتالیستی را در دمای معمولی و زمانی که در معرض نور قرار می‌گیرند، انجام دهند و مطابق با اصول شیمیایی دوستدار محیط‌زیست، در مصرف انرژی صرفه‌جویی کنند.«تهیه نانو فوتوکاتالیزگرهای زیست سازگار برپایه پلیمرهای کربوهیدراتی دوستدار محیط‌زیست» عنوان پژوهشی با حمایت بنیاد علم ایران است که به ارزش زیست‌محیطی نانوفوتوکاتالیزگرها در تولید دارو پرداخته است. گفتنی است، این پژوهش به‌همت منصوره دارایی، محمود تاج‌بخش و گلناز رحیم‌زاده انجام شده است.

منصوره دارایی که راهنمایی این طرح را برعهده داشته است، در گفت‌وگو با صمت گفت: در سال‌های اخیر به دلایل زیست‌محیطی و اقتصادی، استفاده از کاتالیزگرهای ناهمگن و تجدیدپذیر اهمیت زیادی در سنتز ترکیبات شیمیایی پیدا کرده است. کاتالیزگرهای ناهمگن گونه‌ای از کاتالیز است که در آن فاز کاتالیزور متفاوت از فاز واکنشگر یا محصولات است. بر همین اساس، طراحی و ساخت نانوکاتالیزگرهای هتروژن برپایه نانوذرات فلزی که جایگزین مناسبی برای بیشتر کاتالیزگرهای قدیمی هستند، اهمیت زیادی دارد.

وی افزود: تاکنون مطالعات زیادی درباره موضوع استفاده از کاتالیزگرهای جامد در مقیاس نانو به‌عنوان کاتالیزگرهای هتروژن پایدار و موثر در سنتزهای آلی شده است و ما هم در پژوهش اخیرمان به این نتیجه رسیده‌ایم که این کاتالیزگرها با کمترین ضایعات تولید شوند و البته گزینش‌پذیری مناسبی هم دارند.

این محقق و پژوهشگر در ادامه بیان کرد: می‌توان گفت که این دسته از ترکیبات حتی در مقیاس بزرگ و غیرنانویی هم بازیافت شده‌اند و قابل‌استفاده مجدد نیز هستند. بنابراین، می‌توانند جایگزین مناسبی برای کاتالیزگرهای اسیدی خطرناک متداول به‌شمار بیایند.

وی افزود: در حال‌ حاضر متاسفانه بیشتر پلیمرهای مورداستفاده، ترکیباتی صنعتی و گران‌قیمت هستند. به‌همین‌دلیل، استفاده از ترکیبات بیوسازگار می‌تواند علاوه بر تامین اهداف کاتالیزگرهای هتروژن، مطابق با شیمی‌سبز و دوستدار محیط‌زیست باشد.

دارایی در ادامه تصریح کرد: انجام این طرح، موجب تهیه برخی ترکیبات هتروسیکل دارویی با روشی نوین و بازده بالا شده است که آثار زیست‌محیطی کمتری دارند.

وی خاطرنشان کرد: تهیه مواد اولیه برای انجام این طرح یکی از بزرگ‌ترین چالش‌هایی بود که ما با آن سروکار داشتیم. علاوه بر این، شرکت‌هایی که این مواد را به‌فروش می‌رسانند، خریدار را ملزم به خرید به‌صورت یک پک کامل می‌کنند که هزینه را افزایش می‌دهد، حال آنکه در این تحقیقات، ضرورتی به تهیه پک کامل مواد اولیه نبود. همچنین، خرابی و دچار مشکل شدن تجهیزات آزمایشگاهی هم به افزایش زمان تحقیق دامن زد. باوجود همه این چالش‌ها، نتایج تحقیق در قالب مقاله هم به چاپ رسید.

سخن پایانی

در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های سریع علوم و فنون به‌وی‍‍ژه در زمینه نانوتکنولوژی، تحولاتی بزرگ را در زمینه‌های پزشکی، کشاورزی، صنعت، محیط‌زیست و علوم پایه زیستی در پی داشته است. امروزه نقش نانوتکنولوژی در همه ابعاد روشن است، اما جنبه دیگر این توانمندی، خطرات احتمالی مرتبط با استفاده از محصولات فناوری نانو است که در صورت رعایت نکردن قوانین و مقررات خاص ایجاد می‌شود. بنابراین، ضمن تاکید بر اهمیت فناوری نانو، لازم است آیین‌نامه‌هایی برای انجام ایمن و سالم استفاده از محصولات نانو تهیه و تدوین شود تا براساس آن بتوان کنترل و نظارت بر کلیه فعالیت‌های نانوتکنولوژی را اعمال کرد. در واقع، دولت‌ها موظفند که علاوه بر تدوین استراتژی ملی و تصویب چارچوب سازمانی برای نانوتکنولوژی، شرایط قانونی تحقیق و توسعه را مشخص کنند. از این‌رو پیشنهاد می‌شود یکی از این زیرساخت‌های قانونی، قانون ایمنی نانو (nanosafety) باشد.